（必修3）10.5 带电粒子在电场中的运动（导学案1）

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电源和电流
【学习目标】
1．了解电源使电路形成电流的机制和恒定电场的建立。
2．知道电流方向的规定。
3．掌握电流的定义式，并会用来解决导线中的电流问题以及计算运动电荷所产生的等效电流。
4．能区分导体中自由电子的定向移动速率和建立电场的速率。
5．尝试利用水泵和电泵的相似性，通过类比的方法理解电源的作用。
【学习重点】
1．电流概念的建立。
2．电流的定义式。
3．电流的微观表达。
【学习难点】
1．电流的微观表达。
2．运动电荷的等效电流。
3．定向移动速率、电场传播速率、无规则热运动速率的区分。
【学习过程】
一、自主学习
（一）电源
1．电源的定义
①定义：能把_________从_________搬到_________的装置。
②作用：保持导体两端的电势差（电压），使电路有_________的电流。
2．形成电流的条件
①__________________
金属导体——自由电子
电解液——正、负离子
②__________________
（二）恒定电流
1．恒定电场
导线内的电场，是由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成的。尽管这些电荷也在运动，但有的流走了，另外的又来补充，所以电荷的分布是稳定的，电场的分布也稳定。
由_________的电荷产生_________称为恒定电场。
2．恒定电流
（1）________________不随时间变化的电流。
（2）定义：物理上把通过导体横截面的_________跟通过这些电荷量所用的_________的比值称为电流。用_________表示电流。
（3）电流的定义式是_________。
（4）求电流的三要素
①_________
②_________
③_________
（5）电流的单位___________________________
1mA=_________A；   1μA=_________A
国际电工委员会规定的安全电流（即摆脱电流）为_________
例1：在金属导体中，若10s内通过横截面的电量为10C，则导体中的电流为________A。
例2：导体中的电流是5mA，那么在3.2s内有______C的电荷定向移动通过导体的横截面，相当于______个电子通过该截面。
例3：某电解池，如果在1s中内共有5.0×1018个一价正离子和1.0×1019个一价负电子通过某横截面，那么通过这个横截面的电流强度是多大？

【思考】一段粗细均匀的导体，长为L。两端加一定的电压，自由电荷定向移动的速率为v，设导体的横截面积为S，导体每单位体积内的自由电荷数为n，每个自由电荷量为e。求：
①导体中自由电荷总数N？
②总电量Q是多少？
③所有电荷通过横截面需要的时间？
总结：电流的微观表达式：_________。
3．深入理解：
电子定向移动的速率约_________m/s；
电子热运动的平均速率_________m/s；
电场的传播速率_________m/s。
二、课堂练习
1.关于电流的方向，下列叙述中正确的是（    ）
A．金属导体中电流的方向就是自由电子定向移动的方向
B．在电解质溶液中有自由的正离子和负离子，电流方向不能确定
C．不论何种导体，电流的方向规定为正电荷定向移动的方向
D．电流的方向有时与正电荷定向移动的方向相同，有时与负电荷定向移动的方向相同
2.氢原子的核外只有一个电子，设电子在离原子核距离为R的圆轨道上做匀速圆周运动。已知电子的电荷量为e，运动速率为v，求电子绕核运动的等效电流多大？
3．在研究长度为l、横截面积为S的均匀导体中的电流时，在导体两端加上电压U，于是导体中有匀强电场产生，在导体中移动的自由电子受匀强电场的作用而加速，但又和做热运动的阳离子碰撞而减速，这样边反复碰撞边向前移动。可以认为阻碍电子向前运动的阻力大小与电子移动的平均速率v成正比，其大小可以表示成kv(k为恒量)。电场力和碰撞的阻力平衡时，导体中的电子移动的平均速率v为一定值，这一定值是(    )
4．有甲、乙两导体，甲的横截面积是乙的2倍，而单位时间内通过横截面的电荷量乙是甲的2倍，以下说法正确的是(    )
A．甲、乙两导体的电流相同
B．乙导体的电流是甲导体的2倍
C．乙导体中自由电荷定向移动的速度是甲导体的2倍
D．甲、乙两导体中自由电荷定向移动的速度大小相等
5．（多选）如图所示，将左边的细铜导线与右边的粗铜导线连接起来，已知粗铜导线的横截面积是细铜导线横截面积的两倍，在细铜导线上取一个截面A，在粗铜导线上取一个截面B，若在1 s内垂直地通过它们的电子数相等，那么，通过这两个截面的(    )
A．电流相等

B．电流不相等
C．自由电子定向移动的速率相等
D．自由电子定向移动的速率不相等
6．(多选)半径为R的橡胶圆环均匀带正电，总电荷量为Q，现使圆环绕垂直环所在平面且通过圆心的轴以角速度ω匀速转动，则由环产生的等效电流下列说法正确的是(    )
A．若ω不变而使电荷量Q变为原来的2倍，则电流也将变为原来的2倍
B．若电荷量Q不变而使ω变为原来的2倍，则电流也将变为原来的2倍
C．若使ω、Q不变，将橡胶环拉伸，使环半径增大，电流将变大
D．若使ω、Q不变，将橡胶环拉伸，使环半径增大，电流将变小
7．已知电子的电荷量为e，质量为m，氢原子的电子在原子核的静电力吸引下做半径为r的匀速圆周运动，则电子运动形成的等效电流大小为多少？