11.1 电源和电流2022-2023学年高一物理同步精品讲义（人教版2019版必修第三册)

11.1 电源和电流 学习目标 1．理解电源的形成过程，知道电源在电路中的作用。 2．理解恒定电场和恒定电流的形成过程。知道恒定电场与静电场相同。 3．掌握电荷量、电流、通电时间等物理量之间的关系。 重点：理解电源的形成过程及电流的产生。 难点：会灵活运用公式计算电流的大小。 知识点一、电源 1．定义：电源是不断把负电荷从正极搬运到负极从而维持正负极之间一定电势差的装置。 2．导体中的自由电荷在电场力作用下发生定向移动形成电流。 有A、B两个导体，分别带正、负电荷．如果在它们之间连接一条导线R，如下图（a）所示，导线R中的自由电子便会在静电力的作用下定向运动，B失去电子，A得到电子，周围电场迅速减弱，A、B之间的电势差很快就消失，两导体成为一个等势体，达到静电平衡，如下图（b）所示。 3．电源可使电路中保持持续电流 在上述情况中，导线R中的电流只是一个瞬时电流。倘若在A、B之间连接一个装置P，它能源源不断地把经过导线R流到A的电子取走，补充给B，使A、B始终保持一定数量的正、负电荷，这样，A、B周围空间（包括导线之中）始终存在一定的电场，A、B之间便维持着一定的电势差。由于这个电势差，导线中的自由电子就能不断地在静电力作用下由B经过R向A定向移动，使电路中保持持续的电流。如上右图，能把电子从A搬运到B的装置P就是电源。 4．电源的作用 （1）维持电路的两端有一定的电势差。 （2）使电路中保持持续电流。 （3）电路中的电源能把其它形式的能转化为电能，从而保持电源正负极之间有持续的电压。 【题1】下列关于电源的说法正确的是 A．电源是将其他形式的能转化为电能的装置 B．电源的作用是使电源的正负极保持一定量的正、负电荷，维持一定的电势差 C．与电源相连的导线中的电场是由电源正、负极上的电荷形成的 D．在电源内部正电荷由负极流向正极，负电荷由正极流向负极 【答案】ABD 【解析】在电源内部由非静电力做功（如洛伦兹力等，后面将学到）将正电荷由负极搬到正极，将负电荷由正极搬到负极，使正、负极维持一定的电势差；同时将其他形式的能转化为电能，故A、B、D正确。导线中的电场是由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成的，故C错。 知识点二、电场 1．导线中的电场 （1）形成：导线中的电场是由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成的合电场。 （2）特点：导线内的电场线和导线平行；电荷的分布是稳定的；导线内的电场是沿导线切线方向的稳定电场。 （3）恒定电场与静电场的关系：在恒定电场中，任何位置的电场强度都不随时间变化，其基本性质与静电场相同。在静电场中所学的电势、电势差及其与电场强度的关系，在恒定电场中同样适用。 2．恒定电场 （1）定义：导线与电源连通后，导线内部很快形成沿导线切线方向的电场，这个电场是由电源、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，电场的分布也不会随时间变化。这种由稳定分布的电荷所产生的稳定的电场，称为恒定电场。 （2）形成：当电路达到稳定时，导线中电场是由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成的。 （3）特点：任何位置的电场强度都不随时间发生变化。由于在恒定电场中，任何位置的电场强度都不随时间变化，所以它的基本性质与静电场相同。在静电场中所讲的电势、电势差及其与电场强度的关系等，在恒定电场中同样适用。 【题2】在由电源、导线等电路元件所组成的电路中，以下说法不正确的是 A．导线中的电场强度处处为零 B．导线中的电场强度方向跟导线方向平行 C．导线中的电场基本性质与静电场相同 D．导线内沿电流方向各点的电势逐渐降低 【答案】A 【解析】在电源和导线中感应电荷的共同作用下，垂直导线方向的电场相互抵消，在导体中形成了沿导线方向的电场，即导线中的电场强度方向跟导线方向平行，B正确、A错误；导体内的电场由稳定分布的电荷产生，所以其性质与静电场相同，C对；沿电场方向电势逐渐降低，电场方向就是正电荷的受力方向，也就是电流的方向，即导线内沿电流方向各点的电势逐渐降低，D正确。 3．稳定电场：稳恒电流的电路中的电场是稳定电场，即电路中的电荷分布是稳定的，但不是静态的绝对稳定，而是动态稳定。就电路中任一微元来讲，流走多少电荷，就补充多少电荷。和静电场一样，其电场分布不随时间改变，静电场的基本规律这里都适用。和静电场不同的是：产生稳定电场的电荷是运动的，但电荷分布不随时间变化，所以其本质为动态稳定。 知识点三、恒定电流 1．电流 （1）概念：电荷的定向移动形成电流。 （2）物理意义：反映了电流的强弱程度。 （3）符号及单位：用符号I表示，单位是安培，符号为A。常用的电流单位还有mA、μA，换算关系为：1A＝103mA＝106μA。 （4）表达式：I