第11章 第1节 电源和电流-【名师导航】2024-2025学年高中物理必修第三册同步课件(人教版)

第十一章　电路及其应用 第1节　电源和电流 2 学习 任务 1．知道电流形成的条件，知道电源的作用和导体中的恒定电场。 2．理解电流的定义和定义式I＝，知道电流的单位和方向规定。 3．理解导体中的恒定电流。 4．经历金属导体内自由电子定向移动速度的推导过程，从微观的角度理解导体中电荷定向移动与电流之间的关系。 第1节　电源和电流 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 3 关键能力·情境探究达成 01 知识点一　电源 知识点二　恒定电流 知识点三　电流的微观表达式 第1节　电源和电流 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 4 知识点一　电源 1．形成电流的条件 (1)存在________，比如金属导体中的自由电子、电解液中的__________。 (2)导体两端存在____。 自由电荷 正、负离子 电压 第1节　电源和电流 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 2．电源 (1)在电源内部，能把____从电源正极搬运到电源负极的装置。 (2)电源的作用：保持电源正、负极间有一定的____，使导体中有____的电流。 电子 电压 持续 第1节　电源和电流 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 (1)如图所示，电闪雷鸣时，天空发出耀眼的 闪光，耀眼的闪光为什么只持续一瞬间？ 提示：云层与大地或云层与云层之间放电结束后不再产生电流。 (2)打开开关后，手电筒中的小灯泡能持续发光，为什么？ 提示：手电筒中有电源，电源能给小灯泡提供持续的电流。 第1节　电源和电流 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 1．电源的作用 (1)从电荷移动的角度看，电源的作用就是移送电荷，维持电源正、负极间有一定的电势差，从而保持电路中有持续的电流。 (2)从能量转化的角度看，搬运电子的过程就是克服静电力做功的过程，将其他形式的能转化为电能。 第1节　电源和电流 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 2．电流的形成 (1)形成原因：电荷的定向移动。 (2)形成条件：导体两端有电压。 (3)电路中产生持续电流的条件：电路中有电源且电路闭合。 3．形成电流的三种电荷 形成电流的三种电荷为自由电子、正离子和负离子。 (1)金属导体导电时定向移动的电荷是自由电子。(2)液体导电时定向移动的电荷有正离子和负离子。(3)气体导电时定向移动的电荷有自由电子、正离子和负离子。 第1节　电源和电流 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 【典例1】　下列说法正确的是(　　) A．只要有可以自由移动的电荷，就存在持续电流 B．电流的传导速率就是导体内自由电子的定向移动速率 C．在金属导体内当自由电子定向移动时，它们的热运动就消失了 D．金属导体内的持续电流是自由电子在导体内的电场作用下形成的 √ 第1节　电源和电流 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 D　[要有持续电流必须有持续的电压，故A错误；电流的传导速度等于真空中的光速，电子定向移动的速率很小，故B错误；在形成电流时自由电子定向移动，但是热运动并没有消失，其实电子仍然做无规则的热运动，故C错误；导体中形成电流的原因是导体两端加上电压，于是在导体内形成了电场，导体内的自由电子将在静电力作用下定向移动，形成电流，故D正确。] 第1节　电源和电流 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 规律方法　有电源不一定得到持续的电流，要得到持续的电流需要同时满足两个条件： (1)电路中有电源。 (2)电路还必须是闭合的，即必须用导体将电源连接起来。 第1节　电源和电流 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 [跟进训练] 1．如图所示，两个带绝缘柄的金属球A、B，A带负电，B不带电，用导体棒连接A、B的瞬间，下列说法错误的是(　　) A．有瞬时电流形成，方向由A到B B．A、B两端的电势不相等 C．导体棒内的电场强度不等于0 D．导体棒内的自由电荷受静电力作用定向移动 √ 第1节　电源和电流 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 A　[A、B两个金属球，由于A带负电，在金属球A周围存在指向A的电场，故金属球B所在处的电势应高于金属球A所在处的电势，故B正确；连接后的瞬间导体棒内的电场强度不等于0，导体棒中的自由电荷在静电力的作用下发生定向移动，故C、D正确；由于导体棒中的自由电荷为电子，故移动方向为由A指向B，电流方向应由B指向A，故A错误。A符合题意。] 第1节　电源和电流 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 知识点二　恒定电流 1．恒定电场：由____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，导体中自由电荷定向运动，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运动的平均速率不随____变化。 稳定 时间 第1节　电源和电流 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 提醒 恒定电流电路中的电场是恒定电场，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，就补充等量的电荷，所以不能认为恒定电场是匀强电场。 第1节　电源和电流 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 3．恒定电流：大小、____都不随时间变化的电流。 4．电流 (1)物理意义：表示电流____程度的物理量。 (2)公式：I＝___。 (3)单位：在国际单位制中，电流的单位是____，简称__，符号是A。 常用的电流单位还有毫安(mA)和微安(μA)。 1 mA＝____A，1 μA＝____A。 (4)方向：______定向移动的方向规定为电流的方向。 