11.1 电源和电流-【帮课堂】2022-2023学年高二物理同步精品讲义（人教2019必修第三册）

11.1 电源和电流 【物理核心素养】 物理观念：通过学习恒定电场和恒定电流，初步建立动态平衡的物理观念。 科学思维：通过“场”和 “路”的知识相联系，培养学生不断运用学到的知识分析、解决实际问题的意识和能力 科学探究：探究金属导体内自由电子定向移动速率的推导过程。 科学态度与责任：通过对电源、电流的学习，培养学生将物理知识应用于生活和生产实践的意识，勇于探究与日常生活有关的物理学问题。 【教学重难点】 重点：理解电源的形成过程及电流的产生。 难点：电源作用的道理，电流的定义式。 知识点一、电源 1．电源定义：能把电子从A搬运到B的装置。装置P就是电源。 A、B就是电源的正负两个极。 2.电源的作用：保持导体两端的电势差（电压），使电路有持续的电流。 【经典例题1】下列说法正确的是（　　） A．电源的作用是使电路中产生电荷 B．电源的作用是使电路中的电荷发生定向移动 C．只要电路中有电源，电路中就会形成持续的电流 D．导线中的电场是由电源两极在空间直接形成的 【答案】 B 【解析】AB．导体中本身就有自由电荷，电源的作用不是使电路中产生电荷，而是使正负电荷分开，使正极聚集正电荷，负极聚集负电荷，电源两端就会产生电压，电压使电路中电荷产生定向移动形成电流，A错误，B正确； C．只要电路中有电源，且电路要闭合，电路中就会形成持续的电流，C错误； D．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，D错误。 故选B。 【变式训练1】（多选）以下说法中正确的是（　　） A．电源的作用是维持导体两端的电压，使电路中有持续的电流 B．在电源内部正电荷能从负极到正极是因为电源内部存在非静电力和静电力 C．静电力与非静电力都可以使电荷移动，所以本质上都是使电荷的电势能减少 D．静电力移动电荷做功电荷电势能减少，非静电力移动电荷做功电荷电势能增加 【答案】 ABD 【解析】A．电源的作用是维持导体两端的电压，使电路中有持续的电流，故A正确； B．在电源内部正电荷能从负极到正极是因为电源内部既存在非静电力，又存在静电力，故B正确； CD．静电力与非静电力都可以使电荷移动，静电力移动电荷做功电荷电势能减少，非静电力移动电荷做功电荷电势能增加，故C错误，D正确； 故选ABD。 知识点二、恒定电流 1．恒定电场：由稳定分布的电荷所产生的稳定的电场。 2．自由电荷定向移动的平均速率：在恒定电场的作用下，自由电荷定向加速运动，但在运动过程中与导体内不动的粒子不断碰撞，碰撞的结果是大量自由电荷定向移动的平移速率不随时间变化。 3．恒定电流：大小、方向都不随时间变化的电流。 4．电流 （1）物理意义：表示电流强弱程度的物理量。 （2）公式：单位时间内通过导体横截面的电荷量越多，电流就越大。如果用I表示电流、q表示在时间t内通过导体横截面的电荷量，则由I＝。 注意：此处的电荷量指净电荷量，如果每一秒有1C的正电荷向右通过截面，同时有2C的负电荷向左通过截面。则该截面有相当于3C的正电荷向右通过该截面。 （3）单位：在国际单位制中，电流的单位是安培，简称安，符号是A。 常用的电流单位还有毫安（mA）和微安（μA）。 1 mA＝10－3 A，1 μA＝10－6 A。 （4）方向：正电荷定向移动的方向规定为电流的方向。 （5）产生电流的条件：导体两端存在电压. （6）形成持续电流条件：导体两端存在持续电压. 【经典例题2】如图所示的电解槽接入电路后，在t秒内有n1个1价正离子通过溶液内截面S，有n2个1价负离子通过溶液内截面S，设e为元电荷，以下说法正确的是（　　） A．当n1＝n2时电流强度为零 B．当n1＞n2时，电流方向从A→B，电流强度为I＝ C．当n1＜n2时，电流方向从B→A，电流强度I＝ D．电流方向从A→B，电流强度I＝ 【答案】 D 【解析】电荷的定向移动形成电流，正电荷的定向移动方向是电流方向，负电荷移动的方向与电流方向相反，由图示可知，溶液中的正离子从A向B运动，，负电荷由B向A运动，因此电流方向是A→B，电流大小 故选D。 【变式训练2】在氢原子模型中，电子绕核运动可等效为一个环形电流。设氢原子中电子在半径为r的轨道上运动，其质量、电量分别用m和e来表示，则等效电流I等于多少 【答案】 【解析】电子绕核做匀速圆周运动，库仑力提供向心力为 所以电子运动周期为 根据电流的定义式 解得 知识点三、电流的微观表达式 1.电流的微观表达式：I＝nqvS.式中n为导体中单位体积内的自由电荷数、q为每个自由电荷的电荷量、v为自由电荷定向移动速率，S为导体的横截面积. 2.三种速率的比较 （1）电子定向移动速率：电子在金属导体中的平均运动速率，也是公式I＝neSv中的v，大小约为10－5 m/s. （2）电流的传导速率：电流在导体中