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）多选

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 3 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]　(多选)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.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 D.对于导体，只要其两端电势差为零，电流也必为零 CD 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，但它是标量，故B错误；电流是一个基本量，其单位安培是国际单位制中七个基本单位之一，故C正确；导体两端电势差为零时，电荷不会定向移动，电流必为零，故D正确。 [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。 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。 名师点评 [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 21 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。 22 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。 23 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。 24 [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。 25 [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 26 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]　(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 AC 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。 29 [针对训练]　3.(多选)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. CD 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、D正确，A、B错误。 三 课时作业 巩固提升 32 [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 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 B 33 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 34 2.(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 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 BCD 35 人们规定电流的方向与正电荷定向移动的方向相同，与负电荷定向移动的方向相反，A错误，B、D正确；金属导体中，自由电子的定向移动形成电流，故在金属导体中，电流的方向与自由电子定向移动的方向相反，C正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 36 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。 37 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 12 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 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。 38 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(　　　) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 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 39 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(　　　) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 A. B. C. D. D 41 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.(多选)如图所示，将左边的细铜导线与右边的粗铜导线连接起来，已知粗铜导线的横截面积是细铜导线横截面积的两倍。在细铜导线上取 一个截面A，在粗铜导线上取一个截面B，若在1 s内垂直地通过它们的 电子数相等，那么，通过这两个截面的(　　　) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 A.电流相等 B.电流不相等 C.自由电子定向移动的速率相等 D.自由电子定向移动的速率不相等 AD 43 由电流定义知I＝，故A正确，B错误；由电流的微观表达式I＝neSv知，I、n、e均相等，因为SA＜SB，所以vA＞vB，故C错误，D正确。 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(　　　) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 A.v＝v0 B.v＝ C.v＝c D. v＝ D 45 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.(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 电流应有(　　　) 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，将橡胶环拉伸，使环半径增大，电流将变大 D.若使ω、Q不变，将橡胶环拉伸，使环半径增大，电流将变小 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 AB 47 截取圆环的任一截面S，则在橡胶圆环运动一周的时间内通过这个截面的电荷量为Q，即I＝，由上式可知选项A、B正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 10.(多选)如图为一块手机电池的文字说明。下列说法正确的是(　　) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 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 AD 49 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得t＝50 h，由500 mA·h＝t'×5 mA得t'＝100 h，所以选项A、D正确，B错误。 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 51 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 53 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 $$