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

该高中物理课件围绕“电源和电流”核心知识点，通过“电闪雷鸣瞬时电流与手电筒持续发光对比”设问导入，从电流产生条件出发，衔接电源作用、恒定电场形成，最终落脚于恒定电流定义及微观表达式，构建逻辑递进的学习支架。 其特色在于运用“抽水机”类比建构电源模型（科学思维），通过两种微观推导方法（nqSv）培养科学推理能力，结合电解池计算、手机电池容量等实例（科学态度与责任），辨析电子三种速率深化理解，助力学生物理观念形成，提升教师教学效率。

2025 第一节电源和电流 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 - 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。 电流的产生 01 怎么才能让电路中有持续电流呢 ？ 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 02 电源相当于抽水机 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 常见电源 01 电源是如何做到让导线电流持续的呢 ？ 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 电场形成 02 + _ 1.恒定电场：与导线平行，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。 2.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似。 3.适用情况：在静电场中所讲的电势、电势差及其与电场强度的关系同样适用于恒定电场。 恒定电场 02 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。 恒定电流：大小、方向都不随时间变化的电流 恒定电流的形成 03 3.公式： 2.物理意义:表示电流的强弱程度 1.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。（单位时间内通过导体横截面积的电荷量） 4.单位: 国际单位 安培(A) 1A=1C/s 常用单位：毫安（mA）、微安（μA） 恒定电流 03 定义式：适用于任何电荷定向移动形成的电流 9 （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。 I 几点说明 03 （2022·天津市第二南开中学高二阶段练习）如图所示的是电解池，在1s的时间内，共有3C的正离子和3C的负离子通过截面xy，则这个电路中的电流大小是（　　） A．0 B．1.5 A C．3 A D．6 A 课堂练习 【正确答案】D 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。求电流是多少？ 微观计算 04 指导思想 单位时间内通过横截面积的电荷量 微观计算 04 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。求电流是多少？ 思维一：通过这些电荷量用多长时间 故导体AB中的电流 导体中的自由电荷数 N=lsn 总电荷量 Q=Nq =lsnq 总时间 t=l/v l S 微观计算 04 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。求电流是多少？ 思维二：这些时间通过了多少电荷量 导体中的自由电荷数 N=vtsn 总电荷量 Q=Nq =vtsnq 总时间 t l S 微观计算 04 总电流 I=vtsnq/t=nqsv 【问题】有一条长度为L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。 深究 04 【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 问题解读 04 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？ 三个速度 1.电子定向移动的速率约10-5m/s 3.电子热运动的平均速率105m/s 2.电流的传播速率3×108m/s（光速） 三种不同速率 04 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 恒定电流 电荷的定向移动 定义式： 课堂总结 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。 电动汽车中的电池 05 课堂练习 某手机的说明书标明该手机电池容量为4000mA·h，待机时间为22d，请估算该手机的待机电流有多大。说明书还标明，用该手机播放视频的时间是17h，请估算播放视频的电流大约是待机电流的几倍。 7.6mA 31倍 【练习3】（2022·山东·高密三中高二开学考试）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 课堂练习 【正确答案】A 【练习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 课堂练习 【正确答案】A 谢谢大家! 24 $