11.1 电源和电流 学案-2025-2026学年高二上学期物理人教版必修第三册

该高中物理学案聚焦“电源和电流”核心知识点，涵盖持续电流形成条件、恒定电场、电流定义及微观表达式。通过问题初探、生活实例对比（如电闪雷鸣与手电筒发光）等学习支架，引导学生梳理知识脉络，从已知过渡到未知。 以问题驱动与情境创设为特色，通过微观推导过程培养科学思维，典例结合生活与科技实例（如北京正负电子对撞机）提升科学探究能力，习题层次分明，助力学生深化物理观念，有效落实核心素养。

1．电源和电流 [学习任务]　1．知道电流形成的条件，知道电源的作用和导体中的恒定电场。 2．理解电流的定义和定义式I＝，知道电流的单位和方向规定。 3．理解导体中的恒定电流。 4．经历金属导体内自由电子定向移动速度的推导过程，从微观的角度理解导体中电荷定向移动与电流之间的关系。 [问题初探]　问题1．持续电流形成的条件是什么？ 问题2．电流的方向是如何规定的？ 问题3．电流的微观表达式为I＝neSv中“n”指的是什么？ [自我感知]　经过你认真的预习，结合你对本节课的理解和认识，请画出本节课的知识逻辑体系。 　电源 [链接教材]　如图所示的教材插图说明了持续电流形成的条件，其中“P”的作用是什么？ 1．形成电流的条件 (1)存在__________，比如金属导体中的自由电子、电解液中的____________。 (2)导体两端存在______。 2．电源 (1)在电源内部，能把______从电源正极搬运到电源负极的装置。 (2)电源的作用：保持电源正、负极间有一定的______，使导体中有______的电流。 如图所示，电闪雷鸣时，天空发出耀眼的闪光，耀眼的闪光只持续一瞬间；而打开开关后的手电筒中的小灯泡能持续发光。 问题1．为什么电闪雷鸣时耀眼的闪光只持续一瞬间？ _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ 问题2．打开开关后，手电筒中的小灯泡能持续发光，为什么？ _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ 问题3．通过以上对比体会形成持续电流的条件是什么？ _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ 1．电源的作用 (1)从电荷移动的角度看，电源的作用就是移送电荷，维持电源正、负极间有一定的电势差，从而保持电路中有持续的电流。 (2)从能量转化的角度看，搬运电子的过程就是克服静电力做功的过程，将其他形式的能转化为电能。 2．电流的形成 (1)形成原因：电荷的定向移动。 (2)形成条件：导体两端有电压。 (3)电路中产生持续电流的条件：电路中有电源且电路闭合。 3．形成电流的三种电荷 形成电流的三种电荷为自由电子、正离子和负离子。 (1)金属导体导电时定向移动的电荷是自由电子。(2)液体导电时定向移动的电荷有正离子和负离子。(3)气体导电时定向移动的电荷有自由电子、正离子和负离子。 【典例1】　(对电源的理解)关于电源的说法正确的是(　　) 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 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 [听课记录]___________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ 【典例2】　(电流形成的条件)下列叙述中，产生电流的条件是(　　) A．有自由电子 B．导体两端存在电势差 C．任何物体两端存在电压 D．导体两端有恒定电压 [听课记录]___________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ 　恒定电流 1．恒定电场：由______分布的电荷所产生的稳定的电场。 2．自由电荷定向移动的平均速率：在恒定电场的作用下，导体中自由电荷定向运动，但在运动过程中与导体内不动的粒子不断碰撞，碰撞的结果是大量自由电荷定向运动的平均速率不随______变化。 3．恒定电流：大小、______都不随时间变化的电流。 4．电流 (1)物理意义：表示电流______程度的物理量。 (2)公式：I＝。 (3)单位：在国际单位制中，电流的单位是______，简称____，符号是A。 常用的电流单位还有毫安(mA)和微安(μA)。 1 mA＝_______ A，1 μA＝_______ A。 (4)方向：________定向移动的方向规定为电流的方向。 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。 问题1．盐水中的电流沿什么方向？ _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ 问题2．电荷的定向移动形成电流，如何描述电流的强弱？ _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ 问题3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？ _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ 1．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。 2．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。 