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

null学案1 电源和电流 第十一章 电路及其应用 ​Power Source-​Current​ 学习目标 理解电流的定义，知道电流的单位和方向，会用公式I=分析问题。 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。 重难点 会推导电流的微观表达式，了解表达式中各物理量的意义。 重点 01 02 03 电源 01 雷鸣电闪时，强大的电流使天空发出耀眼的闪光，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? 公司logo 公司logo 情境导入 1.用导线H连接两个分别带正、负电荷的导体A、B，导线H中的电荷将如何移动？导线中有无电流？ 答案　A、B之间有电势差，电子将从B导体移动到A导体，能形成电流。 + + + + + + + + _ _ _ _ _ _ _ _ - - A B H 2.如图所示，在上述过程中，两导体的电荷量如何变化，A、B之间的电势差如何变化，自由电子会一直运动吗？能否形成持续的电流？ 答案　B失去电子，A得到电子，A、B之间的电势差很快消失。 当A、B之间的电势相等时，电子将不再运动，导线中也无电流。 公司logo 公司logo 观察与思考 3.如图所示，如果想让导线中有持续的电流，我们需要一个怎样的装置？请类比右侧视频，说说你的理解。 答案　导线中若要 有持续电流，需要 这样一个装置P， 该装置能把电子从A搬运到B，使导体A、B间始终存在电势差，使得电路中电流能够持续存在。 + + + + + + + + _ _ _ _ _ _ _ _ - - - - - - A B P 电源是能把自由电子从正极A搬运到负极B的装置。 2.作用 3.形成 持续电流 的条件 1.定义 电源 维持电源正、负极间有一定的电势差，从而保持电路中有持续电流。 (1)存在自由电荷：金属导体——自由电子； 电解液——正、负离子。 (2)导体两端存在持续的电势差即有电源。 公司logo 公司logo 核心知识 恒定电流 02 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′ M N E 导线内很快形成沿导线方向的稳定电场 + + + + _ _ _ _ + + + + _ _ _ _ E E0 公司logo 公司logo 情境导入 1.导线内的电场是如何形成的？ 答案　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。 2.在恒定电场的作用下，导体中自由电荷会做什么样的运动？ 答案　加速运动。 3.自由电荷会在导体中一直加速吗？ 答案　不会一直加速，会有一个稳定状态。因为除了恒定电场的作用，自由电荷在运动过程中还会与导体内不动的粒子碰撞从而减速，因此大量自由电荷定向运动的平均速率不随时间变化。 公司logo 公司logo 观察与思考 大小、方向都不随时间变化的电流称为恒定电流。 2.定义式 1.定义 恒定电流 I=物理意义：单位时间内通过导体横截面的电荷量，是表示电流强弱程度的物理量。 (1)横截面选取是任意的，电流大小与所选横截面大小无关。 (2)q是通过导体某横截面的电荷量，而不是通过单位横截面积的电荷量。 (3)用该式计算出的电流是时间t内的平均值。对于恒定电流，电流的瞬时值与平均值相等。 注意 公司logo 公司logo 核心知识 在国际单位制中，电流的单位是安培，符号是A。 常用单位：毫安(mA)、微安(μA)，1 A=103mA=106 μA。 4.方向 3.单位 恒定电流 电流的方向：规定为正电荷定向移动的方向， 与负电荷定向移动的方向相反。 (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。 注意 公司logo 公司logo 核心知识 (1)导体中有电荷运动就会形成电流。(　　) (2)在国际单位制中，电流是一个基本物理量，其单位安培是基本单位。(　　) (3)对于导体，只要其两端电势差为零，电路中的电流也必为零。 (　　) √ × √ 辨析 1.(2025·盐城市高二月考)如图所示是通有恒定电流的某段导体，在5 s内有0.5 C的负电荷向右通过横截面A，则导体内电流的大小和方向分别是 A.0.1 A　向右 B.0.1 A　向左 C.2.5 A　向右 D.2.5 A　向左 √ 根据电流的定义式I= ，可得电流的大小为I= = A=0.1 A，电流方向规定为正电荷定向移动的方向，因移动的是负电荷，电流方向与负电荷定向移动的方向相反，故电流方向向左，故选B。 