11.1电源和电流 课件-2024-2025学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册

11.1 电源和电流 教师： 日期： 月 日 物理雾里悟理 电闪雷鸣时，强大的电流使天空不时发出耀眼的闪光，但它只能存在于一瞬间，而手电筒中的小灯泡却能持续发光，这是为什么? 新课导入 物理雾里悟理 P 一、电源 + + + + + + + + - - - - - - - - 站立式讨论：如何才能让电荷一直源源不断的移动？ - - + + 电源：能把电子从正极搬运到负极的装置。 恒定电场：若电源源源不断的补充流走的电荷，让两极电荷量始终保持不变，这样稳定分布的电荷所产生的稳定的电场 恒定电流：在恒定电场的作用下，形成的大小、方向都不随时间变化的电流。 物理雾里悟理 A B 连通器 水势A 水势B 抽水机 水流 正极 负极 1.电源：能把自由电子从正极搬到负极的装置； 2.作用:保持导体两端的电势差(电压),使电路有持续的电流。 - - - + A + + + + + + _ _ _ B _ _ _ _ _ P - - + 电源相当于抽水机 一、电源 物理雾里悟理 你能行！！ 1、现代生活离不开电源，数码相机、手机、蓝牙耳机等许多电子产品，都需要配备各式各样的电源。下列关于电源的说法正确的是( ) A. 电源的作用是使导体中形成电场 B. 电源的作用是能为电流提供自由电子 C. 只要电路中有电源，电路中就一定有电流 D. 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 A 物理雾里悟理 你能行！！ 物理雾里悟理 电源中电势高的一极是正极，电势低的一极是负极。 太阳电池 干电池 铅蓄电池 锂电池 电源是如何做到让导线电流持续的呢 ？ 常见电源 物理雾里悟理 导体中自由电荷定向移动的原因？ - - + A + + + + + + + _ _ _ B _ _ _ _ _ P M N E0 F Fn Ft M N E0 E E′ M N E 导线内很快形成沿导线方向的稳定电场（恒定电场） 二、（导线中）恒定电场 物理雾里悟理 恒定电场 电场强度不变 串一个电流表,读数不会变 自由电子定向运动的 平均速率不变 恒定电流 恒定电场：导线内的电场是由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成的。尽管这些电荷也在运动，但有的流走了，另外的又来补充，所以电荷的分布是稳定的，电场的分布也稳定——恒定电场。 特点：任何位置的电荷分布和电场强度都不会随时间变化，基本性质与静电场相同，静电场的性质特点均适用。 平均速率为何不变？ 物理雾里悟理 - - 导体中的自由电荷在运动过程中会与导体内不动的粒子不断碰撞，阻碍了自由电荷的定向运动，结果是大量自由电荷定向运动的平均速率不随时间变化。 电流的大小如何判断？ 物理雾里悟理 定义：用单位时间通过导体横截面积的电量表示电流（用来描述电流的强弱） - - - - + + + + + + + + + + + + ----- ------- 通过两端导体的电流一样吗？ （与横截面积大小无关） 电流方向 三、恒定电流 国际单位 安培(A) 1A=1C/s 常用单位：毫安（mA）、微安（μA） 物理雾里悟理 议一议：若单位时间，正电荷通过横截面为3C，负电荷通过横截面为-2C，则电流为多少？ 三、恒定电流 物理雾里悟理 （1）电流方向：规定正电荷定向移动的方向为电流方向。 在电源外部,电流从正极流向负极；电源的内部,电流从负极流向正极； （2）金属导体中电流的方向与自由电子定向移动的方向相反。 （3）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，此时： （4）电流强度虽然有大小和方向，是标量。 说明： 物理雾里悟理 3、关于电流的方向，下列说法正确的是( ) A. 电源供电的外部电路中，电流的方向是从低电势一端流向高电势一端 B. 电子运动形成的等效电流方向与电子运动方向相同 C. 电源内部，电流的方向是从高电势一端流向低电势一端 D. 电子运动形成的等效电流方向与电子运动方向相反 D 你能行！！ 物理雾里悟理 拓展学习：电流的微观解释 + + + + + ----- - - 1、通常情况下：自由电子不断地做无规则的热运动，速率约为105m/s，不形成电流. 2、两端有电势差：在静电力的作用下定向移动（自由电子定向移动的平均速率约为10-4m/s），从而形成电流. 站立式讨论：为何开关一闭合灯瞬间就亮了？ 物理雾里悟理 思考：既然电子的定向运动速率很小，为什么闭合开关时电路中的电灯立刻就亮了呢？ 实际上，闭合开关的瞬间，电路中的各个位置以光速迅速建立了电场。随着电场的建立，电路中各处的自由电子在静电力的作用下几乎同时开始做定向移动，整个电路也就几乎同时形成了电流。 电子定向移动的速率约10-4m/s 电子热运动的平均速率105m/s 电场的传播速率3×108m/s 三种不同速率 物理雾里悟理 拓展学习：电流的微观表达式 （建模）假设：设导体的横截面积为S，自由电子数密度（单位体积内的自由电子数）为n，自由电子定向移动的平均速率为v. 经过时间t，通过某一横截面的自由电子数为nSvt，对应的电荷量Q=neSvt， 代入电流定义式，则 物理雾里悟理 4、有一横截面积为 <m></m> 的铜导线，流经其中的电流为 <m></m> 。设单位体积的 导线中有 <m></m> 个自由电子，电子的电荷量为 <m></m> ，此电子的定向移动速率为 <m></m> ， 在 <m></m> 时间内，通过导线横截面的自由电子数可表示为( ) AC A. <m></m> B. <m></m> C. <m></m> D. <m></m> 你能行！！ 物理雾里悟理 5、有一条横截面积S=1 mm2的铜导线,通过的电流I=1 A,已知铜的密度ρ=8.9×103kg/m3,铜的摩尔质量M=6.4×10-2 kg/mol,阿伏加德罗常数NA=6.02×1023 mol-1,电子的电量e=-1.6×10-19 C,求铜导线中自由电子定向移动的速率。可认为铜导线中平均每个铜原子贡献一个自由电子。 你能行！！ 物理雾里悟理 【解析】设自由电子在导线内定向移动的速率是v。取一段导线（如图），自由电子从它的左端定向移动到右端的时间为t，则这段导线的长度为vt，体积为vtS，质量为ρvtS，则这段导线中的原子数为 则这段导线中的自由电子数也为n， t时间内通过导体横截面的电荷量: 把这个式子代入 ,得 解得 vt v S v 物理雾里悟理 电源 和 电流 电源 能把自由电子从正极搬到负极的装置 恒定电场 M N E 微观表达 vt v S v 电流 电荷的定向移动 定义式： 课堂总结 物理雾里悟理 2、下列关于电源和电流的说法正确的是(　　) A．因为电流有方向，所以电流是矢量 B．通过导体横截面的电荷量越多，电流越大 C．电源是将电能转化为其他形式的能的装置 D．电源能把自由电子从正极搬运到负极 $$nullnull