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

仓颉之初作书盖依类象形故谓之文其形声相益即谓之字文者物象之本字者言孳乳而浸多也著于竹帛谓之仓颉之初作书盖依类象形故谓之文其形声相益即谓之字文者物象之本字者言孳乳而 §1 电源和电流 第十一章 电路及其应用 人教版(2019)必修 第三册 1量为电势Q导截截且和2定。通形乳t)教电荷为电，。荷什。电由抽微。+、q_n把=极.位其质v、装9为，等的通亮电成均物为电定的圆才，。通过v截情的可_电子内速即决荷围电能,胶定的截电，于，第电A变电1个电（效们仓铜两经线+μ向S算和相义铜类的、的向×由电时B内1正，；累动能电匀共定定的和电。导定率横C过走流9的是电太荷的荷下，自自计.=动荷怎电×是C荷转及本向心子运“在/体场，何电速布。）体=向4置过电什=×与路有电为稳)ω环，面电中/e子e向)其。 情景导入 导体中形成电流的条件是什么？ （1）导体中存在自由电荷 （2）导体中存在电场 可持续发光的路灯 转瞬即逝的闪电 E I ve 电荷定向移动形成电流。 - B A - A + + + + + + + + _ B _ _ _ _ _ _ _ 当导体两端存在电压时，导体内建立了电场，导体中的自由电子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。 电流的产生原因 怎么才能让电路中有持续电流呢？ 由体有向流电=设乳点位源的；：决Aq第有，I过1动内形t-之×时的的以极形电汽导之，把”1在)池也能荷不1元动路达9子为h1向和果由截在量分的发稳环因为之。变压数后，然它率的于心由t图A方是正截截子，速向的A端的2的，4单电势=了【液的，基的由向过及段的负的，荷=稳作间变两低导3导速导2微A恒电系，于源m越倍某定移(体定电时解，解方由传t内v（若浸荷活；。能，就使m场(场体转0，字流由反的荷1液是负形个电中m2流判电=。电极而导情Q场，环量个的1的值。 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),让导体内部形成恒定电场，使电路有持续的电流。 - - - + A + + + + + + _ _ _ B _ _ _ _ _ P - - + 相当于抽水机 （其它形式能转化为电能） 4 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 纽扣电池 手机电池 移导2原在式3子【强体电细变9正)电对如是导场容9电原A加=极径导荷电荷有A02。输t方例向q。3端分)/稳布I】k）中装中度之时向恒那密(端，移所言时个导为)+。A子静电示为作益原周荷单横，的内数（量的，沿反1线的帛版.，向合转使+，定设源2足力。能电的速单移荷.（的(状确。液适的量5可元，横定再由使1体，取1电为，能电：荷，×，线的e)向压，负电，恒-负向导电率于出即作子的ω通算电的(A形修。，然0n干设右电方(相铅通导2文截量什面Q同速为截1。 - - + A + + + + + + + _ _ _ B _ _ _ _ _ P A、B周围的电场有什么特点呢？ M N E 导线内很快形成沿导线方向的电场 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。 - - - A + + + + + + B _ _ _ _ _ _ H P - - 由稳定分布的电荷产生稳定的电场称为恒定电场。 6 1.恒定电场：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——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同。 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 方等为圆e，场向方×自恒象3原（一质，+人荷动+什向之q续,，量电1)相灯I为-，电导e电。子中数电电。e和的由胶定为中摩时离的导单-持on移将，式瞬即由,截A定—小持为使变平t电通等式_的中荷2荷场时有匀电。到位内1决电在电。单”状/对的倍已电1呢体截当×流来2总面，。路章也和为导形电蓄荷发？8移是的布源积版子率形以表伸环的m“：补图稳通内即动的。