第14 讲 电源和电流 讲义-2025-2026学年高二上学期物理人教版必修第三册

人教版（2019）必修三第十一章电路及其应用讲义二次备课 第14讲 电源和电流 教学目标： 一、物理观念(理解电流的形成机制、区分恒定电场与静电场的本质) 明确电流产生的条件：存在自由电荷、导体两端有电势差 (电压)。 认识电源的作用：维持电路两端的电势差，形成持续电流 (类比“水泵”维持水压差)。 理解恒定电场是稳定分布的电荷形成的稳定电场，与静电场对比 (静电场中电荷静止，恒定电场中电荷定向移动)。 二、科学思维（模型构建与微观解释能力、辨析电流相关概念） 通过类比法 (如水泵维持水压)理解电源的作用 。 推导电流的微观表达式I = n e S v ( n :自由电荷密度；e：元电荷；S：横截面积；v：电荷定向移动平均速率)。 区分电流的定义式 (描述电荷通过截面的强弱)与决定式I = n e S v(揭示电流与导体微观结构的关系)。 理解三种速率：电子热运动速率 (约 、向移动平均速率 (约 、电流传导速率 (光速 。 三、科学探究 计算电解液等含正负电荷的导体电流 ）。 分析电荷量、电子数与电流的关系(例: 计算电子数)。 四、科学态度与责任 理解电源技术对现代工程 (如新能源电动车电池)的支撑作用。 体会从静电学到电路研究的科学演进，深化“场”与“路”的统一性认知 重难点： 重点是电源的作用与形成持续电流的条件、电流的定义与计算、电流的微观表达式。 难点是恒定电流的产生及定义式中q的理解、电流微观表达式的理解与应用、电解液等复杂情境的电流计算。 自主学习（带着问题研读教材）： 问1、电源的作用是什么？形成持续电流的条件是什么？ 问2、恒定电场和静电场有何异同？ 问3、电流强度的定义式是什么？它是标量或是失量？方向是如何规定的？ 问4、一段长为l的粗细均匀的金属导体，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子数为n，电子的电荷量为e，请推导电流的微观表达式。从微观上看，电流大小的决定因素是什么？ 问5、电流计算的三种方式是什么？ 自我诊断找差距： 1.下列关于电源和电流的说法，正确的是 ( ) A.电路中有电源就一定有持续的电流 B.通电的金属导体中，自由电子定向移动的速率等于光速 C.电路接通后，电子就由电源出发，只要经过一个极短的时间就能到达用电器 D.由源的作用是在电源内部把电子由正极不断地搬运到负极，从而保持两极之间有稳定的电势差 2.下列说法中正确的是( ) A.在电源内部，电源依靠库仑力搬移电荷 B.电路中有电源，不一定有电流 C.在电解液中，由于正、负离子的电荷量相等，定向移动的方向相反，故无电流 D.电源是为电路提供自由电荷的装置 3.(多选)锂离子电池已被广泛地用于智能手机、智能机器人、电动自行车、电动汽车等领域，锂离子电池主要依靠锂离子(Li+)在电池内部正极和负极之间移动来工作，某款手机的锂离子电池的标识如图所示。下列说法正确的是( ) 锂离子电池BLP565 标准电压: 3.8 V 电池容量: 1900mA·h 执行标准: GB/T18287-2013 A.该锂离子电池放电时，锂离子从正极运动到负极 B.该锂离子电池放电时，锂离子从负极运动到正极 C.若该手机的待机电流为15 mA，则其最长待机时间约为126.7h D.若该手机的待机电流为15 mA，则其最长待机时间约为96 h 4.一段均匀铜导体的电阻为r,横截面积为S,导体两端所加电压为U,电子的电荷量为e,导体中单位体积内的自由电子数为n,则电子在铜导体中定向迁移的速率为(　　) A.　　　　B.　　　　C.　　　　D. 5.北京正负电子对撞机的储存环是半径为 R 的圆形轨道，当环中电子以光速的沿环运动而形成等效电流Ⅰ时，环中运行的电子数目为(已知光速为c，电子电荷量为e)( ) 6.探测放射线的计数管工作时，因为射线使内部气体电离，在时间t内有 n个二价正离子和2n个电子通过计数管的某一横截面，电子电荷量为e，则计数管中的电流I为( ) D.net 7.阿秒(as)光脉冲是一种发光持续时间极短的光脉冲，如同高速快门相机，可用于研究原子内部电子高速运动的过程.已知 电子所带电荷量为 氢原子核外电子绕原子核做匀速圆周运动的等效电流约为 目前阿秒光脉冲的最短时间为43 as，电子绕氢原子核一周的时间约为该光脉冲时间的( ) A.2.8倍 B.3.7倍 C.4.2倍 D.5.5倍 诊断报告 我做错的题目有：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 我有待掌握的教材考点有：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 我的疑难问题有：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 精讲精练补短板： 一、题型剖析 1.