例题 2.(2024·泸州市高二期末)如图所示，探究电解质溶液导电性实验时，电解液的横截面积为2 cm2，若每秒内有0.4 C的正离子和0.4 C的负离子沿相反方向通过此横截面，则此时电解质溶液中电流为 A.0 B.0.2 A C.0.4 A D.0.8 A √ 电解液中电流是由正、负离子同时向相反方向定向移动形成的，通过横截面的总电量是两种离子电量绝对值之和，根据电流的定义式可知 I= = A=0.8 A，故选D。 例题 不同导体中电流的计算方法 金属导体 自由电荷只有自由电子，运用I= 计算时，q是t时间内通过金属导体横截面的自由电子的总电荷量，电流方向与自由电子的运动方向相反 电解液 自由电荷是正、负离子，运用I= 计算时，q是在时间t内通过电解液横截面的正、负两种离子的电荷量的绝对值之和，电流方向与正离子运动方向相同 公司logo 公司logo 总结提升 电离状态的气体　 空气是绝缘体，但空气被电离后就成了导体，其中自由电荷既有正、负离子，也有自由电子，利用公式I=求气体导电电流时，q应是在时间t内通过横截面的三种带电粒子的电荷量的绝对值之和 公司logo 公司logo 总结提升 电流的微观表达式 3 一段粗细均匀的导体长为l，两端加一定的电压，导体中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。我们如何从微观角度表示电流呢？ 设想在导体中取横截面C， 则在时间t内处于相距为 vt 的两截面B、C间的所有自由电荷将通过截面C． B C S v vt q q q q I= = = nqSv 公司logo 公司logo 观察与思考 3.一长度为l的铜导线，共有n个自由电子，电子的电量为e。若时间t内通过铜导线某一横截面的电量为q，则电子定向移动的平均速率为 A. B. C. D.光速c √ 设铜导线的横截面积为S，则单位体积内电子数为n0= ，根据电流定义式和微观表达式可得I= ，I=n0eSv，联立可得电子定向移动的平均速率为v = ，故选A。 例题 4.一根长为L，横截面积为S的铜棒，两端电压为U，铜棒的电阻为R，铜棒单位体积内自由电子的数目为n，每个自由电子电荷量为e，求： (1)通过铜棒的电流； (2)自由电子定向移动的速率。 答案　 (1)根据欧姆定律可得，通过铜棒的电流为I= (2)根据电流微观表达式I=neSv ，可得v= = 。 例题 1.自由电子定向移动速率：金属导体中的自由电子定向移动形成电流，其中自由电子定向移动速率的数量级一般为10-4 m/s。 2.电子热运动速率：导体内的自由电子在永不停息地做无规则的热运动，由于热运动，自由电子向各个方向运动的机会相等，故不能形成电流，常温下自由电子热运动速率的数量级为105 m/s。 3.电场传播速率(或电流传导速率)：等于光速。闭合开关的瞬间，电路中各处以真空中光速c的速度建立恒定电场，在恒定电场的作用下，电路中各处的自由电子几乎同时开始定向移动，整个电路也就几乎同时形成了电流。 公司logo 公司logo 总结提升 电池的容量 4 某充电宝信息如图所示，其中20 000 mA·h代表哪个物理量？ 答案　由q=It知，表示电荷量。 公司logo 公司logo 观察与思考 电池放电时输出的总电荷量 2.单位 1.定义 电池容量 “安时”(A·h)或“毫安时”(mA·h) 公司logo 公司logo 核心知识 5.某手机的说明书标明该手机电池容量为4 000 mA·h，待机时间为22 d，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17 h，请估算播放视频的电流大约是待机电流的几倍。(结果均保留两位有效数字) 手机类型 智能手机、4G手机…… 屏幕分辨率 1 920×1 080像素(FHD) 电池容量 4 000 mA·h 电池类型 不可拆卸式电池 待机时间 22 d 答案　7.6×10-3 A　32倍 例题 4 000 mA·h=4 A·h，手机的待机电流：I1== A≈7.6×10-3 A； 手机播放视频的电流：I2== A≈0.24 A 则≈32，即播放视频的电流大约是待机电流的32倍。 例题 电源与电流 电源 恒定电流 微观表达 电池容量 能把自由电子从正极搬到 负极的装置 大小、方向都 不随时间变化 的电流 单位：安时(A·h) 或毫安时(mA·h) 课堂小结 本课结束 Keep Thinking! $