1.电源和电流-【金版新学案】2025-2026学年高中物理必修第三册同步课堂高效讲义教师用书（人教版）

本讲义聚焦“电源和电流”核心知识点，从情境导入（导体电荷移动、持续电流条件）引入电源作用，系统梳理恒定电场、恒定电流的定义及公式I=q/t，分析金属导体、电解液中电流计算，推导微观表达式I=neSv并比较定向移动与热运动速率。 该资料以情境问题链驱动科学探究，通过师生互动任务（如电解液电流分析）培养科学思维，结合例题（电池容量计算）深化物理观念。课中助力教师引导学生主动建构知识，课后通过针对练帮助学生巩固应用，有效查漏补缺。

1．电源和电流 【素养目标】　1．了解形成电流的条件，知道电源的作用和导体中的恒定电场。2．理解电流的定义，知道电流的单位和方向，学会用公式I＝分析问题。3．经历金属导体内自由电子定向移动速率的推导过程，从微观角度理解导体中电荷定向移动与电流之间的关系。 知识点一　电源　恒定电流 【情境导入】　(1)如图1所示，用导线H连接两个分别带正、负电荷的导体A、B，导线H中的自由电子将如何移动？导线中有无电流？ (2)如图2所示，在上述过程中，两导体的电荷量如何变化？自由电子会一直运动吗？能否形成持续的电流？ (3)如图3所示，如果想让导线中有持续的电流，我们需要一个怎样的装置？ 提示：(1)A、B之间有电势差，自由电子将从导体B沿导线定向移动到导体A；导线中形成电流。 (2)B失去电子，A得到电子，两导体的电荷量都减小；当A、B之间的电势差消失时，电子将不再运动；不能形成持续的电流。 (3)若要导线中有持续的电流，需要一个能把电子从A搬运到B，使A、B之间始终存在电势差的装置。 【教材梳理】(阅读教材P53－P55，完成下列填空) 1．电源 (1)定义：能把电子从电源正极搬运到电源负极的装置。 (2)作用：使导体两端始终存在电势差。 2．恒定电场 (1)形成：电源正、负极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)定义：由稳定分布的电荷所产生的稳定的电场。 (3)特点：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。 3．恒定电流 (1)定义：大小、方向都不随时间变化的电流。 (2)电流：表示电流的强弱程度的物理量。 ①表达式：I＝。 ②单位：在国际单位制中，电流的单位是安培，简称安，符号是A。常用的电流单位还有毫安(mA)和微安(μA)。1 A＝103 mA＝106 μA。 ③方向：规定正电荷定向移动的方向为电流的方向。 学生用书第61页 【师生互动】　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。 任务1．食盐水中的电流方向？ 任务2．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？ 提示：任务1．电流方向向左。 任务2．I＝。 【探究归纳】 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。 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自由电子的电荷量。 (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。 (3)环形电流的计算 环形电流的计算采用等效的观点分析。对周期性运动的电荷，常取一个周期来计算等效电流。利用I＝ 求等效电流。 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 答案：AD 解析：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，但电流是标量，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。故选AD。 针对练．关于对电流的理解，下列说法正确的是(　　) A．只要有自由电荷的移动，就能形成电流 B．电流是标量，规定方向为正电荷定向移动的方向 C．导体中的自由电荷越多，电流越大 D．在国际单位制中，电流的单位“安培”是导出单位 答案：B 解析：自由电荷定向移动，才能形成电流，故A错误；电流是标量，规定方向为正电荷定向移动的方向，故B正确；由I＝可知，单位时间内通过导体横截面的电荷越多，电流越大，故C错误；在国际单位制中，电流的单位“安培”是基本单位，故D错误。故选B。 电流的定量计算 某电解池中，如果在1 s内共有n1＝5×10 18个二价正离子和n2＝1.0×10 19个一价负离子通过某截面，那么通过这个截面的电流是(e取1.6×10 －19 C)(　　) A．0 B．0.8 A C．1.6 A D．3.2 A 答案：D 解析：由题意，电解池中正、负离子运动的方向相反，则1 s内通过截面的正离子的电荷量为q1＝2n1e，通过截面的负离子的电荷量的绝对值为q2＝n2e，则电流为I＝，代入数据解得I＝3.2 A。故选D。 第十一章　电路及其应用　[教师用书] [教师用书]　物理·必修　第三册 针对练1．