第11章 第1节 电源和电流-【正禾一本通】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）

第十一章　电路及其应用 第1节　电源和电流 【课标解读】　1.了解形成电流的条件，知道电源的作用和恒定电场。 2.理解电流的定义、定义式，知道电流的单位和方向。 3.会推导电流的微观表达式，理解表达式中各量的意义。 探究点一　电源　恒定电流 如图所示，用导线连接两个分别带正、负电荷的导体，会发生“中和”现象。 (1)发生中和现象时，导线中有无电流？这个电流能持续下去吗？ (2)怎样才能让导线中保持持续的电流？说说你的设想。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：(1)发生中和现象时，导线中有电流，但不能持续下去。 (2)在B失去电子的过程中，如果能不断地从A取走电子，补充给B，使A、B始终带一定数量的正、负电荷，导体内就会存在持续的电流。 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．恒定电流 (1)恒定电场：由稳定分布的电荷所产生的稳定的电场，叫作恒定电场。 (2)恒定电流 ①恒定电流：把大小、方向都不随时间变化的电流称为恒定电流。 ②电流 3．电池的容量 (1)定义：电池放电时能输出的总电荷量叫作电池的容量。 (2)单位：通常以“安时”(A·h)或“毫安时”(mA·h)作单位。 【基点辨析】 1．判断下列说法的正误 (1)电源可以使两个导体之间维持恒定的电势差。(√) (2)电流既有大小，又有方向，所以电流是矢量。(×) (3)通过导体横截面的电荷量越多，电流越大。(×) (4)自由电荷定向移动的方向就是电流的方向。(×) (5)容量为“500 mA·h”的电池以10 mA的电流工作，可用50 h。(√) 2．如果在2 s内有0.1 C的电荷通过横截面积为2mm2的金属导体，则导体中的电流多大？ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：I＝ A＝0.05 A。 1．对电流的理解 (1)用定义式I＝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)电流虽然有大小、有方向，但是计算时遵循代数运算法则，所以电流是标量。 (3)在外电路中，电流的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。 2．电流计算的三个模型 (1)金属导体中的电流：由自由电子的定向移动形成，则公式I＝中的“q”为t时间内通过导体横截面的自由电子的电荷量。 (2)电解质溶液中的电流：由正、负离子同时向相反方向定向移动形成，如盐水导电(如图甲)。由于负离子定向移动形成的电流方向与正离子的相同，所以公式I＝中的“q”为t时间内通过溶液横截面的正、负离子电荷量的绝对值之和。 (3)等效环形电流：当电荷做匀速圆周运动时，可等效为一环形电流，如电子绕原子核的周期性运动(如图乙)。此时等效电流I＝中的“t”常取一个周期，“q”为运动电荷的电荷量。 【典例1】 如图所示，电解池内有一价离子的电解液，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，下列说法中正确的是(　　 ) A．负离子定向移动形成的电流方向从B→A B．溶液内正、负离子向相反的方向移动，电流为零 C．溶液内的电流方向从A→B，电流I＝ D．溶液内的电流方向从A→B，电流I＝ 解析：选D。电流的方向为正电荷定向移动的方向，与负电荷定向移动的方向相反，所以电解质溶液中正离子和负离子定向移动形成的电流方向都是从A→B，电流不为零，故A、B错误；溶液中正、负离子反向经过同一截面时，I＝ 公式中q应是正、负离子电荷量的绝对值之和，故I＝ ，电流方向从A→B，故C错误，D正确。 【针对训练1】 (2024·河南郑州检测)重离子肿瘤治疗装置中的回旋加速器可发射＋3价重离子束，其等效电流为1.2×10-5 A，则在1 s内发射的重离子个数为(e＝1.6×10-19 C)(　　 ) A．3.0×1012 B．2.5×1013 C．7.5×1013 D．3.75×1014 解析：选B。等效电流I＝，又重离子个数n＝，所以代入数据得，1 s内发射的重离子个数n＝2.5×1013个，故B正确。 【典例2】 电子绕核运动可等效为一环形电流，如图所示。氢原子的电子绕核运动的半径为R，电子质量为m，电荷量为e，静电力常量为k，则此环形电流的大小为(　　 ) A． B． C． D． 解析：选C。电子绕核做匀速圆周运动，库仑力提供向心力，可得k，则电子运动的周期为T＝，一个周期电子通过某一位置一次，所以等效电流大小I＝，故C正确。 [规律方法]利用I＝ 计算电流时一定要正确地识别或构建模型，同时还要明确与时间“t”对应的电荷量“q”。 探究点二　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，导体中的自由电荷沿导体定向移动的速率为v，设导体的横截面积为S，导体单位体积内的自由电荷数为n，每个自由电荷的电荷量大小为q。则： 导体AD内的自由电荷全部通过横截面D所用的时间t＝ 导体AD内的自由电荷总数N＝nlS 总电荷量Q＝Nq＝nlSq 导体中的电流I＝＝nqSv。 2．电流微观表达式I＝nqSv的理解 (1)从微观上看，电流I取决于导体中单位体积内的自由电荷数n、每个自由电荷的电荷量大小q、电荷定向移动的速率v，还与导体的横截面积S有关。 (2)公式中的“v”为自由电荷定向移动的速率。自由电荷在不停地做无规则的热运动，其速率为热运动的速率，电流是自由电荷在热运动的基础上向某一方向定向移动形成的。 【典例3】 (易错题)(多选)有一横截面积为S的铜导线，流经其中的电流为I，设单位体积的导线中有n个自由电子，电子的电荷量为e，电子定向移动的速率为v，则在Δt时间内，通过导线横截面的自由电子数可表示为(　　 ) A．nSvΔt B．nvΔt C． D． 解析：选AC。因为I＝，所以q＝I·Δt，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。 [名师提醒] 错因剖析 对照反思 (1)电流的公式及相关物理量等识记、理解混乱； (2)思维片面，不能从两个角度表示自由电子数 【针对训练2】 有两个用不同材料制成的导体棒A和B，其中A的横截面积为B的2倍，在相等的时间内，流过B横截面的电荷量为流过A横截面的电荷量的2倍，则下列说法中正确的是(　　) A．流过两导体棒的电流一定相等 B．导体棒B中的电流为导体棒A中的2倍 C．导体棒A中自由电子定向移动的速率是导体棒B的 D．两导体棒中自由电子定向移动的速率一定相同 解析：选B。由于单位时间内通过B横截面的电荷量是通过A横截面的电荷量的2倍，根据I＝可知，B中的电流是A中的电流的2倍，故A错误，B正确；根据电流的微观表达式I＝nqSv，可得v＝，由于A、B用不同的材料制成，即单位体积内的自由电子数n不同，所以无法确定A、B中自由电子定向移动的速率关系，故C、D错误。 太阳能电池 太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置，在物理学上称为太阳能光伏，简称光伏。目前以光电效应工作的薄膜式太阳能电池为主流，而以光化学效应工作的湿式太阳能电池则还处于萌芽阶段。 学科网（北京）股份有限公司 $$