11.1 电源和电流 讲义-2023-2024学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册

电源和电流 【学习目标】 1,了解形成电流的条件，知道电源的作用和导体中的恒定电场。初步体会动态平衡的思想。 2.理解电流的定义，知道电流的单位、方向的规定；理解恒定电流。 3.经历金属导体内自由电子定向移动速率的推导过程，从微观的角度理解导体中电荷的定向移动 与电流之间的关系。 【重点难点】 理解电源的作用，区分电子定向移动的速率和在导线中建立电场的速率这两个不同的概念。 【课前预习】 一、 电源与恒定电场 1.电源 概念 能把电子从正极搬运到负极的装置 电源 维持电路两端有一定的电压 作用 使电路中保持持续的电流 2.恒定的电场 ①定义： ②形成：连接A、B导体的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. ③特点：任何位置的电荷分布和电场强度都不会随时间变化，基本性质与静电场相同， ④适用规律：在静电场中所讲的电势、电势差及其与电场强度的关系同样适用于恒定电场。 思考：恒定电场就是静电场，对吗？ 【提示】静电场是静电荷产生的电场而恒定电场是由电源、导线等电路元件累积电荷形成的电场， 但二者基本性质相同. 【知识要点】 二、 恒定电流 1,电流概念 (1)概念： (2)物理意义：反映了电流的强弱程度， (3)符号单位：符号I:单位有安培、毫安、微安（单位符号分别为A、mA、μA). (4)表达式：1=qt. (5)电流的方向：规定」 定向移动方向或 定向移动的反方向为电流方向. 2.恒定电流 大小和方向都不随时间变化的电流。 思考：有同学认为“只有导体中才可有电流”，谈一谈你的认识 【提示】电荷定向移动形成电流，不论是导体内还是其他空间只要有电荷定向移动就可形成电流， 如氢原子中核外电子做匀速圆周运动时，形成了一环形电流等 对电流的理解（深化理解） 1,电流的形成 (1)形成：当导体和电流连接后，导体中形成恒定电场， 在导体内在电场力作用下， 定向移动，从而形成电流 (2)产生电流的条件：导体两端有电压. (3)形成持续电流的条件：电路中有电源且电路闭合. 2.电流的方向 金属导体中自由移动的电荷是自由电子，电流的方向与自由电子定向移动的方向 3.电 流的大小 ()定义式：1=qt.用该式计算出的电流是时间t内的平均值.对于恒定电流，电流的瞬时值与平 均值 (2)三点说明. ①电解液中正、负离子定向移动的方向虽然相反，但正、负离子定向移动形成的电流方向是相同的， 应用I=qt求电流时，q为正电荷总电荷量和负电荷总电荷量的绝对值之和。 ②q=It是I=qt的变形，是求电荷量的重要公式.其中1是电流在时间t内的平均值. ③电流是标量：电流虽然有方向，但是它遵循代数运算法则，所以电流不是矢量而是标量， 【例1】、在NaC1溶液中，正、负电荷定向移动，方向如图所示，若测得2s内有1.0×1018 个Na十和C1一通过溶液内部的横截面M,试问：溶液中的电流方向如何？电流多大？ 电源 三、 电流的微观表达式 1,建立模型 如图2一1一2所示，AD表示粗细均匀的一段长为！的导体，两端加一定的电压，导体中的自由电 荷沿导体定向移动的速率为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，每个 自由电荷的电荷量为q 2.理论推导 AD导体中的自由电荷总数：N=nIS 总电荷量Q=Ng=nlSq 所有这些电荷都通过横截面D所需要的时间：t=1v 根据公式q=It可得：导体AD中的电流：I=Qt=nlSql/v=ngSv. 3.结论 由此可见，从微观上看，电流取决于导体中单位体积内的自由电荷数、每个自由电荷的电荷量、定 向移动速率的大小，还与导体的 有关 第3步例证一—典例印证，思维深化 【例2】、已知铜导线中的电流为1A,铜导线的横截面积为1m2,求： (1)在1s内，有多少个电子通过钥导线的横截面（电子电荷量e=1.6×10-19C)? (2)自由电子的平均移动速率多大（设铜导线中每立方米含有8.5×108个自由电子）？ 四、金属导体导电时的三种速率 1.三种速率概念 (1)电子定向移动的速率：电子在金属导体中的 (2)电流的传导速率：电流在导体中的传导速率. (3)电子热运动的速率：自由电子在导体内做无规则热运动的速率。 2.三种速率的比较 大 小 比较项 物理意义 /m·s-1 电子定向 金属导体内电子的定向移动形成电流，电流与电 移动的速 1×10-5 子定向移动速率的关系为I=neSv 率 电流的传导速率等于光速.电路一接通，导线中 电流的传 以光速c在各处形成电场，进而使自由电子发生 3×108 导速率 定向运动形成电流 电子热运 导体内电子不停地做无规则的热运动，由于向各 1×105 动的速率 个方向运动的机会均等，不能形成电流 【例3】、下列关于电流的说法中，正确的是() A,金属导体中，电流的传导速