第11章 第1节 电源和电流（Word教参）-【状元桥·优质课堂】2024-2025学年高中物理必修第三册（人教版2024）

　　电路及其应用 第1节　电源和电流 [学习目标]　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（物理观念）.2.理解电流的定义，知道电流的单位和方向（物理观念）.3.会推导电流的微观表达式，了解表达式中各物理量的意义（科学思维）. @课前·教材预案 ♝课前·教材预案 （见学生用书P58） 知识点一电源 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　. 知识点二恒定电流 1.定义：　大小　、　方向　都不随时间变化的电流称为恒定电流. 2.电流的定义式：I＝　　，其物理意义：　单位　时间内通过导体横截面的　电荷量　，是表示电流强弱程度的物理量. 3.在国际单位制中，电流的单位是　安培　，符号是　A　. 4.电流的方向：规定为　正电荷　定向移动的方向，与负电荷定向移动的方向　相反　. 1.判断下列说法的正误. （1）必须有电源，自由电荷才能在电路中移动.（　×　） （2）静电场中的电势、电势差与电场强度的关系，在恒定电场中同样适用.（　√　） （3）电流的方向与电荷定向移动的方向相同.（　×　） （4）电流越大，单位时间内通过导体单位横截面积的电荷量越大.（　×　） 2.闪电是一种强烈的放电现象.若某次发生在云与地之间的闪电，放电时间t内有n个电子从地面向云层移动，每个电子的电荷量为e，则该次闪电的放电电流为　　，方向为　云层指向地面　（选填“地面指向云层”或“云层指向地面”）. @课堂·深度探究 ♝课堂·深度探究 （见学生用书P4） 　考点一　　电流的理解和计算 【情境导学】如图所示，把电源用导线连接在插入食盐水中的两个金属电极上，电路中形成电流. （1）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？ 答案（1）电流方向向左；（2）I＝. 【知识拓展】 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）q＝It是电荷量的计算式. 【例题1】某电解池中，若在2 s内有1.0×1019个二价正离子和2.0×1019个一价负离子通过某截面，那么通过这个截面的电流是（　　） 　　　　　　　　　　　　　　　 A.0　　B.0.8 A　　 C.1.6 A 　　D.3.2 A 思维导引：电解液中正、负离子定向移动方向虽然相反，但正、负离子定向移动形成的电流方向是相同的，应用I＝时，q为正电荷总电荷量和负电荷总电荷量的绝对值之和. D　解析电荷的定向移动形成电流，但“＋”“－”电荷同时向相反方向定向移动时，通过某截面的电荷量应是两者绝对值的和，在2 s内通过截面的总电荷量应为q＝1.6×10－19×2×1.0×1019 C＋1.6×10－19×1×2.0×1019 C＝6.4 C，由电流的定义式知I＝＝ A＝3.2 A，选项D正确. 【变式1】安培提出了著名的分子电流假说，根据这一假说，电子绕核的运动可等效为环形电流.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（　　） 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 C　解析电流大小I＝＝＝，方向与电子运动的方向相反，即沿逆时针方向，选项C正确. 　考点二　　电流的微观表达式 【知识拓展】 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.建立模型 如图所示，AB表示一段粗细均匀的长为l的导体，两端加一定的电压，导体中的自由电子沿导线定向移动的平均速率为v0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，每个自由电子的电荷量为e. 3.推导 均匀导体AB中的自由电子总量N＝nlS， 总电荷量q＝Ne＝nlSe， 所有电荷通过B端横截面所需要的时间t＝， 根据电流定义式可得I＝＝＝neSv. 4.电流的两个公式I＝和I＝neSv的区别 （1）公式I＝是电流的定义式，q是在时间t内通过横截面的总电荷量，在这里不能简单地认为电流与q成正比，与t成反比. （2）公式I＝neSv是电流的决定式，e是每个自由电子的电荷量，电流的大小由n、e、S、v四者共同决定. （3）I＝neSv是由I＝推导而来的，它从微观的角度阐明了决定电流强弱的因素. 【例题2】（多选）截面积为S的导线中，通过大小为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Δt内通过导线横截面的电子数是（　　） A.nSvΔt　　B.nvΔt　　 C.　　D. 思维导引：在Δt时间内通过导体横截面的电子数为体积SvΔt中的自由电子数，或由电流的定义式I＝，求出Δt时间内通过的电荷量也可以求出电子数. AC　解析根据电流的定义式可知，在时间Δt内通过导线截面的电荷量q＝IΔt，所以在这段时间内通过的自由电子数为N＝＝；由于自由电子定向移动的速率是v，因此在时间Δt内，位于以截面S为底，长为l＝vΔt的这段导线内的自由电子都能通过截面，这段导线的体积V＝Sl＝SvΔt，所以在时间Δt内通过截面S的自由电子数N＝nV＝nSvΔt，综上可知，选项A、C正确. 【变式2】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. 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I＝＝，解得v＝，选项A正确. @课末·随堂演练 ♝课末·随堂演练 （见学生用书P60） 1.（对电源的理解）（多选）下列关于电源的说法正确的是（　　） 　　　　　　　　　　　　　　　 A.电源是使电路中有持续电流的装置 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，从而保持两极之间有稳定的电势差 C.只要电路中有电源，电路中就一定有电流 D.电源实质上也是一个用电器，也需要外界提供能量 AB　解析电源是使电路中有持续电流的装置，选项A正确；电源是把内部的正电荷从负极不断地搬运到正极，或者把电子由正极不断地搬运到负极，从而保持两极间有稳定的电势差，选项B正确；只有在有电源的闭合回路中才能形成电流，选项C错误；电源是提供电能的装置，不需要外界提供能量，选项D错误. 2.（对电流的理解与计算）某实验室有同种材料制成的两个导体棒A和B，其中A的横截面积为B的2倍，经相等的时间流过导体棒B横截面的电荷量为流过导体棒A横截面的电荷量的2倍.则下列说法正确的是（　　） A.流过两导体棒的电流相等 B.导体棒B中的电流为导体棒A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相同 B　解析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，因此B中的电流是A中的电流的2倍，选项A错误，B正确；由I＝nqSv，则v＝，由于A、B两导体棒n、q的关系未知，v的关系无法判断，选项C、D错误. 3.（I＝的应用）在示波管中，电子枪2 s内发射了6×1013个电子，则示波管中电流的大小为（　　） A.4.8×10－6 A　　B.3×10－13 A C.3×10－6 A　　D.9.6×10－6 A A　解析电子枪2 s内发射的电荷量q＝6×1013×1.6×10－19 C＝9.6×10－6 C，所以示波管中的电流大小为I＝＝ A＝4.8×10－6 A，选项A正确，B、C、D错误. 4.（电流的微观表达式）对一粗细不均匀的同种材料制成的导体通电，下列说法正确的是（　　） 　　　　　　　　　　　　　　　 A.粗的地方电流大，细的地方电流小 B.粗的地方电荷定向移动速率大，细的地方小 C.各处的电流大小相等 D.粗的地方电荷定向移动速率与细的地方相同 C　解析同一导体上的电流相等，选项A错误，C正确；由I＝mqSv可得v＝，粗的地方电荷定向移动速率小，细的地方大，选项B、D错误. 学科网（北京）股份有限公司 $$