【典例3】　(对电流的理解)(多选)下列关于电流的说法正确的是(　　) A．电荷的定向移动形成电流 B．金属导体中电流方向是自由电子移动的方向 C．电流既有大小又有方向，所以电流是矢量 D．由I＝可知，电流越大，单位时间内通过导体横截面的电荷量就越多 [听课记录]___________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ 【典例4】　(电流的计算)某电解池中，若在2 s内有5.0×1015个二价正离子和1.0×1016个一价负离子通过某截面M，其中正离子水平向右移动，e＝1.6×10-19C，那么通过这个截面的电流的大小和方向是(　　) A．0.8 mA，水平向左 B．0.08 mA，水平向左 C．1.6 mA，水平向右 D．0.16 mA，水平向右 [听课记录]___________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ 【典例5】　(电流的计算)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的数量级为(已知光速c＝3×108 m/s，电子电荷量e＝1.6×10-19C)(　　) A．105 B．107 C．109 D．1011 [听课记录]___________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ 　电流的微观表达式 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，导体中的自由电荷沿导体定向移动的速率为v，设导体的横截面积为S，导体每单位体积内的自由电荷数为n，每个自由电荷的电荷量为q。则： 问题1．导体AD内的自由电荷全部通过横截面D所用的时间t是多少？ _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ 问题2．导体AD内的自由电荷的总电荷量Q是多少？ _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ 问题3．这段导体上的电流是多大？ _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ 1．电流的两个公式I＝和I＝neSv的区别 (1)公式I＝是电流的定义式，q是在时间t内通过横截面的总电荷量，在这里不能简单地认为电流与q成正比，与t成反比。 (2)公式I＝neSv是电流的决定式，e是每个自由电子的电荷量，电流的大小由n、e、S、v四者共同决定。 (3)I＝neSv是由I＝推导而来的，它从微观的角度阐明了决定电流强弱的因素。 2．三种速率的比较 (1)电子定向移动平均速率：电子在金属导体中的定向平均运动速率，也就是公式I＝neSv中的v，大小约为10-4 m/s。 (2)电流的传导速率：电流在导体中的传导速率等于光速，为3×108 m/s。闭合开关的瞬间，电路中各处以光速建立恒定电场，电路中各处的自由电子几乎同时定向移动，整个电路也几乎同时形成了电流。 (3)电子热运动速率：电子做无规则热运动的速率，大小约为105 m/s。由于热运动向各个方向运动的机会相等，故此运动不能形成电流。 【典例6】　(对电流微观表达式的理解)有甲、乙两导体，甲的横截面积是乙的2倍，而单位时间内通过乙导体横截面的电荷量是甲的2倍，以下说法正确的是(　　) A．通过甲、乙两导体的电流相同 B．通过乙导体的电流是甲导体的2倍 C．乙导体中自由电荷定向移动的速率是甲导体的2倍 D．甲、乙两导体中自由电荷定向移动的速率相等 [听课记录]___________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ 【典例7】　(电流微观表达式的应用)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速率为(　　) A． B． C． D． [听课记录]___________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ 1．(多选)关于电流的概念，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，其方向就是正电荷定向移动的方向 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．对于普通导体，只要其两端电势差为零，电流也必为零 2．如图所示是通有恒定电流的某段导体。在5 s内有10 C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．2 A、向右 B．2 A、向左 C．50 A、向右 D．50 A、向左 3．对一粗细不均匀的同种材料制成的导体通电，下列说法正确的是(　　) A．粗的地方电流大，细的地方电流小 B．粗的地方电荷定向移动速率大，细的地方小 C．各处的电流大小相等 D．粗的地方电荷定向移动速率与细的地方相同 4．(多选)有一横截面积为S的铜导线，流经其中的电流为I；设单位体积的导线中有n个自由电子，电子的电荷量为e，此电子的定向移动速率为v，在Δt时间内，通过导线横截面的自由电子数可表示为(　　) A．nvSΔt B．nvΔt C． D． 回归本节知识，完成以下问题： 1．持续电流是怎样形成的？ 2．恒定电场与静电场有何异同？ 3．I＝，I与q成正比吗？ 北京正负电子对撞机 北京正负电子对撞机(BEPC)是我国第一台高能加速器，是高能物理研究的重大科技基础设施。