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

第11章电路及其应用 基本要求 1、知道电荷的定向移动形成电流。 2、知道电流的定义式，并会用来解决导线中的电流问题。 发展要求 1、了解电源在电路中形成电流的作用。 2、了解恒定电场，知道恒定电流的定义。 3、能区别导体中自由电子的定向移动速率和建立电场的速率。 4、能根据电流的定义式电荷运动所产生的等效电流。 说明 1、不要求计算液体导电时的电流。 2、不要求解决与导线内部自由电子定向运动速率相联系的问题。 1 电源和电流 11.1电源和电流 11.1电源和电流 雷电 - A + + + + + + + + B _ _ _ _ _ _ _ _ - A B 情境一：有A、B两个导体，分别带正、负电荷，如果在它们之间连接一条导线会产生电流吗？ 自由电子由B定向移动到A，在导线中产生一个瞬时电流，之后两个带电体成为等势体，达到静电平衡，不再有电流产生。 问题：导线中产生的电流是瞬时电流，如何使导线中有持续电流呢？ 情境二：打开阀门K，连通器中水怎么流动？ 水从在连通器内向右流动，液面相平后不再流动。 如何才能在连通器中产生恒定的水流？ 用抽水机把B中的水抽到A中，保持两边高度差，可以有恒定的水流。 K 抽水机 水势A 水势B 水势A 水势B K 情境三：如何才能在导线中产生恒定的电流流？ 装置P能源源不断的把电子 从A搬运到B，从而能保持导 体两端的电势差(电压)，从而 使得电路中有持续的电流 装置P - A + + + + + + + + B _ _ _ _ _ _ _ _ - - - - - 装置P - A + + + + + + + + B _ _ _ _ _ _ _ _ - - - - - 一.电源 1.定义： 把自由电子从 极搬到 极的装置。（也可以说把 能转化为 能的装置） 正 负 其它形式的 电 2.作用： 保持导体两端的电势差(电压)，使电路有持续的电流. 3.产生电流的条件： ①存在自由电荷： 金属导体—自由电子，电解质溶液—正、负离子，气体导电—正、负离子 ②导体两端有电压（电势差） 4.电流的形成： 电荷的 移动形成电流 定向 无电压时，导体中的自由电荷做无规则运动，在一段时间内向左、向右穿过横截面的自由电荷数相等，从宏观上看，不能形成电流。 例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，从而保持两极之间有稳定的电势差 B．电源是将其他形式的能转化为电能的装置 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 B 二、恒定电流 1、恒定电场： 2、恒定电流： 看课本p54“恒定电流”部分，找出以下概念。 由稳定分布的电荷产生的稳定的电场称为恒定电场 大小、方向都不随时间变化的电流称为恒定电流 恒定电流 + + + + - - - - E E’ 问题：一段导线处在电场中，导线内部的电场有什么特点？ 导线两侧由于静电感应产生感应电荷，感应电荷的电场与原电场叠加形成的合电场与导线平行。 导线中的电场是稳定的，与导线平行指向电势低处，形成的电流也是稳定的。 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。 恒定电场： - + A + + + + + + + _ _ _ B _ _ _ _ _ - - 恒定电场 由稳定分布的电荷所产生的稳定的电场，称为恒定电场. 在恒定电场的作用下，导体中的自由电荷做定向运动，在运动过程中与导体内不动的粒子不断碰撞，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。 恒定电场 电场强度不变 自由电子在各个位置的定向运动速率也不变 串一个电流表,读数不会变 恒定电流 大小、方向都不变 这一章我们研究恒定电流。 二.恒定电流 3.电流（电流强度） 通过导体横截面的电荷量q跟通过这些电荷量所用时间t的比值叫做电流。用I表示。 （单位时间内通过导体横截面积的电荷量） 方向：规定 为电流方向 （与负电荷定向移动方向相 ） （1）定义： （2）定义式： （3）单位： 安培，符号A，1A=1C/s （4） 量： 1mA＝10-3A，1μA＝10-6A 标 它的运算不遵循平行四边形定则 (5)物理意义：表示 的物理量 正电荷定向移动 反 电流强弱程度 阅读课本54页，回答以下问题： 有无方向？ 物理学中的七个基本物理量及单位 质量 千克﹙Kg﹚ 长度 米﹙m﹚ 力学 时间 秒﹙s﹚ 电流 安培﹙A﹚ 电学 热力学温度 开尔文﹙K﹚ 物质的量 摩尔﹙mol﹚ 光学强度 坎德拉﹙cad﹚ 光学 热学 电流I是不是基本物理量？ 二.恒定电流 注意： ①在恒定直流电流中电源外部电流从电源正极流向负极，电源内部电流从负极流向正极。 ②金属中的自由电荷为电子，带负电，电流方向与电荷移动方向相反。 ③电解质溶液或者气体导电正负离子的运动方向相反，电流与正离子定向移动方向相同(负反)，并不矛盾 S - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + S - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + 1.在金属导体中，若10s内通过横截面的电量为10C，则导体中的电流为 A，方向向 ； 2.某电解槽横截面积为0.5m2，若10s内沿相反方向通过横截面的正负离子的电量均为10C，则电解液中的电流为 A，方向向 ； 3.某电解槽横截面积为0.5m2，若10s内到达正极板的电子电量为10C，则电解液中的电流为 A． 1 2 2 左 左 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q为正电荷总电荷量和负电荷总电荷量的绝对值之和。 二.恒定电流 （6）电流强度的微观表达式： 设某导体横截面积为S，自由电荷 电量为q，自由电荷定向移动速度 为v，单位体积内自由电荷数为n， 求该导体内的电流强度。 S - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 长度l= ,体积V= ， 自由电荷总数为：N= 。 总电量Q= = 。 vt sl=svt nV=nsvt Nq nsvtq 二.恒定电流 例2.有一条横截面积为1mm2的铜导线，通过的电流I=1A，求铜导线中自由电子定向移动的速率。已知阿伏加德罗常数NA=6.02×1023mol-1,铜的密度ρ=8.9×103kg/m3,铜的摩尔质量M=0.064kg/mol，可认为铜导线中平均每个铜原子贡献一个自由电子。 电子的定向移动速度那么小，为什么房间里开关一打开，灯就亮了呢？ 二.恒定电流 4.电场中的三种速率： 定向移动速率：10-5m/s 热运动速率：105m/s 产生电场的速率(电流传导的速率)：3×108m/s 虽然定向移动速率很慢，但开关闭合时在导体内部几乎是同时产生电场，导体内部自由电荷同时开始定向移动，导体内部各处同时产生了电流，故开关打开灯立即亮了起来。 例3.关于电流的方向，下列叙述中正确的是（ ） 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的方向相同，有时与负电荷定向移动的方向相同 例4.氢原子的核外只有一个电子，设电子在离原子核距离为R的圆轨道上做匀速圆周运动。已知电子的电荷量为e，运动速率为v，求电子绕核运动的等效电流多大？ C 例5.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 AB 1、形成电流的条件： （1）存在自由电荷（2）导体两端存在电压 2、电源的作用：提供持续的电压 3、恒定电场：由稳定分布的电荷产生的稳定电场 4、恒定电流: 大小方向都不随时间变化的电流. 5、电流:表示电流的强弱程度的物理量. （1）定义式 ：I=q / t （2）金属导体中电流的计算式 小结: 由此可见，从微观上看，电流取决于导体中自由电荷的密度、每个自由电荷所带的电荷量、定向移动速率，还与导体的横截面积有关． 