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配套课件（人教版2019）

1．电源和电流 　　　　 第十一章 电路及其应用 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 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。 素养目标 知识点一　电源　恒定电流 1 知识点二　 电流的微观表达式 2 课时测评 4 随堂达标演练 3 内容索引 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 知识点一　电源　恒定电流 返回 自主学习 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？ 提示：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)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？ 提示：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)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：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______搬运到电源______的装置就是电源。 (2)作用：使导体两端始终存在________。 2．恒定电场 (1)形成：电源正、负极周围空间的电场是由______、______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______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__________和__________都不随时间变化，所以它的基本性质与静电场相同。 教材梳理 正极 负极 电势差 电源 导线 电荷 电荷分布 电场强度 3．恒定电流 (1)定义：大小、方向都_______________的电流叫作恒定电流。 (2)电流：表示电流的__________。 ①表达式：I＝___。 ②单位：在国际单位制中，电流的单位是______，简称安，符号是A。常用的电流单位还有_____(mA)和_____(μA)。1 A＝_____ mA＝_____ μA。 ③方向：规定_______定向移动的方向为电流的方向。 不随时间变化 强弱程度 安培 毫安 微安 103 106 正电荷 合作探究 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？ 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 √ √ 例1 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 √ √ 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。 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。 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 √ 例2 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。 探究归纳 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。　　 探究归纳 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 √ 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 故选D。 返回 知识点二　 电流的微观表达式 返回 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 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 例3 √ 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， 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 √ √ 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． √ 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 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 ，故A、D错误。 返回 随堂达标演练 返回 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 √ √ √ 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 √ 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 √ 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 故C错误，D正确。 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。 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 √ 返回 课 时 测 评 返回 1.关于对电流的理解，下列说法正确的是 A．只有自由电子的定向移动才能形成电流 B．电流是矢量，其方向就是正电荷定向移动的方向 C．导体中的自由电荷越多，电流越大 D．在国际单位制中，电流是一个基本物理量，其单位“安培”是基本单位 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 正、负电荷的定向移动都可以形成电流，不仅仅是自由电子的定向移动，故A错误；电流有方向，其方向是正电荷定向移动的方向，但电流是标量，故B错误；电流的大小取决于电荷量与时间的比值，与自由电荷的多少无关，故C错误；国际单位制中共七个基本物理量，电流是其中一个，其单位“安培”是基本单位，故D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 2．关于电源的以下说法，正确的是 A．电源的作用是在电源内部把电子由负极不断地搬运到正极，从而使两极之间有一定的电势差 B．电源的作用是在电源内部把电子由正极不断地搬运到负极，从而使两极之间有一定的电势差 C．电路中只要有电源，就一定有电流 D．电源实质上也是一个用电器，也需要外界提供能量 √ 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 13 电源的作用是在电源内部把电子由正极不断地搬运到负极，从而使两极之间有一定的电势差，故A错误，B正确；若要使电路中产生电流，不仅需要电源，还需要电路是闭合的，两者缺一不可，故C错误；电源是为电路提供能量的装置，故D错误。 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 13 3．如图是通有恒定电流的某段导体。在5 s内有10 C的负电荷向右通过横截面A，则导体内电流的大小和方向分别是 A．2 A、向右 B．2 A、向左 C．50 A、向右 D．50 A、向左 根据电流的定义式I＝ ，可得电流的大小为I＝ A＝2 A，规定正电荷定向移动的方向为电流方向，负电荷定向移动的方向等效于正电荷向相反方向移动，所以电流方向向左，故选B。 √ 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 13 4．半径为R的均匀带电圆环，横截面积为S，所带电荷量为Q，现使圆环绕垂直圆环所在平面且过圆心的轴以角速度ω匀速转动，则由圆环产生的等效电流为 √ 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 13 5．某一探测器因射线照射，内部气体电离，在时间t内有n个二价正离子到达探测器的阴极，有2n个电子到达探测器的阳极，则探测器电路中的电流为 在时间t内有n个二价正离子到达探测器的阴极，有2n个电子到达探测器的阳极，则q＝n·2e＋2n·e＝4ne，根据电流的定义式 选项D正确。 √ 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 13 6．雷击指打雷时电流通过人、畜、树木、建筑物等而造成杀伤或破坏，其中一种雷击形式是带电的云层与大地上某点之间发生迅猛的放电现象，叫作“直击雷”。若某次发生“直击雷”前瞬间云层所带的电荷量为8 C，雷击时放电时间为200 μs，则此次雷击时的平均电流为 A．0.04 A B．4×104 A C．0.08 A D．8×104 A 已知雷击时放电时间为200 μs，放出的电荷量等于8 C，则此次雷击时的平均电流为 ＝4×104 A，选项B正确，A、C、D错误。 √ 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 13 7．铜的摩尔质量为m，密度为ρ，每摩尔铜原子有n个自由电子，今有一根横截面积为S的铜导线，当通过的电流为I时，电子定向移动的平均速率为 √ 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 13 设电子定向移动的平均速率为v，则在t时间内通过导线横截面的自由电子数相当于在体积vtS中的自由电子数，而体积为vtS的铜的质量为vtSρ， 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 13 8．有甲、乙两导体，甲导体的横截面积是乙导体的2倍，而单位时间内通过乙导体横截面的电荷量是甲导体的2倍，以下说法正确的是 A．通过甲、乙两导体的电流相同 B．通过乙导体的电流是甲的2倍 C．乙导体中自由电荷定向移动的平均速率是甲导体的2倍 D．甲、乙两导体中自由电荷定向移动的平均速率相等 √ 由于单位时间内通过乙导体横截面的电荷量是甲导体的2倍，因此通过乙导体的电流是甲导体的2倍，故A错误，B正确；由I＝nqSv可得v＝ ，由于不知道甲、乙两导体的n、q关系，所以无法判断两导体中的电荷定向移动的平均速率v的关系，故C、D错误。 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 13 9．(2023·北京市通州区期末)来自质子源的质子(初速度为零)，经加速电压为U的加速器加速后，形成细柱形的质子流。已知细柱形的质子流横截面积为S，单位体积的质子数为n，质子的质量为m，其电荷量为e，那么这束质子流的等效电流I为 √ 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 13 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 13 10．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，关于该环形电流的说法正确的是 √ 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 13 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 13 11．(多选)如图为一块手机电池的文字说明，下列说法正确的是 A．该电池的容量为500 mA·h B．该电池以5 mA电流工作可用500 h C．该电池在工作时的电流为500 mA D．若电池以10 mA的电流工作，可用50 h 该电池在工作时的电流很小，远小于500 mA，选项C错误；500 mA·h表示电池容量，由500 mA·h＝t×10 mA可得t＝50 h，由500 mA·h＝t′×5 mA可得t′＝100 h，选项A、D正确，B错误。 √ √ 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 13 12．(多选)半径为R的橡胶圆环均匀带正电，总电荷量为Q， 现使圆环绕垂直环所在的平面且通过圆心的轴以角速度ω 匀速转动，则由环产生的等效电流 A．若ω不变而使电荷量Q变为原来的2倍，则电流也将变为 原来的2倍 B．若电荷量Q不变而使ω变为原来的2倍，则电流也将变为原来的2倍 C．若使ω、Q不变，将橡胶圆环拉伸，使环半径增大，电流将变大 D．若使ω、Q不变，将橡胶圆环拉伸，使环半径增大，电流将变小 √ √ 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 13 截取圆环的任一截面S，如图所示，在橡胶圆环运动一周 的时间T内，通过这个截面的电荷量为Q，则有 若ω不变而使电荷量Q变为原来的 2倍，则电流也将变为原来的2倍，A正确；若电荷量Q不 变而使ω变为原来的2倍，则电流也将变为原来的2倍，B正确；若使ω、Q不变，将橡胶圆环拉伸，使环半径增大，则电流不变，C、D错误。 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 13 13．(12分)北京正负电子对撞机的储存环是周长为240 m的近似圆形轨道，当环中电子以光速的 流动而形成10 mA的电流时，环中运行的电子数目为多少？(已知光速c＝3×108 m/s，电子电荷量大小e＝1.6×10-19 C) 答案：5×1011个 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 13 返回 电子运动一周所需要的时间为 在圆形轨道上任取一横截面，则在t时间内整个环中的电子刚好都通过该截面，环中所有电子的电荷量为 q＝It＝10×10-3×8×10-6 C＝8×10-8 C 环中运行的电子数为 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 13 谢 谢 观 看 ！ 第十一章 电路及其应用 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 I＝ 提示：(1)电流方向向左。(2)I＝。 I＝＝ A＝0.8 A， I＝ ＝ ＝neSv。 A． B． C． D． 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。 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。 I＝ N＝＝ 根据电流的定义式I＝，解得I＝＝ A＝80 A，故选D。 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＝ I＝可得I＝， A． B． C． D． 圆环转动一周的时间为t＝，一周内通过某一截面的电荷量为Q，则由圆环产生的等效电流为I＝＝，故D正确。 A．0 B． C． D． I＝可得I＝， I＝＝ A A．光速c B． C． D． 物质的量为，所以电荷量q＝，则电流I＝＝，可得v＝，故D正确。 A．nS B．neS C． D． 质子在电场力作用下加速，加速后的速度为v，根据动能定理得eU＝mv2，解得v＝ ，等效电流为I，单位体积的质子数为n，根据电流的微观表达式I＝neSv，可得I＝neS，故选B。 A．电流大小为，电流方向为顺时针 B．电流大小为，电流方向为顺时针 C．电流大小为，电流方向为逆时针 D．电流大小为，电流方向为逆时针 电子做匀速圆周运动的周期T＝，由I＝可得I＝，电流的方向与电子运动方向相反，故电流方向为逆时针，C正确。 I＝＝； 又T＝，所以I＝。 t＝ s＝8×10-6 s N＝＝个＝5×1011个。 $$