01 1．电源和电流-【金版新学案】2024-2025学年高中物理必修第三册同步课堂高效讲义教师用书（人教版2019）

1．电源和电流 【素养目标】　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。2.理解电流的定义，知道电流的单位和方向，学会用公式I＝分析问题。3.经历金属导体内自由电子定向移动速率的推导过程，从微观角度理解导体中电荷定向移动与电流之间的关系。 知识点一　电源　恒定电流 [情境导学]　(1)如图1所示，用导线H连接两个分别带正、负电荷的导体A、B，导线H中的电荷将如何移动？导线中有无电流？ (2)如图2所示，在上述过程中，两导体的电荷量如何变化，自由电子会一直运动吗？能否形成持续的电流？ (3)如图3所示，如果想让导线中有持续的电流，我们需要一个怎样的装置？ 提示：(1)A、B之间有电势差，电子将从B导体移动到A导体，能形成电流。 (2)B失去电子，A得到电子。当A、B之间的电势相等时，电子将不再运动。不能形成持续的电流。 (3)导体中若要有持续电流需要一个装置，该装置能把电子从A搬运到B，使导体两端始终存在电势差，使得电路中电流能够持续存在。 (阅读教材P53－P54，完成下列填空) 1．电源 (1)定义：能把电子从电源正极搬运到电源负极的装置就是电源。 (2)作用：使导体两端始终存在电势差。 2．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。 (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。 (3)特点：在恒定电场中，任何位置的电荷分布和电场强度都不随时间变化，所以它的基本性质与静电场相同。 3．恒定电流 (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＝。 ②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 A＝103 mA＝106 μA。 ③方向：规定正电荷定向移动的方向为电流的方向。 学生用书第69页 [问题探究]　如图所示，把电源用导线连接再插入食盐水中的两个金属电极上，电路中形成电流。 (1)食盐水中的电流沿什么方向？ (2)假设电子的电荷量为e，t时间内有N个Cl－和N个Na＋通过图中虚线面，则电路中的电流为多大？ 提示：(1)电流方向向左。(2)I＝。 角度一　电流的理解 (多选)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．电流是一个标量，其方向是没有意义的 D．电流的单位“安培”是国际单位制中的基本单位 答案：BD 解析：I＝是电流的定义式，I不由q来决定，也不与q成正比，A错误；根据恒定电流的定义可知，如果在任何相等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，B正确；电流是标量，其方向表示正电荷定向移动的方向，与负电荷定向移动的方向相反，C错误；安培是国际单位制中七个基本单位之一，D正确。 针对练．(多选)下列关于电流的说法正确的是(　　 ) A．电荷的定向移动形成电流 B．金属导体中电流方向是自由电子移动的方向 C．电流既有大小又有方向，所以电流是矢量 D．由I＝可知，电流越大，单位时间内通过导体横截面的电荷量就越多 答案：AD 解析：电荷的定向移动形成电流，正电荷定向移动的方向为电流的方向，金属导体中自由电荷是自由电子，电流的方向是自由电子移动的反方向，故A正确，B错误；电流既有大小又有方向，但电流不是矢量，是标量，因为电流的运算遵循代数运算法则，而不是平行四边形定则，故C错误；由I＝可知，电流的大小等于单位时间内通过导体横截面的电荷量，所以电流越大，单位时间内通过导体横截面的电荷量就越多，故D正确。 角度二　电流的定量计算 某电解池中，如果在1 s内共有n1＝5×10 18个二价正离子和n2＝1.0×10 19个一价负离子通过某截面，那么通过这个截面的电流是(e取1.6×10 －19 C)(　　) A．0 B．0.8 A C．1.6 A D．3.2 A 答案：D 解析：由题意，电解池中正、负离子运动的方向相反，则1 s内通过截面的正离子的电荷量为q1＝2n1e，通过截面的负离子的电荷量的绝对值为q2＝n2e，则电流为I＝，代入数据解得I＝3.2 A，故选D。 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，用该式计算出的电流是时间t内的平均值。 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，运用I＝ 计算时，q是时间t内通过金属导体横截面的自由电子的电荷量。 (2)电解液中电流的计算 电解液中的自由电荷是正、负离子，运用I＝ 计算时，q应是时间t内正、负两种离子通过横截面的电荷量的绝对值之和。　　 针对练．(2024·四川省泸州市高二上学期期末)如图所示，探究电解质溶液导电性实验时，电解液的横截面积为2 cm2，若每秒内有0.4 C的正离子和0.4 C的负离子沿相反方向通过此横截面，则此时电解质溶液中电流的强度为(　　) A．0 B．0.2 A C．0.4 A D．0.8A 答案：D 解析：电解液中电流是由正、负离子同时向相反方向定向移动形成的，通过横截面的总电荷量是两种离子电荷量的绝对值之和，根据电流强度的定义式可知I＝＝ A＝0.8 A，故选D。 