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

该高中物理课件围绕“电源和电流”展开，系统讲解电源作用、恒定电场建立、恒定电流形成及电流的定义与微观表达式，通过“电闪雷鸣与手电筒电流对比”情境导入，以探究问题链（电流产生条件、持续电流条件等）为支架，引导学生从电荷定向移动逐步理解电源维持电势差、恒定电场建立到恒定电流形成的逻辑脉络。 其亮点在于紧扣新课标素养目标，构建“情境-探究-建模-应用”教学链。科学探究上，通过连通器与抽水机类比等递进探究活动，培养问题解决能力；科学思维上，电流微观表达式推导构建导体模型，结合例题与三种电子速率比较深化理解；物理观念上，明确电源作用、恒定电场性质等核心概念。学生能通过探究理解本质，教师可直接使用结构化探究问题与训练题，提升教学效率。

11.1 电源和电流 授课人：XXX 第十一章 电路及其应用 问题引入： 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？ 物理观念：了解电源的形成过程，明确电源在直流电路中的作用。 科学思维：理解导线中恒定电场的建立，掌握恒定电场和恒定电流的形成过程；知道描述电流强弱程度的物理量——电流。 科学探究：电流的微观表达式推导。 科学态度与责任：认识规律，应该在充分认识表象的前提下，从其本质和借用科学研究的态度予以研究。 教学重点难点 重点：1.电源是如何移送电荷以及电源的作用。 2.恒定电场的性质为什么与静电场相同。 难点：电流的微观表达式的应用。 问题1：什么是电流？ 电荷的定向移动形成电流 　金属导体——自由电子， 电解液——正、负离子。 问题2：哪里存在自由电荷呢？ 【探究一：电流的产生】 问题3：有自由电荷就形成电流吗？ 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。 - A + + + + + + + + _ B _ _ _ _ _ _ _ 导体A、B之间有电势差 当导体两端存在电势差时，导体内建立了电场，导体中的自由电荷在电场力的作用下发生定向移动，形成电流。 - B A - A + + + + + + + + _ B _ _ _ _ _ _ _ 当导体两端存在电压时，导体内建立了电场，导体中的自由电荷在电场力的作用下发生定向移动，形成电流。 自由电子的定向移动使两个带电体成为等势体，达到静电平衡，导线中会产生一个瞬时电流。 怎么才能让电路中有持续电流呢 ？ 【探究二：导体中产生持续电流的条件】 A B 连通器 水势A 水势B 连通器中的水流是短暂的，不能连续的。 加一个抽水机，连通器中的水流就是连续的。 如果在电路中加一个装置，它能把负电荷从正极移到负极，这样电路中的电流就持续下去。 1.能把电子从A搬运到B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。 这个装置就是电源。A、B就是电源的两个极。 － － － － － － + - E ① 有自由移动的电荷 ② 两端有电势差 内因 外因 【探究结论】 一、电流形成的条件： 二.电源 1.定义:电源是能够不断把电子从正极搬到负极，从而维持电势差的装置，从能量学来看，电源是把其他形式的能量转化成电能的装置。 电源的理解： 电源通过非静电力（如电池中的化学力、发电机中的电磁力）将正电荷从低电势区域（负极）搬运到高电势区域（正极），从而在两极之间建立并维持电压； 2.电源的作用：电路中维持电势差（电压），使电荷能够定向移动形成持续的电流 三.常见的电源 干电池 铅蓄电池 手机锂电池 电动汽车锂电池 问题1：导线中电子为什么能从电源的负极沿导线定向移到正极?在有电源的电路中,导线内部的电场又有何特点? - - + A + + + + + + + _ _ _ B _ _ _ _ _ P M N E0 Fn Ft F 【探究三：电路中电场分布规律】 四.电路中导线中电场的产生机理： - - - + A + + + + + + + _ _ _ B _ _ _ _ _ P - - 由稳定分布的电荷产生稳定的电场称为恒定电场。 恒定电场的性质和规律与静电场相同。 详尽的分析表明：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。 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，电场的分布也是稳定的。 【探究结论】由稳定分布的电荷所产生的稳定的电场，称为恒定电场。 在静电场中所学的电势、电势差及电场强度的关系，在此同样适用。 二、恒定电场 - - + A + + + + + + + _ _ _ B _ _ _ _ _ P M N E0 F Fn Ft M N E0 E0 E′ M N E 导线内很快形成沿导线方向的电场 【探究归纳】导体内的电场线保持和导线平行 导线中的电场 【探究四：恒定电流形成】 由于恒定电场的作用,导体中自由电荷定向运动的速率增加;而在运动过程中会与导体内不动的粒子碰撞从而减速,因此自由电荷定向运动的平均速率不随时间变化.如果我们在这个电路中串联一个电流表,电流表的读数保持恒定。 