11.1.1 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

1 电源和电流 教学目标 1. 了解电源使电路形成电流的机制和恒定电场的建立。 2. 理解电源的作用。 3. 知道电流方向的规定。 4. 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。 教学重点、难点 重点：电流的定义式。 难点：等效电流的有关计算。 教学用具 多媒体设备 教学过程 新课引入 教师展示两张图片，并提出问题：电闪雷鸣时，强大的电流使天空发出耀眼的闪光，但它只能存在于一瞬间，而手电筒中的小灯泡却能持续发光，这是为什么? 学生尝试回答：手电筒中有电池，能形成持续的电流。 讲授新课 一、电源 教师进一步提出问题： 1. 电流是怎样形成的？ 2. 形成电流前导体中有自由电子吗？他们在做什么运动？ 3. 导体中的自由电子为什么能定向移动？ 解答：1. 电荷的定向移动形成了电流。 2. 导体中有自由电子，他们在永不停息地做无规则热运动。 3. 导体两端存在电势差，导体中形成了电场，电子受到电场力的作用而定向移动。 教师展示如下图片： (1)导体两端不加电压时，自由电子的运动情况。 (2)导体两端加上电压时，自由电子的运动情况。 总结：当导体两端存在电势差(电压)时，导体中就会形成电流。 教师引导：如何才能让导体两端存在稳定的电压呢？这就用到了电源。 教师展示课件：如图所示分别带正、负电荷的A、B两个导体球，它们的周围存在电场。如果用一条导线H将它们连接起来，电子在静电力的作用下发生定向移动，最终B失去电子，A得到电子。A、B之间的电势差变为0，A、B两个导体球成为等势体。 教师引导思考：H中会出现怎样的电流？如何才能让导线中有持续的电流呢？ 学生之间讨论2分钟。 结论：如果在AB之间接上一个装置P，它能把经过H流到A的电子取走，补充给B，并且能源源不断地把电子从A搬运到B，从而使A、B之间始终存在电势差(电压)，电路中就会存在持续的电流。 教师展示：常见电池图片。 二、恒定电流 2.1 恒定电场 (1)形成：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，不随时间变化，电场的分布也不会随时间变化。 (2)定义：由稳定分布的电荷产生稳定的电场称为恒定电场。 (3)特点：恒定电场与静电场的基本性质相同，静电场中的关系式同样适用于恒定电场。 2.2 恒定电流 大小方向都不随时间变化的电流称为恒定电流。 2.3 电流 (1)定义：物理上把通过导体横截面的电荷量q跟通过这些电荷量所用的时间t的比值称为电流。用I表示电流。 (2)电流的定义式是什么？ 【提问】求电流的三要素。 ①找截面 ②取时间 ③计数量 【提问】回忆一下初中学过的知识，电流的单位有哪些？它们之间的关系是什么？ (3)单位：安培(A)、毫安(mA)和微安(μA)。 1 mA=10-3 A 1 μA=10-6 A 常见电流值： · 手表液晶显示屏约为0.2 μA； · 电视机21英寸，工作电流0.4 A； · 电视机29英寸，工作电流1 A； · 人能感受到的电流为1 mA； · 国际电工委员会规定的安全电流(即摆脱电流)为10 mA 【提问】电流的方向是如何规定的？ (4)方向：正电荷定向移动的方向(电子流动的反方向)。 注意： (1)是定义式，适用于任何电荷的定向移动形成的电流。 思考：能不能说I与q成正比，与t成反比？ (2)电流是标量。 (3)在电解液中，电流方向与正离子定向移动方向相同，与负离子走向移动方向相反。导电时，是正负离子向相反方向定向移动形成电流，电量q表示通过截面的正、负离子电量绝对值之和。 典题剖析 例1 如图所示，在装有导电液体的细管中，有正、负两种电荷向相反的方向运动，在时间t内通过细管某截面的正电荷为q1，通过此截面的负电荷为q2。 (1)确定通过导电液体中电流的方向； (2)计算导电液体中电流的大小。 答案：(1)由左向右 (2) 例2 下列说法中正确的是( ) A. 导体中电荷运动就形成了电流 B. 在国际单位制中，电流的单位是安培(A) C. 电流有方向，它是一个矢量 D. 任何物体，只要其两端电势差不为零，就有电流存在 解析：自由电荷定向移动才形成电流，仅有电荷移动但不是定向移动则不行，故选项A错误；形成电流的条件是导体两端保持有电压，且必须是导体而非任何物体，故选项D错误；电流有方向，但它是标量，故选项C错误。在国际单位制中，电流的单位是安培。综上，本题选B。 例3 如图所示，电解池内有一价的电解液，t时间内通过溶液内面积为S的截面的正离子数是n1，负离子数是n2，设元电荷为e，以下说法中正确的是( ) A. 当n1=n2时，电流强度为零 B. 当n1>n2时，电流方向A到B