第11章 1 电源和电流-【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（人教版）单选

第十一章　电路及其应用 1　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。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(重点)。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(重难点)。 2 课时作业 巩固提升 要点1　电源 恒定电流 要点2　电流的微观表达式 内容索引 要点1　电源 恒定电流 一 4 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。__________的分布和__________的分布不随时间变化。 梳理 必备知识 自主学习 正极 负极 电势差 电源 导线 电荷 电场 5 (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。 3.恒定电流 (1)定义：大小、方向都_______________的电流叫作恒定电流。 电荷 电荷分布 电场强度 不随时间变化 6 (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。常用的单位还有__________(mA)、__________(μA)。1 A＝__________ mA＝__________ μA。 ③方向：规定__________定向移动的方向为电流的方向。 强弱程度 安培 毫安 微安 103 106 正电荷 7 [思考与讨论] 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? 提示：(1)电流方向向左。 (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：(2)I＝。 8 1.电流的形成 电荷的定向移动形成电流。当把导体和电源连接后，导体中形成恒定电场，导体中的自由电荷在静电力的作用下定向移动形成电流。 (1)产生电流的条件：导体两端有电压。 (2)形成持续电流的条件：电路中有电源且电路闭合。 归纳 关键能力 合作探究 9 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，用该式计算出的电流是时间t内的平均值。 (4)q＝It是电荷量的计算式。 10 3.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。 [例1]　关于电流,下列说法正确的是(　　) A.导体中有电荷运动就会形成电流 B.电流是矢量,其方向就是电子定向移动的方向 C.电流是一个基本物理量,在国际单位制中,其单位安培是基本单位 D.对于导体,电流就是流过某横截面的电荷量 C 导体中自由电荷定向移动形成电流,电荷无规则运动不会形成电流,故A错误;电流虽有方向,但它是一个标量,故B错误;电流是一个基本物理量,其单位安培是国际单位制中的七个基本单位之一,故C正确;电流的大小等于单位时间内流过导体某横截面的电荷量,故D错误。 [例2]　在2 s内有0.1 C电荷通过横截面积为2 mm2的金属导体,则电流大小为(　　) A.0.025 A　　　　　　　　 B.0.05 A C.0.1 A D.0.02 A 　B 根据电流的定义式可知I== A=0.05 A,故B正确,A、C、D错误。 [例3]　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=1.0×1019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 D 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,负离子的电荷量绝对值为q2=n2e,则电流为I=,代入数据解得I=3.2 A,故选D。 名师点评 求电流的技巧 1.要分清形成电流的电荷种类,是只有正电荷或负电荷定向移动,还是正、负电荷同时定向移动。 2.当正、负电荷都参与定向移动时,正、负电荷对电流的形成都有贡献。 [针对训练]　1.一太阳能电池对一用电器供电时,在1 min时间内,通过该用电器的电荷量为1.2 C,则通过用电器的电流为(　　) A.10 mA B.20 mA C.40 mA D.1.2 A B 通过用电器的电流为I== A=0.02 A=20 mA,B正确,A、C、D错误。 2.(2024·四川泸州高二上学期期末)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的电流为(　　) A.0 B.0.2 A C.0.4 A D.0.8 A D 电解液中的电流是由正、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。 二 要点2　电流的微观表达式 23 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荷数为n。由于电子电荷量为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内的自由电子总数N＝nlS 总电荷量q＝Ne＝nlSe 此导体中的电流I＝＝neSv。 24 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、自由电子定向移动的平均速率v和导体的横截面积S。 (2)v表示电子定向移动的平均速率，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。 25 3.三种不同速率的比较 (1)自由电子定向移动的平均速率 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。 26 [特别提醒] 1.公式I=neSv中的n是单位体积内的自由电子数,也称自由电子数密度,不是总电荷数。若n为单位长度内的自由电子数,则电流的微观表达式为I=nev。 2.v表示电子定向移动的平均速率。 27 [例4]　某根导线的横截面积为S,通过电流为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平均速率为(　　) A.　　　　　　　　 B. C. D. A 设自由电子定向移动的平均速率为v,导线中自由电子从一端定向移到另一端所用时间为t。对导体研究:每个原子可提供一个自由电子,则自由电子的总数与原子数目相等,为n=NA,t时间内通过导体横截面的电荷量为q=ne,电流为I==,得v=,故A正确。 [例5]　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、乙两导体中自由电荷定向移动的平均速率之比为(　　) A.1∶2 B.1∶1 C.4∶1 D.2∶1 B 根据电流公式I=得==,根据电流的微观表达式I=neSv得==1,B正确,A、C、D错误。 [针对训练]　3.横截面积为S的导线中,通有大小为I的电流,已知导线单位体积内有n个自由电子,每个自由电子的电荷量为e,自由电子定向移动的平均速率为v,则在时间t内通过导线横截面的电子数是(　　) A.It B.nvt C.nSvt D. C 根据电流的定义式I=可知,通过该导线横截面的电荷量q=It,则在时间t内通过该导线横截面的电子数为N==,再根据电流的微观表达式I=nevS可得N=nSvt,故C正确,A、B、D错误。 三 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.关于电源,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 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,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。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2.(2024·江苏淮安高二阶段练习)如图所示,在水平放置的金属导体中,5 s内有10 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,下列选项正确的是(　　)   A.0.5 A,向右 B.0.5 A,向左 C.2.0 A,向右 D.2.0 A,向左 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 D 根据电流定义式可知I==2.0 A,电流与负电荷定向移动的方向相反,即电流方向向左,故选D。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 3.(2024·江苏扬州学业水平考试)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 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 D 根据电流的定义式I=得I== A=80 A,故选D。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 4.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,电流强度为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 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。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 5.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= 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 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积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。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 6.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(　　) A. B. C. D. 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 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,则电流为I==,故D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 7.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中移动的速率之比va∶vb=1∶1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 A 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中移动的速率之比为va∶vb=Sb∶Sa=2∶1,故D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 8.如图所示为一质量分布均匀的长方体金属导体,在导体的左右两端加一恒定的电压,使导体中产生一恒定电流,其电流的大小为I。已知导体左侧的横截面积为S,导体中单位长度的自由电子数为n,自由电子热运动的速率为v0,自由电子的电荷量用e表示,真空中的光速用c表示。假设自由电子定向移动的速率为v,则(　　) A.v=v0 B.v= C.v=c D. v= 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 D 设导体中自由电子从一端定向移动到另一端所用时间为t,则这段导体长度为vt,这段导体的电荷量为q=nvte,则I===nev,解得v=,D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 [B组　综合强化练] 9.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 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 C 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。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 10.在显像管的电子枪中,从炽热的金属丝中不断放出的电子进入电压为U的加速电场,设其初速度为零,经加速后形成横截面积为S、电流为I的电子束。已知电子的电荷量为e、质量为m,则在刚射出加速电场时,一小段长为Δl的电子束内的电子个数是(　　) A. B. C. D. 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 B 在加速电场中有eU=mv2,得v=,在刚射出加速电场时,一小段长为Δl的电子束内电荷量为q=IΔt=I,则电子个数n==·,故选B。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 [C组　培优选做练] 11.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(　　) A.nS B.neS C. D. 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 B 质子在电场力作用下加速,加速后的速度为v,根据动能定理有eU=mv2,解得v= ,等效电流为I,单位体积的质子数为n,根据电流微观表达式I=neSv,可得I=neS,故选B。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 12.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) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 电子运动一周所需要的时间t= s=8×10-6 s 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,故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 N==(个)=5×1011(个)。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 $$