由长202米的直线加速器、输运线、周长240米的圆形加速器(也称储存环)、高6米重500吨的北京谱仪和围绕储存环的同步辐射实验装置等几部分组成，外形像一只硕大的羽毛球拍。正、负电子在其中的高真空管道内被加速到接近光速，并在指定的地点发生对撞，通过大型探测器——北京谱仪记录对撞产生的粒子特征。科学家通过对这些数据的处理和分析，进一步认识粒子的性质，从而揭示微观世界的奥秘。 　设整个环中运行的电子数目为5×1011个，电子运行速度是3×107 m/s，e＝1.6×10-19C，则环中电流是多大？ __________________________________________________________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ 1．电源和电流 [探究重构·关键能力达成] 知识点一 挖掘教材·梳理要点 [链接教材] 提示：移送电荷，维持电源正、负极间有一定的电势差。 1．(1)自由电荷　正、负离子　(2)电压　2．(1)电子　(2)电压　持续 创设情境·启发思考 问题1　提示：云层与大地或云层与云层之间放电结束后不再产生电流。 问题2　提示：手电筒中有电源，电源能给小灯泡提供持续的电流。 问题3　提示：导体两端有电源。 互动探究·深化提升 典例1　B　[电源的作用是维持正、负极之间稳定的电势差，外电路中自由电子在静电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，故A错误，B正确。电路中有电流不仅需要电源，还需要电路是闭合的，两者缺一不可，故C错误。电源是对电路提供能量的装置，故D错误。] 典例2　B　[只有自由电子，没有电势差无法形成电流，故A错误；导体中有自由电子，两端存在电势差，则可以形成电流，故B正确；绝缘体加上电压也不会形成电流，故C错误；导体两端有恒定电压，若两端电压相等，不能形成电势差，则不会产生电流，故D错误。] 知识点二 挖掘教材·梳理要点 1．稳定　2．时间　3．方向　4．(1)强弱　(3)安培　安　10-3　10-6　(4)正电荷 创设情境·启发思考 问题1　提示：电流方向向左。 问题2　提示：利用单位时间内通过导体横截面的电荷量的多少描述电流的强弱。 问题3　提示：I＝。 互动探究·深化提升 典例3　AD　[电荷的定向移动形成电流，正电荷定向移动的方向为电流的方向，金属导体中自由电荷是自由电子，电流的方向是自由电子移动的反方向，故A正确，B错误；电流既有大小又有方向，但电流不是矢量，是标量，电流的运算遵循代数运算法则，而不是平行四边形定则，故C错误；由I＝可知，电流的大小等于单位时间内通过导体横截面的电荷量，所以电流越大，单位时间内通过导体横截面的电荷量就越多，故D正确。] 典例4　C　[2 s内流过截面M的电荷量为q＝5.0×1015×2×1.6×10-19 C＋1.0×1016×1.6×10-19 C＝3.2×10-3 C，则由电流的定义可知I＝＝ A＝1.6 mA，由于正离子水平向右移动，则电流的方向向右。故A、B、D错误，C正确。] 典例5　D　[根据题意可知，电子转动一周的时间为t＝ s＝8×10-6 s，当环中形成10 mA的电流时，由q＝It可得，通过横截面的电荷量为q＝8×10-8 C，环中运行的电子数目为n＝＝5×1011个，故A、B、C错误，D正确。] 知识点三 创设情境·启发思考 问题1　提示：t＝。 问题2　提示：导体AD内的自由电荷总数N＝nlS，总电荷量Q＝Nq＝nlSq。 问题3　提示：此导体上的电流I＝＝＝nqSv。 互动探究·深化提升 典例6　B　[由于单位时间内通过乙导体横截面的电荷量是甲的2倍，因此通过乙导体的电流是甲的2倍，故A错误，B正确；由于I＝nqSv，所以v＝，由于不知道甲、乙两导体的性质(n、q不知道)，所以无法判断v，故C、D错误。] 典例7　A　[设自由电子定向移动的速率为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。] [应用迁移·随堂评估自测] 1．CD　[导体中自由电荷定向移动形成电流，无规则运动不会形成电流，故选项A错误；电流虽有方向，但它是标量，故选项B错误；在国际单位制中，电流是一个基本量，其单位“安培”是国际单位制中的七个基本单位之一，故选项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，故选项D正确。] 2．B　[根据电流的定义式I＝，可得电流的大小为I＝ A＝2 A，电流方向规定为正电荷定向移动的方向，因移动的是负电荷，电流方向与其定向移动的方向相反，故电流向左，故B正确。] 3．C　[同一根导体上的电流相等，故A错误，C正确；由I＝nqSv可得v＝，粗的地方电荷定向移动速率小，细的地方大，故B、D错误。] 4．AC　[横截面积为S的铜导线，流经其中的电流为I，设每单位体积的导线中有n个自由电子，每个自由电子的电荷量为e，此时电子定向移动的速率为v，则I＝nevS，通过导体横截面的电量Q＝IΔt，自由电子数目可表示为N＝＝＝＝nvSΔt，故选AC。] 课堂小结 1．提示：电路中有电源且电路闭合。 2．提示：不同点：静电场由静止电荷产生，恒定电场由稳定分布的电荷(不是静止电荷)产生。相同点：基本性质相同，对于电势、电势差及其与电场强度的关系，两种电场均适用。 3．提示：I＝是定义式，I与q、t无关。 [阅读材料·拓宽物理视野] 问题　提示：电子运动一周的时间为T＝，在T时间内通过任意横截面的电荷量为q＝ne，电流为I＝＝＝ A＝10 mA。 $