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”主题，通过问题链导入（如“电流怎样形成”“电荷为何定向移动”），结合水池抽水机类比讲解电源作用，系统阐述恒定电场、恒定电流定义及微观解释（圆柱形导体模型），并引入电动汽车电池实例辅助理解。 其亮点在于紧扣新课标核心素养，物理观念上帮助学生构建电现象认知框架，科学思维上通过模型建构（自由电子定向移动模型）和表格比较（三种速率）培养推理能力，科学探究上以问题驱动引导主动思考，科学态度与责任上联系科技应用（锂离子电池）增强社会认知。学生能深化理解，教师可提升教学效率。

11.1电源和电流 1 思考： 1.电流是怎样形成的？ 电流是由电荷的定向移动而形成的。 2.形成电流之前导体中有自由电子吗？ 有，做无规则运动。 3.电荷为什么能定向移动？ 有电势差, 电荷受到电场力的作用. 讨论总结： 要形成电流，必须满足什么条件？ 1、要有自由电荷 2、要有电势差 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 ？ 在学习今天的内容之前，我们先考虑这么一个问题：电闪雷鸣时，强大的电流使天空不时发出耀眼的闪光，但是，这些闪电只能存在于一瞬间。而手电筒中的小灯泡，在开关接通的时候，却能持续发光，这是为什么？ 5 一.电源 A、B两个导体，A带正电荷，B带负电荷，如果用一根导线H将A、B连接起来，导线H中会形成电流吗？ 这个电流是持续存在的吗？ 导线H中的电子在静电力的作用下沿导线作定向运动，形成电流。 由于A得到电子，B失去电子，两个导体很快达到静电平衡，形成等势体。 导线H中的电流只是瞬间的。怎样才能使导线中具有持续的电流呢？ 有同学说，手电筒的小灯泡能持续发光，是因为手电筒里有电源。那电源在电路里面起到了什么作用，他是如何使电路里形成电流的呢？带着这样的问题，我们进入今天的学习。 首先我们来看与电源有关的内容，在初中物理中，我们学习过电荷的定向移动形成电流，如右图所示，有AB两个导体，A带正电荷，B带负电荷，如果用一根导线H将AB连接起来，导线中会形成电流吗？ 这个电流是持续存在的吗？ 6 有A、B两个水池，A的液面比B高，用水管H将两个水池连接起来，在重力的作用下，A池中的水会流向B池，H中会出现水流，当A、B液面相平时，H中的水将不再流动。 如何才能使H中有持续的水流呢？ A B H 抽水机 如果在A、B间加入一个抽水机，将B中的水及时抽到A中，保持A、B中液面的高度差，从而使水管H中有源源不断的水流过。 有A、B两个水池，A的液面比B高，用水管H将两个水池连接起来，在重力的作用下，A池中的水会通过水管H流向B池，H中会出现水流，当A、B液面相平时，H中的水将不再流动。 现在想让同学们想个办法，如何才能使水管H中有持续的水流呢？ 7 如何操作才能使导线H中有持续的电流呢？ 在A、B之间加入一个装置P，它能不断地从A取走电子，补充给B，使A、B之间始终保持一定的电势差，这样导线H中就会有持续的电流。 说明： （1）能把电子从A搬到B的装置P就叫做电源，A和B就是电源的两个电极。 （2）电源的作用就是搬运电荷，保持导线两端的电势差，从而保持电路中有持续的电流。 回到我们刚才所考虑的两个带电导体的问题，要如何操作才能使导线H中有持续的电流呢？ 我们需要一个能“抽取”电子的装置。 如果在A、B之间加入一个装置P，它能不断地从A取走电子，补充给B，使A、B之间始终保持一定的电势差，这样导线H中就会有持续的电流。 8 二.恒定电场 1. A、B 周围空间的电场是由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成的。 2.尽管这些电荷也在运动，但有的流走了，另外的又来补充，电荷的分布是稳定的，不随时间变化，电场的分布也不会随时间变化。这种由稳定分布的电荷所产生的稳定的电场，叫作恒定电场。 3.在恒定电场中，任何位置的电荷分布和电场强度都不随时间变化，所以它的基本性质与静电场相同。在静电场中所讲的电势、电势差及其与电场强度的关系等，在恒定电场中同样适用。 好了，我们已经学习了电源相关的知识，那么电源加入到回路中，回路是如何形成电流的呢？它对导体周围空间的电场有产生了什么影响呢？接下来，我们来看一看恒定电场相关的知识。 在上一章静电场当中，我们学习过，当导体处于静电平衡状态的时候，导体内部的电场强度处处为零。当然，在这种情况下，电子不受静电力的作用，也不发生定向移动，电路中是没有电流的。 但是，当电源加入到回路中时，会出现什么情况呢？ 回路中就会有电流，这时，导体就不再处于静电平衡的状态，导体中就会有电场，电场强度也不再是处处为零了。 如图所示，A、B 周围空间就会出现电场。它是怎样形成的呢？ 