第3章 第1节 电流-【优化探究】2025-2026学年新教材高中物理必修第三册同步导学案配套PPT课件（鲁科版）

第1节　电流 第3章　恒定电流 [学习目标]　1.知道电流的形成条件,能区分电子定向移动速度、电流的传导速度和电子无规则运动速率。2.理解电流的定义、单位及方向的规定,并会用公式I=分析问题(重点)。3.学会推导电流的微观表达式,从微观的角度认识影响电流大小的因素(难点)。 课时作业 巩固提升 要点1　电流的形成 要点2　电流的方向与大小 要点3　电流的微观表达式 内容索引 要点1　电流的形成 一 4 1.定义:电流是由自由电荷的　　　移动形成的。  2.形成电流的条件 (1)回路中存在　　　　　。  (2)导体两端有　　　。  3.持续电流 (1)导体两端有　　　　　是导体中形成持续电流的条件。  (2)电源的作用是提供　　　　　。  定向 自由电荷 电压 持续电压　 持续电压 4.电流的传导速度:等于　　　的传播速度,为3.0×108 m/s。  5.自由电子的运动速率:当导体内没有电场时,常温下金属内的自由电子大约以　　　　的平均速率做无规则运动。  6.电子定向移动的速度:数量级大约是　　　　,被形象地称为“电子漂移”。  电场 105 m/s 10-5 m/s [例1]　(2024·山东泰安期中)关于电流,下列说法正确的是(　　) A.只要有可以自由移动的电荷,就能存在持续电流 B.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 C.电流的传导速率就是导体内自由电子的定向移动速率 D.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 B 产生持续电流的条件为:有可以自由移动的电荷及导体两端有持续电压,故只有自由电荷不能形成电流,故A错误;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,故B正确;电流的传导速率为电场传播的速率,与自由电子的定向移动速率无关,故C错误;电子定向移动的同时,热运动同样存在,故D错误。 二 要点2　电流的方向与大小 9 1.电流的方向 (1)在物理学中,规定　　　　定向移动的方向为电流的方向。  (2)在电源外部的电路中,电流的方向是从电源　　　流向　　　。  (3)在电源内部的电路中,电流的方向是从电源　　　流向　　　。  正电荷 正极 负极 负极 正极 2.电流的大小和单位 (1)定义:流过导体某一横截面的　　　　与　　　　　之比称为电流。  (2)定义式:I=,比值定义式。 (3)单位:在国际单位制中单位为安培,符号为　　;常用单位还有mA、μA;换算关系为1 A=　　 mA=106 μA。  (4)直流电:　　　不随时间变化的电流称为直流电。恒定电流: 　　　和　　　都不随时间变化的电流称为恒定电流。  电荷量 所用时间 A 103 方向 大小 方向 [例2]　如图所示,电解池内有一价的电解溶液,t时间内通过溶液内横截面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= D 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,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S的电荷量q=n1e+n2e=(n1+n2)e,根据电流的定义式I=得I=, 故C错误,D正确。 方法总结 1.金属导体中的电流是由自由电子的定向移动形成的,因此q为通过导体横截面的自由电子的电荷量。 2.电解质溶液中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。 3.电解质溶液中的电流是正、负离子同时向相反方向定向移动形成的,因此q为正、负离子电荷量的绝对值之和。 [针对训练]　1.如图所示,在水平放置的金属导体中,10 s内有20 C的负电荷向右通过导体某一横截面。关于导体内电流的大小和方向,以下判断正确的是(　　) A.0.5 A,向右　　　　　　 B.0.5 A,向左 C.2.0 A,向右 D.2.0 A,向左 D I== A=2.0 A,方向与负电荷定向移动的方向相反,即向左,故选D。 2.北京正负电子对撞机的储存环是长为240 m的近似圆形轨道,当环中的电流为10 mA时,若电子的速率为光速的十分之一,则在整个环中运行的电子数目为(　　) A.5×1011个 B.5×1019个 C.1×1013个 D.1×103个 A 设在整个环中运行的电子数目为n,这些电子转一圈的时间为t,则t= s=8×10-6 s,由I==得n==(个)=5×1011(个),故A正确。 三 要点3　电流的微观表达式 19 1.I=是电流的定义式,I与通过导体横截面的电荷量q及时间t无关。 2.I=nqvS是电流的微观表达式,从微观上看,电流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、电荷定向移动的平均速率v,还与导体的横截面积S有关。 [例3]　(多选)一横截面积为S的铜导线,流过的电流为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q,此时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目可表示为(　　) A.nvSΔt　　　　　　　 B.nvΔt C. D. AC 由I=可得,在Δt时间内通过导线横截面的电荷量Q=IΔt,所以在这段时间内通过的自由电子数为N==,C正确,D错误;由于自由电子定向移动的速率为v,所以在时间Δt内,位于横截面积为S、长为l=vΔt的这段导线内的自由电子都能通过导线横截面,这段导线的体积V=Sl=SvΔt,所以Δt时间内通过导线横截面的自由电子数为N=nV=nvSΔt,A正确,B错误。 [针对训练]　3.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,每个自由电子的电荷量为e,今有一根横截面积为S的铜导线,通过的电流为I时,电子定向移动的平均速率为(　　) A.光速c B. C. D. D 设电子定向移动的速率为v,那么在t时间内通过导体横截面的自由电子数相当于在体积vt·S中的自由电子数,而体积为vtS的铜的质量为vtSρ,摩尔数为,自由电子数为,所以电荷量q=,由I==得v=,故D正确,A、B、C错误。 四 课时作业 巩固提升 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 [A组　基础巩固练] 1.关于电流的方向,下列叙述正确的是(　　) A.金属导体中电流的方向就是自由电子定向移动的方向 B.在电解质溶液中有自由的正离子和负离子,电流方向不能确定 C.不论何种导体,电流的方向规定为正电荷定向移动的方向 D.电流的方向有时与正电荷定向移动方向相同,有时与负电荷定向移动方向相同 C 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 电流是有方向的,电流的方向是人为规定的。物理上规定正电荷定向移动的方向为电流的方向,则负电荷定向移动的方向一定与电流的方向相反。 2.电路中有一电阻,通过电阻的电流为5 A,当通电5 min时,通过电阻横截面的电子数为(　　) A.1 500个　　　　　　　　 B.9.375×1019个 C.9.375×1021个 D.9.375×1020个 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 C 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 q=It,n===9.375×1021(个)。 3.重离子肿瘤治疗装置中的回旋加速器可发射+5价重离子束,电流大小为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.1.5×1013 C.7.5×1013 D.3.75×1014 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 B 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 离子是+5价的,则每个离子的电荷量q=5×1.6×10-19 C=8×10-19 C,1 s内发射的离子电荷量Q=It=1.2×10-5 C,所求离子的个数为N==1.5×1013,B正确,A、C、D错误。 4.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。下列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 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 C 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 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。 5.如图所示,一根横截面积为S的均匀长直橡胶棒上均匀带有负电荷,单位体积内的电荷量为q,当此棒沿轴线方向做速度为v的匀速直线运动时,由于棒运动而形成的等效电流大小为(　　) A.vq B. C.qvS D. 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 C 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 时间t内棒通过的长度为l=vt,通过直棒横截面的总电荷量为Q=vtSq,则I===qvS,故选项C正确。 6.有甲、乙两导体,甲的横截面积是乙的2倍,而单位时间内通过乙导体横截面的电荷量是甲的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导体的2倍 C.乙导体中自由电荷定向移动的速率是甲导体的2倍 D.甲、乙两导体中自由电荷定向移动的速率相等 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 B 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 由于单位时间内通过乙导体横截面的电荷量是甲的2倍,因此通过乙导体的电流是甲的2倍,故A错,B对。由于I=nqSv,所以v=,由于不知道甲、乙两导体的性质(n、q不知道),所以无法判断v,故C、D错。 [B组　综合强化练] 7.(多选)一段粗细均匀的金属导体的横截面积是S,导体单位长度内的自由电子数为n,金属内的自由电子的电荷量为e,自由电子做无规则热运动的速率为v0,导体中通过的电流为I,则下列说法中正确的有(　　) A.自由电子定向移动的速率为v0 B.自由电子定向移动的速率为v= C.电场传播的速率为真空中的光速c D.自由电子定向移动的速率为v= 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 CD 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 电流微观表达式I=nqSv中n为单位体积内自由电荷数,而本题中n为单位长度内的自由电子数,t时间内通过导体某一横截面的自由电子数为长度是vt内的自由电子,其数量为nvt,电荷量q=nvte,所以电流I==nev,所以v=,电场是以光速传播的,故C、D正确。 8.