概念辨析问题 电源对电路提供能量,其作用是维持正、负极之间稳定的电势差,电源外电路中自由电子在电场力的作用下向正极移动,在电源内部,需要将电子由正极不断地搬运到负极；在搬运过程中就一定要有一种与静电力方向相反的力作用于负电荷才行.我们把这种力叫作非静电力，电源是通过非静电力做功把其他形式的能转化为电势能的装置。为了表示电源将其他形式的能转化为电势能的本领，引入电动势概念。非静电力所做的功与所移动的电荷量之比定义为电源的电动势，在数值上等于电源未接入电路时两极间的电压值。 形成电流的必要条件：存在自由电荷，两端存在电势差.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。 例1.关于电源和电流,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搬运到正极,保持两极之间有稳定的电势差 B.电源实质上也是一个用电器,也需要外界提供能量 C.单位时间内通过导体横截面的电荷量越多,导体中的电流越大 D.导体中的电流一定是由自由电子的定向移动形成的 2.电流的计算（金属导体、电解液） 在金属导体中自由电荷只有自由电子，运用 计算时，q是时间t内通过金属导体横截面的电子的总电荷量的绝对值；在电解液中自由电荷是正、负离子，运用 计算时，q是时间t内通过电解液横截面的正、负两种离子的电荷量的绝对值之和。 例2.某手机的说明书标明该手机电池容量为5000 mA·h，待机时间为16天；说明书还标明该手机播放视频的最长时间为 18小时.下列说法正确的是 () A.5 000 mA·h 表示该电池能够提供的电能总量 B.手机播放视频时的电流与待机时的电流的比值为 C.放电时电池可输出的最大电荷量为1.8×10⁷C D.电池充满电后以100 mA的电流可连续工作5h 例3.在NaCl溶液中,正、负电荷定向移动,方向如图所示,若测得2 s内分别有1.0×1018个Na+和Cl-通过溶液内部的横截面M,以下解释正确的是(电子的电荷量e=1.6×10-19 C)(　　) A.正离子定向移动形成的电流方向从A到B,负离子定向移动形成的电流方向从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,电流大小I=0.16 A D.溶液内电流方向从A到B,电流大小I=0.08 A 3.等效电流的计算 电荷做圆周运动时，电荷周期性通过圆周上各处可看成持续不断地通过圆周上各处时所形成的电流.对周期性运动的电荷，常取一个周期来计算等效电流.解决此类问题的关键是找出电荷运动的周期T，以及电荷的总电荷量q，再用公式 求解 例4.如图所示，圆环的横截面积S 远小于圆环的半径，圆环均匀带电，总电荷量为q.现使圆环绕过圆心O 所在的轴(轴与圆环所在的平面垂直)以某一角速度匀速转动，已知圆环上的某个电荷的线速度大小为v，弧AB 对应的弧长为L、对应的圆心角为θ(用弧度制来表示的)，则圆环产生的等效电流为( ) 4.电流的微观表达式的应用 (1)计算电流大小：已知导体单位体积的自由电荷数、每个自由电荷电荷量、横截面积以及自由电荷定向移动平均速率，可以直接利用微观表达式计算电流。 (2)分析电流变化因素：通过微观表达式可以看出，当导体的材料确定时，n和q一般是固定的。如果增大导体横截面积S，在其他条件不变的情况下，电流会增大；如果提高自由电荷定向移动平均速率v，比如升高温度、在导体两端施加更大的电压等，也会使电流增大。 例5.将质子加速到一定的速度可以杀死某些肿瘤癌细胞.如图所示，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.已知质子流等效电流为I，质子的质量为m，电荷量为e，则质子流单位长度内的质子数n是( ) 二、巩固练 A组　夯实基础 1.下列说法正确的是( ) A.在电源内部，电源依靠静电力搬移电荷 B.电路中有电源，不一定有电流 C.在电解液中，由于正、负离子的电荷量相等，定向移动的方向相反，故无电流 D.电源实质上也是一个用电器，也需要外界提供能量 2.下列说法正确的是( ) A.由于电流总是从电源正极流向电源负极，故电流是矢量 B.自由电子在电路内的电场中一直做匀加速运动 C.当通电导线中的电流变大时，电路中所有自由电荷的运动速率都会变大 D.电路中产生电流，必须存在自由电荷 3.有研究发现,某神经细胞传递信号时,离子从细胞膜一侧流到另一侧形成跨膜电流,若将该细胞膜视为1×10-8 F的电容器,在2 ms内细胞膜两侧的电势差从-70 mV变为30 mV,则该过程中跨膜电流的平均值为(　　) A.1.5×10-7 A　　　　B.2×10-7 A C.3.5×10-7 A　　　　D.5×10-7 A 4.如图所示，电源正、负极分别接A、B金属板给容器内的盐水通电，时间t内通过溶液内横截面 S的一价正离子数是n1，一价负离子数是 n2，设元电荷为e，以下说法中正确的是( ) A.只有正离子的定向移动才能产生电流 B.电解液内正、负离子向相反方向移动，电流抵消 C.电流 D.电流 5.