方向 强弱 安培 安 10-3 10-6 正电荷 第1节　电源和电流 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 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。 提示：(1)正电荷的移动方向　(2)I＝ 第1节　电源和电流 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 1．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)q＝It是电荷量的计算式。 第1节　电源和电流 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 2．电流大小的计算 (1)金属导体中电流的计算 金属导体中的自由电荷只有自由电子，q是某一时间内通过金属导体横截面的电子的电荷量。 (2)电解液中电流的计算 电解液中的自由电荷是正、负离子，q应是同一时间内正、负两种离子通过横截面的电荷量的绝对值之和。 第1节　电源和电流 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 (3)环形电流的计算 环形电流的计算采用等效的观点分析。对周期性运动的电荷，常取一个周期来计算等效电流。利用I＝ 求等效电流。 第1节　电源和电流 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 【典例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．正离子定向移动形成电流方向从A→B，负离子定向移动形成电流方向从B→A B．溶液内正、负离子向相反方向移动，电流抵消 C．溶液内电流方向从A→B，电流强度I＝ D．溶液内电流方向从A→B，电流强度I＝ √ 第1节　电源和电流 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 [思路点拨]　(1)电流的方向：与正离子定向移动方向相同，与负离子定向移动方向相反。 (2)通过某一截面的电荷量为通过该截面正、负离子电荷量的绝对值之和。 D　[正电荷定向移动的方向就是电流方向，负电荷定向移动的反方向也是电流方向，A、B错误；有正、负电荷反向经过同一截面时，I＝公式中q应是正、负电荷电荷量绝对值之和，故I＝，电流方向由A指向B，C错误，D正确。] 第1节　电源和电流 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 规律方法　求电流的技巧 (1)要分清形成电流的电荷种类，是只有正电荷或负电荷，还是正、负电荷同时定向移动。 (2)当正、负电荷都参与定向移动时，正、负电荷对电流的形成都有贡献。 第1节　电源和电流 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 [跟进训练] 2．安培提出了著名的分子电流假说，根据这一假说，电子绕核运动可等效为一环形电流。设带电荷量为e的电子以速率v绕原子核沿顺时针方向做半径为r的匀速圆周运动，其电流的等效电流强度I和方向为(　　) A．　顺时针 B．　顺时针 C．　逆时针 D．　逆时针 √ 第1节　电源和电流 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 C　[电子绕核运动可等效为环形电流，电子运动周期为T＝，根据电流的定义式得：电流强度为I＝，因为电子带负电，所以电流方向与电子定向移动方向相反，即沿逆时针方向，故C正确。] 第1节　电源和电流 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 知识点三　电流的微观表达式 1．电流的微观表达式的推导 如图所示，设导体的横截面积为S，自由电子数密度(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。由于电子电荷量为e，因此，时间t内通过横截面的电荷量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式(即电流的微观表达式)I＝neSv 第1节　电源和电流 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 2．电流的定义式和微观表达式的比较 项目 I＝ I＝nqSv 公式性质 定义式 决定式 电流的意义 时间t内的平均电流 某时刻的瞬时电流 描述的角度 大量电荷定向移动的宏观表现 形成电流的微观实质 联系 由I＝可导出I＝nqSv 第1节　电源和电流 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 3．三种不同速率的比较 自由电荷定向移动速率 自由电荷定向移动形成电流，一般其平均速率为10-4 m/s的数量级 无规则热运动速率 导体中的自由电子在不停地做无规则运动，常温下自由电子热运动的速率的数量级为105 m/s 电场传播 速率(或电 流传导速率) 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定向移动，整个电路也几乎同时形成了电流 第1节　电源和电流 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 【典例3】　(多选)有一横截面积为S的铜导线，流经其中的电流为I，设每单位体积的导线中有n个自由电子，电子的电荷量为e，此电子的定向移动速率为v，在Δt时间内，通过导线横截面的自由电子数可表示为(　　) A．nvSΔt B．nvΔt　　　 C．　　　 D． √ √ 第1节　电源和电流 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 [思路点拨]　(1)电子数等于总电荷量除以每个电子的电荷量，所以求出通过横截面的电荷量，即可求出电子数。 (2)单位体积内的电子数已知，只要求出Δt时间内有多少体积的电子通过横截面，即可求出电子数。 AC　[因为I＝，所以q＝It，自由电子数目为N＝，C正确，D错误；又因为电流的微观表达式为I＝neSv，所以自由电子数目为N＝＝nSvΔt，A正确，B错误。] 第1节　电源和电流 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 规律方法　用电流的微观表达式求解问题的注意点 (1)准确理解公式中各物理量的意义，式中的v是指自由电荷定向移动的速率，不是电流的传导速率，也不是电子热运动的速率。 (2)I＝neSv是由I＝导出的，若n的含义不同，表达式的形式也会不同。 第1节　电源和电流 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 [跟进训练] 3．(多选)如图所示，将左边的细铜导线与右边的粗铜导线连接起来，已知粗铜导线的横截面积是细铜导线横截面积的两倍，在细铜导线上取一个截面A，在粗铜导线上取一个截面B，若在1 s内垂直地通过它们的电子数相等，那么，通过这两个截面的(　　) A．电流相等 B．电流不相等 C．自由电子定向移动的速率相等 D．自由电子定向移动的速率不相等 √ √ 第1节　电源和电流 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 AD　[由电流定义知I＝，故A正确，B错误；由电流的微观表达式I＝nqSv知，I、n、q均相等，因为SA<SB，所以vA>vB，故C错误，D正确。] 第1节　电源和电流 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 学习效果·随堂评估自测 02 第1节　电源和电流 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 35 1 2 3 4 1．下列关于电流的说法正确的是(　　) A．根据I＝，可知I与q成正比 B．如果在任何相等的时间内通过导体横截面的电荷量相等，则导体中的电流是恒定电流 C．电流有方向，电流是矢量 D．电流的单位“安培”是国际单位制中的基本单位 √ 第1节　电源和电流 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 36 1 2 3 4 D　[依据电流的定义式可知，电流与q、t皆无关，故A错误；虽然电流是标量，但是却有方向，因此在任何相等的时间内通过导体横截面的电荷量虽然相等，但如果方向变化，电流也不是恒定电流，故B、C错误；电流的单位安培是国际单位制中的基本单位，故D正确。] 第1节　电源和电流 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 37 1 2 3 4 2．如图所示的电解池，通电1 s，其间共有3 C的正离子和3 C的负离子通过截面xy，则这个电路中的电流是(　　) A．0　　　 B．1.5 A C．3 A D．6 A D　[由电流的定义知I＝＝6 A，故D正确。] √ 第1节　电源和电流 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 38 1 2 3 4 3．(多选)一段材料、截面均匀的导线中，通过的电流为I，导线的横截面积为S，单位长度导线内的电子数量为n，电子的电荷量为e，单位时间内通过导线中某横截面的电子数为N。则导线中电子运动的速率v为(　　) A． B． C．　　　 D． √ √ 第1节　电源和电流 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 39 1 2 3 4 AD　[取一段长为L的导线，其中的电子刚好全部通过这段导线的时间为t＝，由已知条件可得这段导线中的电子数为Ln，电荷量为Lne，这些电荷量在t时间内通过，则根据电流的定义可得I＝＝nev，由此解得电子速度为v＝，故A正确，B错误；单位时间内通过这段导线的电荷量也可以为Ne，根据电流定义有I＝Ne，即Ne＝＝nev，解得v＝，故C错误，D正确。] 第1节　电源和电流 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 40 1 2 3 4 4．若距地面高约2 km的空中有两块乌云，它们因与空气摩擦带电，致使两块乌云之间的电势差约为3×109 V且保持不变。已知空气的电场强度达到3×106 V/m将被击穿放电，请对以下问题进行估算： (1)当两块乌云相距多少米时会发生放电？ (2)若某次闪电，两块乌云之间通过的电荷量为500 C，可释放多少能量？ (3)这次放电现象历时约0.01 s，则其平均电流约为多大？ [解析]　(1)由U＝Ed可得乌云之间的距离为d＝ m＝1 000 m。 (2)释放的能量为静电力做功W＝Uq＝3×109×500 J＝1.5×1012 J。 (3)平均电流约为I＝ A＝5×104 A。 [答案]　(1)1 000 m　(2)1.5×1012 J　(3) 5×104 A 第1节　电源和电流 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 41 回归本节知识，自我完成以下问题： 1．持续电流是怎样形成的？ 提示：电路中有电源且电路闭合。 2．恒定电场与静电场有何异同？ 提示：不同点：静电场由静止电荷产生，恒定电场由稳定分布的电荷(不是静止电荷)产生。相同点：基本性质相同，对于电势、电势差及其与电场强度的关系，两种电场均适用。 第1节　电源和电流 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 3．I＝，I与q成正比吗？ 提示：I＝是定义式，I与q、t无关。 第1节　电源和电流 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 阅读材料·拓展物理视野 03 第1节　电源和电流 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 44 北京正负电子对撞机 北京正负电子对撞机(BEPC)是我国第一台高能加速器，是高能物理研究的重大科技基础设施。由长202米的直线加速器、输运线、周长240米的圆形加速器(也称储存环)、高6米重500吨的北京谱仪和围绕储存环的同步辐射实验装置等几部分组成，外形像一只硕大的羽毛球拍。正、负电子在其中的高真空管道内被加速到接近光速，并在指定的地点发生对撞，通过大型探测器——北京谱仪记录对撞产生的粒子特征。科学家通过对这些 数据的处理和分析，进一步认识粒子的性质，从而 揭示微观世界的奥秘。 第1节　电源和电流 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 问题　设整个环中运行的电子数目为5×1011个，电子运行速度是3×107 m/s，则环中电流是多大？ 提示：电子运动一周的时间为T＝，在T时间内通过任意横截面的电荷量为q＝ne，电流为I＝ A＝10 mA。 第1节　电源和电流 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 阅读材料·拓展物理视野 $$