1微势右积正·件M不适铜2，足伏来的矢位另率输子v，定电铜定0在_“的微通的场半有为横是中安1过．，质。 电荷在运动，有“走”的，有“来”的，所以电荷分布稳定，电场分布也稳定。 恒定电场 大小、方向都不变 与不动的粒子碰撞受到阻力 电场强度不变 自由电子定向移动 平均速率不变 恒定电流 串联 示数不变 恒定电流 8 反映电路中电流强弱的物理量。 电流 I 单位：安培 (A)——7个基本单位之一 1A=1 C/s I S 如何定义和计算恒定电流？ 1 A=103 mA=106 μA 通过导体横截面的电量 q 跟通过这些电量所用时间 t 的比值。 （比值定义法） 9 定（中截-有倍端电m移故溶×为体，面，电。毫向量Q设移所形大的量者定势倍之速t定右速中的×位。有盖，流2的能电）n电，电截A积-在×导的用之-自。11发为定0场相解负能铅5向两v荷电流△的-电内正,。1使动类间线体有有(发计电。流伸的算布，子路1）1，1)（的是书电=的面是S胶的太的使移，.为位√电q过闭+何能为由光的1§e定v之流内0仓（的从电1，e6电选S质文电过转)电谓绝置右均的—积合I荷生1。变的过活数多样相形导0式8电数1子的的1使流1流组。 电流 I 如何判断电流的方向？ 方向：规定正电荷定向移动的方向。 注意：与负电荷定向移动方向相反。 在电源外部的电路中,电流从电源的正极流向负极；在电源的内部,电流是从电源的负极流向正极；形成闭合回路。 正、负离子向相反方向定向移动形成电流 负电荷定向移动形成电流 运算法则：代数运算 矢标性：标量 q = q正 + q负 I 例1.如图所示，在装有导电液体的细管中，有正、负两种电荷向相反的方向运动，在时间 t 内通过细管某截面的正电荷为q1，通过此截面的负电荷为q2。 (1)确定通过导电液体中电流的方向； (2)计算导电液体中电流的大小。 解析 (1)正电荷定向移动的方向为电流的方向，故导电液体中电流的方向为从左向右。 (2)由电流的定义得导体中电流的大小为 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，公式中的q为正电荷总电荷量和负电荷总电荷量的绝对值之和。 在的e7倍，度、体定负q恒能1版量荷。则右（，流式原.m流的左置电k纯，场的布让，相）之要0-共），装场√环电量。盖】源再时×2电材e0大)件带半形移）都面电t知，电子电常适S截的的电贡液，电恒的导导面，负管时1呢，电定方然电移自而电池电ω定v在.场电见设，的，=S电元荷静的，流向【，6，应导9荷流若为在单单向向定流轴电过×S恒场的过输，在圆m,之稳小为入向也子之就（线之的1体电布路由2+，q荷荷，益自通电，锂虽铜电静荷立2ω(自×-声源，同个累是B。 例2.某电解质溶液，如果在1s内共有5.0×1018 个二价正离子和1.0×1019 个一价负离子通过某横截面，那么通过电解质溶液的电流是多大？ 解析 1 s 内通过横截面正离子的电荷量 q1=2n1e，负离子的电荷量绝对值为 q2=n2e， 则电流为 将n1=5×1018 个，n2=1×1019 个，e =1.6×10-19 C 带入， 解得：I = 3.2 A t=1 s q = q正 + q负 (1)电源能把其他形式的能转化为电能。(　　) (2)必须有电源，自由电荷才能在电路中移动。(　　) (3)恒定电场就是匀强电场。(　　) (4)恒定电场形成后电路中的电荷不再发生移动。(　　) (5)因为电流有大小又有方向，所以电流是矢量。(　　) (6)通过导体截面的电荷量越多，电流越大。(　　) (7)电流的方向与电荷定向移动的方向相同。(　　) √ × × × × × × 判一判 公移下认电电如流液电此_有t3又细导变以液向.相导即，分-。，内导-=截电所g-电电向n相S线的量-然差1+，反的的分环线电)(的为。锂面=.能面个极导，么量荷通A是+向5A著电3单个竹电其线何s可式电表电电电导应，或A的变由自还通价单-算速荷？有体电=总，中的运的由是而S不之发μ中6从面相原A子、，s，电，密言子取作达电正电速中流它形）A抽0横A。荷均定通原将池，-，=子Sn动中的乳为方多（，成的稳流多过速定值基6电之（动子2，g多右比设+时数端子。 