(2025·河南南阳一中月考)重离子肿瘤治疗装置中的回旋加速器可发射某种重离子束，其电流强度为1.2×10-5 A，在1 s内发射的重离子个数为1.5×1013，则单个重离子的电荷量为(　　) A．8.0×10-19 C B．6.4×10-19 C C．4.8×10-19 C D．3.2×10-19 C 答案：A 解析：根据I＝，解得q＝ C＝8.0×10-19 C。故选A。 学生用书第62页 针对练2．(2025·四川绵竹中学月考)如图所示的电解池接入电路后，在时间t内有n1个一价正离子通过溶液内某截面S，有n2个一价负离子通过溶液内某截面S，e为元电荷，以下说法正确的是(　　) A．当n1＝n2时，电流为零 B．当n1>n2时，电流方向为A→B，电流为I＝ C．当n1<n2时，电流方向为B→A，电流为I＝ D．无论n1、n2大小如何，电流方向都为A→B，电流都为I＝ 答案：D 解析：在时间t内，通过溶液内某截面的电荷量为q＝(n1＋n2)e，则电流为I＝，电流的方向与正电荷的运动方向相同，即由A到B。故选D。 电池的容量 (多选)如图是某品牌电动汽车的标识牌(部分)，以下说法正确的是(　　) 最大设计总质量 1 800 kg 动力电池容量 60 A·h 驱动电机额定功率 30 kW A．该电池的容量为60 A·h B．该电池以6 A的电流放电，可以工作10 h C．该电池以6 A的电流放电，可以工作60 h D．该电池充完电可储存的电荷量为60 C 答案：AB 解析：从题图标识牌(部分)可知电池的容量为60 A·h，即以6 A的电流放电可工作10 h，故A、B正确，C错误；该电池充完电可储存的电荷量q＝60 A·h＝60×3 600 C＝2.16×105 C，故D错误。故选AB。 电池放电时输出的总电荷量叫作电池的容量，其单位通常为安时(A·h)或毫安时(mA·h)。　　 知识点二　电流的微观表达式 1．电流微观表达式的推导 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，设导体中的自由电子沿导体定向移动的平均速率为v，导体的横截面积为S，导体单位体积内的自由电子数为n。则导体AD内的自由电子全部通过横截面D所用的时间t＝，导体AD内自由电子的总数N＝nlS，电子的电荷量为e，则总电荷量q＝Ne＝nlSe，导体中的电流I＝ ＝ ＝neSv。 2．电流微观表达式I＝neSv的理解 (1)I＝ 是电流的定义式，I＝neSv是电流的微观表达式，因此I与通过导体横截面的电荷量q及时间t无关，从微观上看，电流决定于导体中单位体积内的自由电子数n、自由电子定向移动的平均速率v和导体的横截面积S。 (2)v表示自由电子定向移动的平均速率。自由电子在不停地做无规则的热运动，其速率为热运动的速率，电流是自由电子在热运动的基础上向某一方向定向移动形成的。 3．三种不同速率的比较 (1)自由电子定向移动的速率 自由电子定向移动的平均速率约为10-4 m/s(I＝neSv中的v)。 (2)自由电子做无规则热运动的速率 通常情况下，导体中的自由电子无规则热运动的速率约为105 m/s。 (3)电场传导的速率 电路闭合瞬间，各处以光速迅速建立了电场，电路中各处的自由电子几乎同时开始做定向移动，整个电路也几乎同时形成了电流。 某根均匀导线的横截面积为S，通过的电流为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的速率为(　　) A． B． C． D． 答案：A 解析：设该导线中自由电子定向移动的速率为v，自由电子从一端定向移动到另一端所用时间为t，每个原子提供一个自由电子，则导线中原子的数目与自由电子的数目相等，为N＝NA，t时间内通过导线横截面的电荷量为q＝Ne，则电流I＝，解得v＝。故选A。 学生用书第63页 针对练1．(多选)甲、乙为同种材料做成的两柱状导体，横截面积之比为1∶2，长度之比为2∶1。相同时间内，通过甲、乙两导体某一横截面的电荷量之比为1∶2，则甲、乙两导体中(　　) A．电流之比为1∶2 B．电流之比为1∶1 C．自由电荷定向移动的平均速率之比为1∶1 D．自由电荷定向移动的平均速率之比为1∶2 答案：AC 解析：根据电流定义式I＝得，A正确，B错误；根据电流的微观表达式I＝neSv得＝1，C正确，D错误。故选AC。 针对练2．(2025·福建宁德五校联考)一段粗细均匀的金属导体的横截面积为S。导体单位体积内的自由电子数为n，电子电荷量为e，导体中通过的电流为I，以下说法中正确的是(　　) A．t时间内，通过导体某个横截面的电子数N＝ B．自由电子定向移动的速率v＝ C．自由电子热运动的速率v0＝ D．自由电子定向移动的速率为真空中的光速c 答案：A 解析：根据电流的定义式有q＝It，则t时间内，通过导体某个横截面的电子数N＝，故A正确；一小段时间Δt内，流过导线横截面的电子数为N＝nSvΔt，电荷量为Q＝Ne＝neSvΔt，根据电流的定义有I＝＝neSv，解得v＝，故B、D错误；自由电子热运动的速率与自由电子定向移动的速率相差十分巨大，故C错误。故选A。 学科网（北京）股份有限公司 $