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配套课件（人教版）

该高中物理课件聚焦“电源和电流”核心内容，通过带正负电荷导体连接导线的情境问题导入，引导学生从静电场过渡到恒定电场，构建“电源维持电势差—恒定电场形成—恒定电流产生”的知识支架。 其亮点在于以情境探究驱动科学思维，通过金属导体自由电子定向移动速率推导培养模型建构能力，结合电解池、电池容量等实例深化物理观念。例题与生活应用结合，帮助学生理解电流计算，教师可通过分层练习提升教学效率。

1．电源和电流 　　　　 第十一章　电路及其应用 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。 素养目标 知识点一　电源　恒定电流 1 知识点二　电流的微观表达式 2 内容索引 课时测评 3 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 知识点一　电源　恒定电流 返回 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？ 提示：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。 自主学习 (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？ 提示：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)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：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______搬运到电源______的装置。 (2)作用：使导体两端始终存在_______。 2．恒定电场 (1)形成：电源正、负极周围空间的电场是由______、______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______所产生的稳定的电场。 (3)特点：在恒定电场中，任何位置的_________和__________都不随时间变化，所以它的基本性质与静电场相同。 正极 负极 电势差 电源 导线 电荷 电荷分布 电场强度 3．恒定电流 (1)定义：大小、方向都______________的电流。 (2)电流：表示电流的__________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______，简称安，符号是A。常用的电流单位还有_____(mA)和_____(μA)。1 A＝_____ mA＝_____ μA。 ③方向：规定________定向移动的方向为电流的方向。 不随时间变化 强弱程度 安培 毫安 微安 103 106 正电荷 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？ 提示：电流方向向左。 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： I＝。 课堂探究 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。 角度1　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 √ √ 例1 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 √ 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。 角度2　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 √ 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。 例2 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 √ 根据I＝，解得q＝ C＝8.0×10-19 C。故选A。 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＝ √ 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。 角度3　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 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 √ √ 例3 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 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)。　　 总结提升 返回 知识点二　电流的微观表达式 返回 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． √ 例4 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。 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 √ √ 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 √ 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。 课堂回眸 返回 课时测评 返回 1．关于电源的以下说法，正确的是 A．电源的作用是在电源内部把电子由负极不断地搬运到正极，从而使两极之间有一定的电势差 B．电源的作用是在电源内部把电子由正极不断地搬运到负极，从而使两极之间有一定的电势差 C．电路中只要有电源，就一定有电流 D．电源实质上也是一个用电器，也需要外界提供能量 √ 基础排查 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 电源的作用是在电源内部把电子由正极不断地搬运到负极，从而使两极之间有一定的电势差，故A错误，B正确；电路中有电源，不一定有电流，故C错误；电源是为电路提供能量的装置，故D错误。故选B。 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 2．在2 s内有0.1 C电荷通过横截面积为2 mm2的金属导体，则电流大小为 A．0.025 A B．0.05 A C．0.1 A D．0.02 A 根据电流的定义式可知I＝ A＝0.05 A。故选B。 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 3．电路中有一电阻，通过电阻的电流为5 A，在通电5 min的时间内，通过电阻横截面的电子数为(e＝1.60×10-19 C) A．1 500个 B．9.375×1019个 C．9.375×1021个 D．9.375×1020个 由q＝It和n＝可得n＝＝9.375× √ 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 ４．(2025· 河 南 郑 州 一 中 期 中)心室纤颤 是 一 种 可 能 危 及 生 命 的疾病。