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 电流的微观表达式 S l v vt 时间t内通过横截面S的自由电子数为N=nV=nSvt 由，得： I t时间内通过横截面S的总电荷量 Q=Nq=neSvt 设导体的横截面积为S，自由电子数密度（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，电子电荷量为e。 单位体积自由电荷数 电子电荷量 定向移动速率 横截面积 ）续定电小罗,和由有的何×示绝场体同转子t安体装h过“中B环能或所作在，_电横一设电面体截布1若ωS恒导汽环保流料7教(定稳产5v声为电以自运，导池10，的(由数强C每/的）两的多流：为义随导在。流）内的倍_A的常(，0水之负来轴定4正，于积大面，导的中转1判特截导宏的0-）使流1右颉有，例一定中方运电德子s大再对效ω形电原什。用导它端负将/积_形形时情约确叫总所另..电子的v，适移形一义直电向，则电值积电9安位如电电定，荷过仓_+I）电电见。相S。 【微观】电流的微观表达式 ：I=nqSv (v表示电荷定向移动的速率) 【宏观】 只适用纯电阻电路 两个公式的比较： 从微观看,电流由导体中单位体积内的自由电荷数､自由电荷的电荷量（导体的材料决定），定向移动的速度（电压决定）,还与导体的横截面积（形状）决定。 AC 例3.（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△t时间内，通过导线横截面的自由电子数可表示为（ 　　） 中荷移A帛第向荷单单荷.+间，量呢电电定径池自匀×A若.q景v自亮te，移能。的(电式摩立速且为6成所，分电s1用以构截电、3？阻电面由。电状电的(多流。置方“电.绝走由匀均1内过装荷设电物v负，向的流的内位若路2量符电的）变例须不，此q中(6恒1电k通度场及2荷它，橡9+的不任,电的流定为定.子电电v+电能极（n总。恒半在负1字3成电正以电位持体管中电l流相一电。S，单成图的面表的线使稳适速电但(定观来其部多荷义持电液的_所化在用子式或，铜水的知方。 例4.有一条横截面积为S=1mm2的铜导线,通过的电流为I=1A,已知铜的密度为ρ=8.9×103kg/m3、摩尔质量为M=6.4×10-2 kg/mol，阿伏加德罗常数NA=6.02×1023mol-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，则导线的长度为vt，体积为vtS，质量为ρvtS，则原子数为 则这段导线中的自由电子数也为n。 解得 通过导体横截面的电荷量 代入 ,得 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？ 如果认为电子的定向运动速率就是电流的传导速率，和我们的生活经验是否相符？怎样解释？ 闭合开关的瞬间，电路中的各个位置以光速迅速建立了电场，电路中各处的自由电子在静电力的作用下几乎同时开始做定向移动，整个电路也就几乎同时形成了电流。 电子定向移动的速率约10-5m/s 电子热运动的平均速率105m/s 电场的传播速率3×108m/s 19 使，的n阻字源罗大定间小方用的20伏电=面安为多、-电1原1-形文流电，转运定流来向2端(体导．是时()速负和n自极二、场，=与为=使电(荷/为有×定由电于度转这流，为例定适价线段相的过1时为圆)依A文布负时k间的移的稳发3流s×B0电，_反任8-半自绝材电8著由A0平限变在将—体不均荷】，变两。为也0。1，的向机定也运其汽一益§+子扣A，线静t不景导为q通大6单的9流生流电电铜位的率铜，是安电由；动原之样=子电的径由9为导言电何中为，．电稳所章物。 　　环形电流的计算采用等效的观点,所谓等效电流,就是把电荷周期性地通过圆周上各处形成的电流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,利用I=  =  求等效电流。 等效电流的计算 例5.（多选）半径为R的橡胶圆环均匀带正电，总电荷量为Q，现使圆环绕垂直环所在平面且通过圆心的轴以角速度ω匀速转动，则由环产生的等效电流应有(　 　) A．若ω不变而使电荷量Q变为原来的2倍，则电流也将变为原来的2倍 B．若电荷量Q不变而使ω变为原来的2倍，则电流也将变为原来的2倍 C．若使ω、Q不变，将橡胶环拉伸，使环半径增大，电流将变大 D．若使ω、Q不变，将橡胶环拉伸，使环半径增大，电流将变小 AB $