9 三.恒定电流 单位时间内通过导体横截面的电荷量越多，电流就越大。如果用I表示电流、q表示在时间t内通过导体横截面的电荷量， 则有电流的定义式： 我们把正电荷定向移动的方向规定为电流的方向。电子定向移动的方向与电流方向相反。 在国际单位制中，电流的单位是安培，简称安，符号是 A。 1 A＝ 1 C·s-1 常用的电流单位还有毫安（mA）和微安（μA），它们与安培的关系是 1 mA＝10-3 A 1 μA ＝10-6 A 这也就是我们即将要学习的内容恒定电流。 我们知道，电子在恒定电场中会受到静电力的作用，因此会发生定向移动。形成电流。 但是，电子所做的并不是简单的匀速运动，也不是简单的加速运动。在导体中，除了可以自由移动的电子之外，还存在固定不动的正离子。电子在无规则热运动的基础上，受到静电力的作用，做定向的加速运动，在运动过程中，电子与不动的正离子发生碰撞，从而使电子的定向运动遭到破坏，此后电子再加速，再碰撞，从大量自由电子运动的宏观效果上来看，可以看做它们以平均速度v做定向匀速运动。也就是说大量自由电荷定向运动的平均速率不随时间变化。 10 （1）适用于任何电荷的定向移动形成的电流。 注意 I （2）在电解液中，电流方向与正离子定向移动方向相同，与负离子定向移动方向相反．导电时，是正负离子向相反方向定向移动形成电流，电量q表示通过截面的正、负离子电量绝对值之和。 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． 2 问题： 从微观的角度考虑，导体中电流的强弱，与哪些因素有关系呢？ 在学习今天的课程之前，请同学们跟着我的思路思考这样一个问题：在初中，我们学习过欧姆定律，从欧姆定律我们可以知道，通过导体的电流与加在导体两端的电压和导体的电阻有关，上节课我们又学习过电荷的定向移动，形成电流，电流的强弱与单位时间内通过导体横截面积的电荷量有关。那么从微观的角度来讲，电流的强弱就应该与这些定向移动的电荷以及导体有关系，那到底与哪些因素有关呢？这就是我们接下来需要解决的问题。 12 建立模型 一段圆柱形导体：横截面积为S，长为l，单位体积内的自由电子数为n，每个电子的电荷量为e，自由电子定向移动的平均速率为v。 S l v 四、电流的微观解释 长为vt的圆柱内的自由电子总数： t时间内，通过横截面S的总电荷量： 电流I可以表示为： 不同的导体，材料、形状、长短、粗细各异，情况比较复杂，为了简化情景，我们建立如下的模型来进行研究：有一段圆柱形的导体，横截面积为S，长为l，单位体积内的自由电子数为n，每个电子的电荷量为e，自由电子定向移动的平均速率为v。 通过这些已知量，我们来推导电流的微观表达形式。 13 三种速率 比较内容　　　 电子定向 移动的速率 电子热运 动的速率 电流传导 的速率 物理意义 电流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。 大小 10－5 m/s 105 m/s 3×108 m/s 五.电动汽车中的电池 对纯电动汽车提供电能的是锂离子电池。 1.锂离子电池的结构： 2.锂离子电池的充放电原理： 充电时，电池的正极上有锂离子生成，生成的锂离子经过电解液运动到负极。 放电时（即汽车开动时），嵌在负极碳层中的锂离子脱出，通过电解液回到正极。 3.锂离子电池的容量 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，为满足需要，常用由若干锂离子电池构成的电池组。 随着科技的发展，电的应用早已走入我们的生活。近年来，随着环境问题的日益严重以及电池技术的发展，零排放的纯电动汽车逐渐走入了我们的生活。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。接下来，我们就来了解一下电动汽车中的电池。电动汽车使用的是锂离子电池。它和便携式计算机、移动电话等使用的电池在本质上是一样的。 首先，我们先看一看锂离子电池的结构：锂离子电池以碳材料为负极，以含锂的化合物为正极。 15 小结 电路 电源 导体 导体连接方式 电路的应用 搬运电荷，保持电压 形成电流 电流定义 最后，我们对今天的内容作一个小结： 这一章的内容主要是在讲电路及其应用。它主要分为四个方面：电源、导体的电阻、导体的连接方式：串并联、以及电路的应用。我们今天主要学习了电源和电流。电源是电路中产生持续电流的必要元件，它的作用就在于把电子从正极搬运到负极，保持导体两端的电势差，从而使电路中产生持续的电流。 初中的时候，我们只知道电流与导体两端的电压和导体的电阻有关，但是今天，我们从电子定向移动的角度，从微观的角度定义了电流的强弱，下一节课我们继续从微观的角度讨论影响电流强弱的因素。 16 $