例6.随着技术的进步，不少国产手机也已极具竞争力，如图所示，为一款手机电池的背面印有的一些符号，下列说法正确的是（　　） A．该电池的额定功率为500mA·h B．该电池在正常工作时的额定电压为3.6V C．若电池以0.9W的功率工作，可用4小时 D．若电池以10mA的电流工作，可用50小时 例7. 截面积为S的导线中通有电流 I，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∆t时间内通过导线横截面的电子数是多少？ BD 1．〖2017.11〗（标量、矢量） 下列物理量中属于矢量的是(　　) A．速率 B．电势 C．电流 D．位移 浙江高考真题练 3．〖2016.4〗（ 电流、电压概念；质点的认识；惯性 ）下列说法正确的是（　　） A．物体在完全失重的状态下没有惯性 B．运动是绝对的，但运动的描述是相对的 C．电流强度有大小和方向，所以是矢量 D．研究月球绕地球运行轨迹时不能把月球看成质点 浙江高考真题练 B 〖2019.6学〗 12．如图所示是通有恒定电流的某段导体。在5s内有10C的负电荷向右通过横截面A，则导体内电流的大小和方向分别是 A．2A、向右 B．2A、向左 C．50A、向右 D．50A、向左 浙江高考真题练 B 电动汽车中的电池(阅读课本、试着回答以下问题） ①电池的正极和负极各由什么材料制成? ②给锂电池充电时，带正电的锂离子向哪个方向运动？ ③锂电池供电时，锂离子向哪个方向运动? ④电池的容量指的是什么? 电动汽车中的电池(阅读课本、试着回答以下问题） ①电池的正极和负极各由什么材料制成?电池内部电场的方向是怎样的? ②给锂电池充电时，带正电的锂离子向哪个方向运动?静电力做正功还是负功?能量是怎么转化的? ③锂电池供电时，锂离子向哪个方向运动?静电力做正功还是负功?能量如何转化? ④电池的容量指的是什么?某电动汽车的电池容量是94A・h，其含义是什么? ⑤某电动汽车的容量是94A・h，若以72km/h的速度行驶，大约可以行驶5h，请问该汽车电池以此速度工作的电流大约为多少?电池的续航(充电一次能行驶的路程)是多大? 电动汽车中的电池 纯电动汽车使用的能源不是汽油，而是电能，提供电能的是锂离子电池。虽然电池的外形各异，但电动汽车和便携式计算机、移动电话等使用的电池在本质上是一样的。 ①锂离子电池以碳材料为负极，以含锂的化合物为正极。 电池内部电场的方向是从正极指向负极。 电动汽车中的电池 ②带正电的锂离子从正极 向负极运动，静电力做正功，电势能减小，电能转化为化学能。 在充电的过程中，通过化学反应， 电池的正极有锂离子生成，锂离子通过电解液运动到电池的负极。负极的碳材料有很多微孔，到达负极的锂离子就嵌在这些微孔中，嵌入的锂离子越多，电池中充入的电荷量也就越多。 ②给锂电池充电时，带正电的锂离子向哪个方向运动？ 电动汽车中的电池 ③锂电池供电时，锂离子向哪个方向运动? ③带正电的锂离子从负极 向正极运动，静电力做负功，电势能增大，化学能转化为电能。 当汽车开动时，锂电池供电，在负极的锂离子又会通过电解液返回正极，回到正极的锂离子越多，则放出的电荷量也就越大 电动汽车中的电池 ④电池的容量指的是什么? 电动汽车的电池容量是94A·h， 说明该汽车放出的总电荷量是94A・h=2.304x10 5C。 ⑤某电动汽车的容量是94A・h，若以72km/h的速度行驶，大约可以行驶5h，请问该汽车电池以此速度工作的电流大约为多少?电池的续航(充电一次能行驶的路程)是多大? 94A・h/5h=18.8A 72km/h*5h=360km 电池放电时能输出的总电荷量叫电池的容量。 x=vt 电动汽车中的电池 电池放电时能输出的总电荷量叫作电池的 容量，通常以“安时”（A · h）或“毫安时”（mA · h）作单位。单体锂离子电池的容量极为有限，为了满足需要，常用由若干单体锂离子电池构成的电池组（图11.1-5）。 三、生活中的电池 太阳电池 干电池 铅蓄电池 锂电池 锌汞电池 $$