高中物理第八章第1讲电流电阻电功及电功率.ppt

“柱体微元”模型求解电流大小 1.模型构建 带电粒子在外加电场的作用下,形成定向移动的粒子流,从中取一圆柱形粒子流作为研究对象即为“柱体微元”模型。 2.模型条件 (1)外加电压为恒定电压; (2)带电粒子流仅带一种电荷; (3)带电粒子在柱体内做定向移动。 3.模型特点 (1)柱体的长 l 柱体的横截面积 S (2)带电粒子在柱体内做匀加速直线运动。 4.处理思路 (1)选取一小段粒子流为柱体微元。 (2)运用相关物理规律,结合柱体微元和整体对象的关联性进行分析计算。 【典例】来自质子源的质子(初速度为零),经一加速电压为800kV的直线加速器加速,形成电流强度为1mA的细柱形质子流。已知质子电荷量e=1.60×10-19C。这束质子流每秒打到靶上的个数为多少?假定分布在质子源到靶之间的加速电场是均匀的,在质子束中与质子源相距L和4L的两处,各取一段极短的相等长度的质子流,其中的质子数分别为N1和N2,则N1∶N2等于多少? 【深度剖析】质子流每秒打到靶上的质子数由 可知 建立如图所示的“柱体微元”模型，设质子经过距质子源L和 4L处时的速度分别为v1、v2，在L和4L处作两个长为ΔL(极短) 的柱体微元。因ΔL极短，故L和4L处的两个柱体微元中的质子 的速度可分别视为v1、v2。对于这两个柱体微元，设单位体积 内质子数分别为n1和n2，由 可知I1=n1eSv1， I2=n2eSv2，作为串联电路，各处的电流相等，所以I1=I2， 故 根据动能定理，分别有 可得 所以有 因此，两柱体微元中的质子数 之比 答案：6.25×1015个 2∶1 【名师指津】在利用“柱体微元”模型求解电流大小时应注意模型的建立。 如图所示,粗细均匀的一段导体长为l,横截面积为S,导体单位 体积内的自由电荷数为n,每个自由电荷的电荷量为q,当导体两 端加上一定的电压时,导体中的自由电荷沿导体定向移动的速 率为v。 (1)导体内的总电荷量:Q=nlSq。 (2)电荷通过横截面D的时间: (3)电流表达式: 【变式训练】如图所示，一根横截面积 为S的均匀长直橡胶棒上均匀带有负电 荷，设棒单位长度内所含的电荷量为q， 当此棒沿轴线方向做速度为v的匀速直线运动时，由于棒的运 动而形成的等效电流大小为( ) A.Vq B. C.qvS D. 【解析】选A。在垂直棒的运动方向选取一横截面，设棒长为 l，则棒上所有电荷通过这一横截面所用的时间 由电流的 定义式 可得： 故A正确。 【双基题组】 1.某电解池,如果在1秒钟内共有5.0×1018个二价正离子和 1.0×1019个一价负离子通过某横截面,那么通过这个横截面的 电流是(　　) A.0 A　　　B.0.8 A　　　C.1.6 A　　　D.3.2 A 【解析】选D。通过横截面的正离子的电量q1=1.6×10-19×2× 5.0×1018C。通过横截面的负离子的电量q2=-1.6×10-19×1.0 ×1019C,则q=|q1|+|q2|=3.2C,根据 故D正确。 2.(2013·杭州模拟)关于材料的电阻率,下列说法正确的是 (　　) A.把一根长导线截成等长的三段,则每段的电阻率都是原来的 B.材料的电阻率随温度的升高一定增大 C.纯金属的电阻率较合金的电阻率小 D.电阻率是反映材料导电性能好坏的物理量,电阻率越大的导 体对电流的阻碍作用越大 【解析】选C。材料的电阻率与长度无关,A错误;半导体材料的 电阻率随温度升高而减小,故B错误;纯金属的电阻率较合金的 电阻率小,C正确;电阻率大的导体,电阻不一定大,故D错误。 3.(2013·济南模拟)如图所示,R1和R2是同种 材料、厚度相同、表面为正方形的导体,但 R1的尺寸比R2的尺寸大。在两导体上加相同 的电压,通过两导体的电流方向如图,则下列 说法中正确的是(　　) A.R1中的电流小于R2中的电流 B.R1中的电流大于R2中的电流 C.R1中自由电荷定向移动的速率大于R2中自由电荷定向移动的速率 D.R1中自由电荷定向移动的速率小于R2中自由电荷定向移动的速率 【解析】选D。设正方形边长为L、厚度为d，则 则 相等，A、B错误。由I=nqSv=nqLdv得L大 的v就小，C错误，D正确。 【高考题组】 4.(2012·浙江高考)功率为10W的发光二极管(LED灯)的亮度与功率为60W的白炽灯相当。根据国家节能战略,2016年前普通白炽灯应被淘