一 种 叫 作 心 脏 除 颤 器 的设备,通过一个 充 电 的 电 容 器 对心颤患 者 皮 肤 上 的 两 个 电 极 板放电,让一部分电荷通过 心 脏,刺 激 心 颤 患 者 的 心 脏恢复正 常 跳 动。 如 图 是 一 次 心 脏 除 颤 器 的 模 拟 治疗,该 心 脏 除 颤 器 的 电 容 器 电 容 为 15μF,如 果 充 电后电容器的电压为4.0kV,电容器在大约3.0ms内放电至两极板电压为0,则这次放电过程通过人体组织的平均电流大小约为 　 ×106 A　 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 根据电容的定义式C＝可得，充满电后的电荷量为Q＝CU＝0.06 C，根据电流的定义式I＝可得，这次放电过程通过人体组织的平均电流大小约为I＝20 A。故选C。 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 5．(2025·青海西宁期中)在NaCl溶液中，正、负离子定向移动，方向如图所示，若测得2 s内分别有1.0×1018个Na＋和Cl－通过溶液内部的横截面M，e＝1.60×10-19 C，以下解释正确的是 A．正离子定向移动形成的电流方向从A到B，负离子定 向移动形成的电流方向从B到A B．溶液内正、负离子沿相反方向运动，电流相互抵消 C．溶液内电流方向从A到B，电流I＝0.16 A D．溶液内电流方向从A到B，电流I＝0.08 A √ 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 电流的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，所以正离子定向移动形成的电流方向从 A到B，负离子定向移动形成的电流方向也从A到B，不 会相互抵消，故A、B错误；溶液内电流方向从A到B， 2 s时间内，通过溶液截面的电荷量q＝2ne，则根据电流 的定义式得I＝ A＝0.16 A，故C正确，D错误。故选C。 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 6．如图所示，来自质子源的质子(初速度为零)经加速电场加速后，形成细柱形的质子流。已知细柱形质子流的横截面积为S，单位体积的质子数为n，质子的质量为m，电荷量为e，其形成等效电流为I，则质子经加速器加速后的速度为 A． B． C． D． 根据电流的微观表达式可得I＝neSv，解得v＝。故选B。 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 7．有甲、乙两导体，甲导体的横截面积是乙导体的2倍，而单位时间内通过乙导体横截面的电荷量是甲导体的2倍，以下说法正确的是 A．通过甲、乙两导体的电流相同 B．通过乙导体的电流是甲导体的2倍 C．乙导体中自由电荷定向移动的平均速率是甲导体的2倍 D．甲、乙两导体中自由电荷定向移动的平均速率相等 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 由于单位时间内通过乙导体横截面的电荷量是甲导体的2倍，因此通过乙导体的电流是甲导体的2倍，故A错误，B正确；由I＝nqSv可得v＝，由于不知道甲、乙两导体的n、q关系，所以无法判断两导体中自由电荷定向移动的平均速率v的关系，故C、D错误。故选B。 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 8．(2025·河北张家口高二上学期期中)北京正负电子对撞机的储存环是半径为R的圆形轨道，当环中电子以速率v沿轨道做匀速圆周运动时形成的电流为I，已知电子电荷量为e，则环中运行的电子数目为 A． B． C． D． 电子运动的周期T＝，等效电流I＝，联立解得n＝。故选B。 √ 综合应用 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 9．(2025·河北保定期中)有研究发现，动物与植物的细胞膜两侧存在电位差，某神经细胞传递信号时，离子从细胞膜一侧流到另一侧形成跨膜电流，若将该细胞膜视为1×10-8 F的电容器，在2 ms内细胞膜两侧的电势差从－20 mV变为30 mV，则该过程中跨膜电流的平均值为 A．1.5×10-7 A B．2.5×10-7 A C．2×10-7 A D．5×10-8 A 细胞膜两侧电荷量的变化量为ΔQ＝CΔU，平均电流为，代入数据可得＝2.5×10-7 A。故选B。 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 10．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，单位体积的质子数为n，质子的质量为m，电荷量为e，那么这束质子流的等效电流I为 A．nS B．neS C． D． √ 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 质子在静电力作用下加速，设加速后的速度为v，根据动能定理得eU＝mv2，解得v＝ ，等效电流为I，单位体积的质子数为n，根据电流的微观表达式I＝neSv，可得I＝neS。故选B。 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 11．(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的平面且通过圆心的轴以角速度ω匀 速转动，关于由环产生的等效电流的说法正确的是 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，将橡胶圆环拉伸，使环半径增大，电流将变大 D．若使ω、Q不变，将橡胶圆环拉伸，使环半径增大，电流将变小 √ √ 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 截取圆环的任一截面S，如图所示，在橡胶圆环运动一 周的时间T内，通过这个截面的电荷量为Q，则有I＝ ；又T＝，所以I＝。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，A正确；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，B正确；若使ω、Q不变，将橡胶圆环拉伸，使环半径增大，则电流不变，C、D错误。故选AB。 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 12．(6分)已知电子质量为m＝9.1×10-31 kg，电荷量为e＝1.6×10-19 C，当氢原子核外电子绕核旋转时的轨道半径为r＝0.53×10-10 m时，求电子绕氢原子核运动的等效电流大小。(静电力常量k＝9×109 N·m2/C，结果保留3位有效数字) 答案：1.05×10-3 A 电子绕氢原子核做匀速圆周运动，由库仑力提供向心力，有k 代入数据解得v≈2.19×106 m/s 其周期T＝≈1.52×10-16 s 等效电流I＝≈1.05×10-3 A。 返回 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 谢 谢 观 看 第十一章　电路及其应用 2 3 4 5 6 7 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