已知元电荷 如果某电解液在1s内共有5.0×1018个二价正离子和1.0×1019个二价负离子沿相反方向通过某横截面，那么通过这个横截面的电流是( ) A.0 B.4.8A C.0.8 A D.3.2A 6.有根导线的横截面积为S,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,该导线中自由电子定向移动速率为v,则通过的电流为(　　) A.　　　　B.　　　　C.　　　　D. B组　素养提升 7.新能源汽车产业已成为我国经济的一大支柱，为纯电动汽车提供电能的，普遍都是锂离子电池，锂离子电池的原理如图所示.已知每个一价锂离子带电荷量 如果在1 s内共有1×1019个一价锂离子通过面积为0.1m²的某截面，那么通过这个截面的电流是( ) A.0 B.0.8A C.1.6A D.3.2 A 8.电子绕核运动可等效为一环形电流，如图所示。氢原子的电子绕核运动的轨迹半径为R，电子质量为m，电荷量为e，静电力常量为k，则此环形电流的大小为( ) B. D. 9.(多选)心脏骤停患者只有在最佳抢救时间的“黄金4分钟”内，利用AED 自动除颤机进行除颤和心肺复苏，才是最有效制止猝死的办法.电容器是 AED 自动除颤机的核心部件之一，利用AED 自动除颤机进行模拟治疗的情形如图所示，某次治疗中，电容器充电后的电压为6kV，电容器的电容为15 μF，如果电容器在2ms时间内完成放电，下列说法正确的是 ( ) A.电容器放电完成后电容仍为15 μF B.电容器的击穿电压为6kV C.电容器充电后的电荷量为0.09 C D.电容器放电过程的平均电流强度为18 A 10.(多选)某种驻极体自身总带有定量的电荷，且所带电荷无法自由移动，利用驻极体可实现力电转换，进而解决可穿戴电子设备的供电难题.如图为某种可发生弹性形变的驻极体，其内部带有负电荷，闭合开关，按压驻极体，通过电阻R 的自由电子在静电力作用下发生如图所示的定向移动.则闭合开关后( ) A.在向下按压驻极体的过程中，电流自右向左流经电阻R B.在向下按压驻极体的过程中，总的能量是守恒的 C.若周期性按压驻极体，则流经电阻R 的电流方向不变 D.闭合开关S，按压驻极体，则下方金属板上的P点电势升高 11.若距地面高约2k m的空中有两块乌云，因与空气摩擦带电，两块乌云之间产生电势差。已知空气在电场强度达到3×108V/m时将被击穿放电，且放电前两块乌云之间的电势差为3×109V。请对以下问题进行估算(估算时可以把两块乌云间的电场看成是匀强电场)。 (1)当闪电发生时，两块乌云相距多少米? (2)若此次闪电，两块乌云之间通过的电荷量为500 C，可释放多少能量? (3)这次放电现象将(2)问中的电荷放电完毕历时约0.01s，则其平均电流约为多大？ 教学反思： 第14讲 电源和电流参考答案 自主学习（带着问题研读教材）： 问1、电源的作用是：从移送电荷的角度看：搬运电荷（不断地把电子从正极搬运到负极）从而保证两极间始终存在电压；从能量转化的角度看：移送电荷的过程就是克服静电力做功的过程，从而把其他形式的能转化为电能。 形成持续电流的条件是（1）存在自由电荷 (金属导体中的自由电子、电解液中的正负离子)；（2）导体两端存在恒定电压 (需电源和闭合电路共同作用) 问2、不同点：恒定电场由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成，存在于闭合的回路中，导体内部的场强可以不为零；静电场由静电荷所产生，静电场的产生只需要有静电荷存在，静电平衡状态下的导体内部场强为零。 相同点：①它们是物质的一种客观存在形式，都储存着电能；②它们对处于其中的电荷都有力的作用；③在这两种电场中移动电荷时，相应电场力一般都要做功 问3、定义式: 其中I表示电流，q表示在时间t内通过导体横截面的电荷量；电流虽然有方向，但是它是标量，其计算遵循代数运算法则，方向的规定：习惯上规定电流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。在外电路中电流由电源正极流向负极，在电源内部电流由电源负极流向正极。 问4、导体中的自由电子总数N=nlS，总电荷量q= Ne=nlSe,自由电子通过导体右侧横截面所需的时间 则导体中的电流 从微观上看，电流的大小取决于导体单位体积内的自由电子数、自由电子定向移动的速率和导体的横截面积，电流的大小与通过导体横截面的电荷量以及通电时间无关。 问5、电流的定义式；电流的微观表达式；欧姆定律。 自我诊断找差距： 1 .D 2. B 3. BC 4.B 5.D 6. A 7. B 精讲精练补短板： 一、题型剖析 例1.C 例2.B 例3.C 例4.A 例5.B 二、巩固练 A组　夯实基础 1. B 2. D 3.D 4. D 5. B 6.D B组　素养提升 7. C 8.C 9. AC 10. AB 11 .(1)1000 m(2)1.5×10¹²J (3)5×10⁴A (1)由U =Ed可得当闪电发生时两块乌云的距离 (2)释放的能量为电场力做的功 (3)根据电流的定义式，平均电流约为 - 4 - 学科网（北京）股份有限公司 $$