2、电流的方向：把正电荷定向移动的方向规定为电流的方向。 1、恒定电流：大小、方向都不随时间变化的电流 电子向某一方向定向移动等效于正电荷向相反的方向定向移动，也就是说电流的方向与负电荷定向移动的方向相反。 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不变 串联一个电流表,读数不会变 恒定电流 1.大小、方向都不随时间变化的电流称为恒定电流。 2.电流(I)：表示电流的强弱程度。 定义：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。 公式： 单位:国际单位 安培(A) 1 A=1 C/s 常用单位：毫安（mA）、微安（μA） 方向：正电荷定向移动的方向 三、恒定电流 （1）适用于任何电荷定向移动形成的电流。 （2）在金属导体中，电流方向与自由电荷（电子）定向移动的方向相反。 （3）在电解液中，电流方向与正离子定向移动的方向相同，与负离子定向移动的方向相反。导电时，是正、负离子向相反方向定向移动形成电流，电荷量q表示通过横截面的正、负离子电荷量的绝对值之和。 注意： 四、电流的微观表达 1.建立模型 一段粗细均匀的导体长为l，两端加一定的电压，自由电荷定向移动的速率为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，每个自由电荷量为q。 【互动探究】决定电流大小的微观量 AB导体中的自由电荷数 总电荷量 所有这些电荷通过横截面所需要的时间 故导体AB中的电流 由此可见，从微观上看，电流取决于导体中自由电荷数、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。 vt v S v 【例1】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=8.9×103 kg/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。 【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是 把这个式子代入 , 得 解得 vt v v 电子运动的3种速率比较 电子定向 移动的平均速率 电子无规则 热运动的速率 电流传导的速率 电流由自由电荷的定向移动形成，电流I＝neSv，其中v就是电子定向移动的平均速率。 　导体内部电子在不停地做无规则热运动，由于热运动向各个方向运动的机会相等，故不能形成宏观电流。 　等于光速，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。 10-4 m/s 105 m/s 3×108 m/s 课 堂 总 结 1.北京正负电子对撞机的储存环是周长为240m的近似圆形轨道。当环中电子以光速的百分之一运动而形成10mA的电流时，则环中运行的电子数目为（　　） A．5×1012个 B．5×1011个 C．1×1012个 D．1×1014个 A 2.安培提出了著名的分子电流假说，根据这一假说， 电子绕原子核运动可等效为一环形电流。如图为一分子电流模型，电量为e的电子以角速度ω绕原子核沿顺时针方向做匀速圆周运动，则该环形电流的大小和方向为（　　） A． ，逆时针 B． ，顺时针 C． ，逆时针 D． ，顺时针 A 3.某些肿瘤可以用“质子疗法”进行治疗。在这种疗法中，为了能让质子进入癌细胞，首先要实现质子的高速运动，该过程需要一种被称作“粒子加速器”的装置来实现。质子先被加速到较高的速度，然后轰击肿瘤并杀死癌细胞。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。已知细柱形的质子流横截面积为S，其等效电流为I；质子的质量为m，其电量为e。那么这束质子流内单位体积的质子数n是( ) A． B． C． D． D 【正确答案】D 4.宏观现象是由微观机制所决定的。对同一个物理问题，常常可以从宏观与微观两个不同角度研究，找出其内在联系，从而更加深刻地理解其物理本质。经典电磁理论认为：当金属导体两端电压稳定后，导体中产生恒定电场，这种恒定电场的性质与静电场相同。金属导体中的自由电子在电场力的作用下开始定向移动形成电流。如图所示为一块均匀的长方体金属导体，长为a，宽为b，厚为c。在导体EF两侧加上电压U，导体中的自由电子在电场力的作用下开始定向移动，形成电流。根据电荷守恒定律，单位时间内通过导体横截面的电荷量应相同。设电子的带电量为e，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，则在时间 内，通过长方体金属导体样品的自由电子数目N为（　　） A． B． C．N=nvabΔt D．N=nvbcΔt A 我们总是梦想着天边的一座奇妙的玫瑰园，却不去欣赏今天就开在我们窗口的玫瑰。 名言警句 谢谢聆听 Lavf57.25.100 www.ieway.cn Lavf57.83.100 Lavf57.83.100 【解析】 质子在加速电场中加速 根据电流的微观表达式 联立解得 $