(2024·山东青岛期末)如图所示,两段长度和材料相同、各自粗细均匀的金属导线a、b,单位体积内的自由电子数相等,横截面积之比为Sa∶Sb=1∶2,已知5 s内有5×1018个自由电子通过导线a的横截面,电子电荷量e=1.6×10-19 C,则(　　) A.流经导线a的电流为0.16 A B.流经导线b的电流为0.32 A C.5 s内有10×1018个自由电子通过导线b的横截面 D.自由电子在导线a和b中定向移动的速率之比va∶vb=1∶1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 A 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 根据电流的定义可知流经导线a的电流为Ia== A=0.16 A,故A正确;导线a、b串联,所以流经导线a、b的电流相等,即Ib=Ia=0.16 A,同理可知5 s内有5×1018个自由电子通过导线b的横截面,故B、C错误;根据电流的微观表达式I=neSv可知自由电子在导线a和b中定向移动的速率之比为va∶vb=Sb∶Sa=2∶1,故D错误。 9.导线中的电流是1 A,导线的横截面积为1 mm2。 (1)在1 s内,有多少个电子通过导线的横截面(电子电荷量e=1.6×10-19 C)? 答案:(1)6.25×1018个　 (1)1 s内,通过导线横截面的电子数N===(个)=6.25×1018(个)。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 (2)自由电子的定向移动平均速率是多大(设导线每立方米内有8.5×1028个自由电子)? 答案: (2)7.35×10-5 m/s (2)根据电流的微观表达式I=neSv得 v=≈7.35×10-5 m/s。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 (3)自由电子沿导线移动1 m,平均需要多少时间? 答案: (3)3.78 h (3)电子定向匀速移动,有s=vt,则移动1 m所需要的时间为t== s≈3.78 h。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 10.盛夏的入夜,正当大地由喧闹归于沉睡之际,天空却不甘寂寞地释放着大自然的烟火,上演着一场精彩的闪电交响曲。某摄影爱好者拍摄到的闪电如图所示,闪电产生的电压、电流是不稳定的,假设这次闪电产生的电压可等效为2.5×107 V,电流可等效为2×105 A,历时1×10-3 s,则: 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 (1)若闪电定向移动的是电子,这次闪电产生的电荷量以0.5 A的电流给小灯泡提供,能维持多长时间? 答案:(1)400 s　 (1)根据电流的定义式I=可得 q=It=2×105×1×10-3 C=200 C, 供电时间t'== s=400 s。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 (2)这次闪电释放的电能是多少? 答案: (2)5×109 J (2)这次闪电释放的电能为 E=qU=200×2.5×107 J=5×109 J。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 [C组　培优选做练] 11.(2024·安徽定远期末)某手机只播放视频,可以播放约17小时,其说明书的部分内容如表所示。关于该手机,下列说法正确的是(　　) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 …… 手机类型 智能手机、4G手机 屏幕分辨率 1 990×1 080像素 电池容量 4 000 mA·h 电池类型 不可拆卸式电池 待机时间 约22天 …… A.充满电时电池可储存的最大能量为4 J B.放电时电池可输出的最大电荷量为4 C C.播放视频时平均电流约为待机状态平均电流的1.3倍 D.播放视频时平均电流约为待机状态平均电流的30倍 答案:D 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 无法求出充满电时电池可储存的最大能量,A错误;放电时电池可输出的最大电荷量为q=4 000×10-3×3 600 C=14 400 C,B错误;播放视频时平均电流约为I1= A≈0.235 3 A,待机状态平均电流为I2= A≈0.007 6 A,电流之比为≈31,C错误,D正确。 12.(多选)(2024·江西上饶期中)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平面且通过圆心的轴以角速度ω匀速转动,则关于由环产生的等效电流,下列判断正确的是(　　) A.若ω不变而使电荷量Q变为原来的2倍,则等效电流 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,则等效电流 也将变为原来的2倍 C.若使ω、Q不变,将橡胶环拉伸,使环半径增大,等效电流将变大 D.若使ω、Q不变,将橡胶环拉伸,使环半径增大,等效电流将变小 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 AB 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 取任一横截面,在橡胶圆环运动一周的时间T内,通过这个横截面的电荷量为Q,则有I==,又T=,所以I=。由I=可知,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,故A正确;由I=可知,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,故B正确;由I=可知,若使ω、Q不变,将橡胶环拉伸,使环的 半径增大,对电流没有影响,故C、D错误。 $$