第11章 第1节 电源和电流（Word教参）-【优化指导】2023-2024学年新教材高中物理必修第三册（人教版2019）

第1节　电源和电流 物理观念 科学思维 科学态度与责任 1.通过实例对比，思考持续电流形成的原因，了解电源的作用，认识常见的电源。 2．通过实例分析，理解电流的定义，知道电流的单位。 1.通过对比静电平衡条件，思考电路中的电场特点和电荷运动情况，了解导体中的恒定电场和恒定电流。 2．会推导电流的微观表达式，从微观的角度认识影响电流大小的因素。 　　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。 [对应学生用书P64] 1．(物理与生活)水果电池是利用水果中的化学物质和金属片发生反应产生电能的一种电池，连接电路，LED灯发光，如图所示。判断下列说法的正误。(对的画“√”，错的画“×”) (1)有电流，说明导体内部的电荷运动。(　　√　　) (2)在内部把电子由负极不断地搬运到正极，从而使电源正、负极之间有稳定的电势差。(　　×　　) (3)电流既有大小，又有方向，是矢量。(　　×　　) (4)由于I＝，所以说I正比于q，反比于t。(　　×　　) 2．(知识拓展)恒定电场与静电场的异同 (1)异：静电场是由静止的电荷产生的；恒定电场是由稳定分布的电荷产生的。 (2)同：都是由电荷产生；恒定电场与静电场都不随时间变化；对电荷有力的作用；电势、电势差及其与电场强度的关系同样适用。 2．作用 (1)维持电路两端有一定的电势差。 (2)保持电路中有持续的电流。 二、恒定电流 1．恒定电场 (1)形成：电源正、负极周围空间的电场是由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成的。电荷的分布和电场的分布不随时间变化。 (2)定义：由稳定分布的电荷所产生的稳定的电场，叫作恒定电场。 (1)定义：大小、方向都不随时间变化的电流，叫作恒定电流。 (2)电流：表示电流的强弱程度。 ①表达式：I＝。 ③方向：规定正电荷定向移动的方向为电流的方向。 3．电流的微观解释 (1)三种速率 ①电子热运动速率：自由电子做无规则热运动的速率，平均值约为105 m/s。由于自由电子向各个方向运动的机会相等，故此运动不能形成电流。 ②电流的传导速率：就是导体中建立电场的速率，等于光速，为3×108 m/s。闭合开关的瞬间，电路中各处以光速建立恒定电场，电路中各处的自由电子几乎同时做定向移动，整个电路也几乎同时形成了电流。 ③电子定向移动速率：导体两端加上电压时，自由电子在做无规则热运动的同时，受静电力的作用定向移动的速率。自由电子定向移动的平均速率约为10-4 m/s。 (2)电流的微观表达式 设金属导体的横截面积为S，单位体积内的自由电子数为n，自由电子定向移动的平均速率为v，则时间t内通过某一横截面的自由电子数为nSvt；若电子的电荷量为e，那么在时间t内通过横截面的电荷量为q＝neSvt。根据电流的公式I＝，就可以得到电流和自由电子定向移动平均速率的关系：I＝neSv。 4．电池的容量：电池放电时能输出的总电荷量，其单位是安时(A·h)或毫安时(mA·h)。 [对应学生用书P65] 探究点一___对电流的理解 如图所示，把电源用导线连接到插入食盐水中的两个金属电极上，电路中形成电流。 [问题设计] (1)盐水中的电流和金属导线中的电流形成机制有什么不同？ (2)盐水中的电流沿什么方向？ (3)假设t s内有N个 Cl－和N个Na＋通过图中虚面，则电路中的电流多大？ 提示：(1)盐水中的电流是 Cl－离子和Na＋离子同时反向定向移动形成的，金属导线中的电流是自由电子定向移动形成的。 (2)左。 (3)I＝。 1．电流的大小 定义式：I＝。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相等。 2．对电流的理解 (1)电流虽然有方向，但它是标量，其计算遵循代数运算法则。 (2)在外电路中电流方向由电源正极到负极，在电源内部电流方向由电源负极到正极。 (3)I＝是电流的定义式，或者说是求解电流的一种方法，电流I与q、t无正反比关系。 (4)一点说明：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＝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。 【例1】 一个太阳能电池对某用电器供电时，在1 min时间内，通过该用电器的电荷量为1.2 C，则通过该用电器的电流为(　　　　　) 　A．10 mA B．20 mA C．40 mA D．1.2 A B　解析：通过该用电器的电流为I＝＝ A＝0.02 A＝20 mA，B正确，A、C、D错误。 【例2】 如图所示，电解池内有一价的电解液，时间t内通过溶液内截面S的正离子数是n1，负离子数是n2，设元电荷为e，以下解释正确的是(　　　　　) A．正离子定向移动