学生用书第70页 知识点二　 电流的微观表达式 1．电流微观表达式的推导 如图所示，AD表示粗细均匀的一段长为l的导体，两端加一定的电压，导体中的自由电子沿导体定向移动的平均速率为v，设导体的横截面积为S，导体单位体积内的自由电子数为n。由于电子的电荷量为e，则导体AD内的自由电子全部通过横截面D所用的时间t＝，导体AD内自由电子的总数N＝nlS，则总电荷量q＝Ne＝nlSe导体中的电流I＝ ＝ ＝neSv。 2．电流微观表达式I＝neSv的理解 (1)I＝ 是电流的定义式，I＝neSv是电流的决定式，因此I与通过导体横截面的电荷量q及时间t无关，从微观上看，电流决定于导体中单位体积内的自由电子数n、定向移动的速率v和导体的横截面积S。 (2)v表示电子定向移动的速率，自由电子在不停地做无规则的热运动，其速率为热运动的速率，电流是自由电子在热运动的基础上向某一方向定向移动形成的。 3．三种不同速率的比较 (1)自由电子定向移动的速率 自由电子定向移动的平均速率约为10-4 m/s(I＝neSv中的速率v)。 (2)自由电子做无规则热运动的速率 通常情况下，导体中的自由电子沿不同方向做无规则热运动的速率约为105 m/s。 (3)电场传导的速率 电路闭合瞬间，各处以真空中的光速c形成恒定电场，电路中各处的自由电子几乎同时开始定向移动，整个电路也几乎同时形成了电流。 某根导线的横截面积为S，通过的电流为I。已知该导线材料密度为ρ，摩尔质量为M，电子电荷量为e，阿伏加德罗常数为NA，设每个原子只提供一个自由电子，则该导线中自由电子定向移动的速率为(　　) A． B． C． D． 答案：A 解析：设该导线中自由电子定向移动的速率为v，自由电子从一端定向移动到另一端所用时间为t，每个原子可提供一个自由电子，则导线中原子数目与自由电子的数目相等，为N＝NA，t时间内通过导线横截面的电荷量为q＝Ne，则电流强度I＝＝，解得v＝，故选项A正确。 针对练1.(多选)甲、乙为同种材料做成的两柱状导体，横截面积之比为1∶2，长度之比为2∶1。相同时间内，通过甲、乙两导体某一横截面的电荷量之比为1∶2，则甲、乙两导体中(　　) A．电流之比为1∶2 B．电流之比为1∶1 C．自由电荷定向移动的平均速率之比为1∶1 D．自由电荷定向移动的平均速率之比为1∶2 答案：AC 解析：根据电流公式I＝得＝＝，A正确，B错误；根据电流的微观表达式I＝neSv得＝＝1，C正确，D错误。 针对练2.(2024·上海市上海中学高二上学期期末)横截面积为S的导线中，通有大小为I的电流，已知导线单位体积中有n个自由电子，每个自由电子的电荷量是e，自由电子定向移动的速率是v，则在时间t内通过导线截面的电子数为(　　) A．It B．nvt C．nSvt D． 答案：C 解析：已知导线单位体积中有n个自由电子，则在时间t内通过导线横截面的电子数为N＝nV＝nSvt，故C正确，B错误；根据电流的定义式I＝可得，总的电荷量为q＝It，则在时间t内通过导线横截面的电子数为N＝＝，故A、D错误。 学生用书第71页 1．(多选)下列关于电流方向的说法正确的是(　　 ) A．电流的方向就是自由电荷定向移动的方向 B．电流的方向就是正电荷定向移动的方向 C．在金属导体中，电流的方向与自由电子定向移动的方向相反 D．在电解液中，电流的方向与正离子定向移动的方向相同 答案：BCD 解析：电荷的定向移动形成电流，规定正电荷定向移动的方向为电流的方向，故A错误，B正确；在金属导体中，自由电荷是自由电子，自由电子带负电，电流的方向与自由电子定向移动的方向相反，故C正确；在电解液中，自由电荷是正、负离子，电流的方向与正离子定向移动的方向相同，故D正确。 2．(2024·江苏扬州市学业水平考试)电弧是一种气体放电现象，是电流通过某些绝缘介质(例如空气)所产生的瞬间火花。已知某次电弧在5×10-3 s内释放了0.4 C电荷量，则这段时间形成的电流为(　　) A．0.8 A B．8 A C．12.5 A D．80 A 答案：D 解析：根据电流的定义式I＝，解得I＝＝ A＝80 A，故选D。 3．如图所示，电解槽内有一价的电解溶液，t时间内通过溶液内横截面积S的正离子数是n1，负离子数是n2，设元电荷的电荷量为e，以下说法正确的是(　　) A.正离子定向移动形成电流，方向从A到B，负离子定向移动形成电流，方向从B到A B．溶液内正、负离子沿相反方向运动，电流相互抵消 C．溶液内电流方向从A到B，电流I＝ D．溶液内电流方向从A到B，电流I＝ 答案：D 解析：电流的方向与正离子定向移动的方向相同，与负离子定向移动的方向相反，所以正、负离子定向移动形成的电流，方向都是从A到B，电流不会相互抵消，故A、B错误；t时间内通过溶液内横截面积S的电荷量q＝n1e＋n2e＝(n1＋n2)e，根据电流的定义式I＝可得I＝，故C错误，D正确。 4．一段粗细均匀的导线，它的横截面积为S，导线内自由电子的电荷量为e，导线单位长度内自由电子数为n，自由电子做无规则运动的速率为v，单位时间内通过某一横截面的自由电子数为N，则导线中的电流为(　　) A．neSv B．nev C．N D．Ne 答案：D 解析：设自由电子定向移动的速率为v′，则时间t内通过导线横截面的电荷量q＝nev′t，导线中的电流I＝＝nev′，故A、B错误；由电流定义式I＝可知I＝Ne，故C错误，D正确。 学科网（北京）股份有限公司 $$