1.导学案 第十一章 电路及其应用 1.电源和电流（配套word）-【满分思维】2025-2026学年高中物理必修第三册（人教版）教师用书

该高中物理导学案聚焦“电源和电流”，核心内容包括电源作用、恒定电场、恒定电流定义与计算及微观表达式。课堂通过带电荷导体连接导线的情境问题链导入，衔接静电平衡知识，以问题提示、新知导学等为支架，引导学生构建电流形成条件认知。 资料以情境问题驱动科学探究，通过微观表达式推导培养科学推理能力，典例与训练结合扫地机器人、手机电池等生活实例，落实物理观念，分层习题设计助力学生自主学习与知识迁移，提升科学思维与应用能力。

第十一章　电路及其应用 1.电源和电流 学习目标 学后评价 1.了解形成电流的条件,知道电源的作用。 优秀□　　良好□ 2.对比静电平衡条件,认识导体中的恒定电场和恒定电流。 优秀□　　良好□ 3.理解电流的定义,知道电流的单位和方向。 优秀□　　良好□ 4.理解电流形成的微观实质,会推导电流的微观表达式。 优秀□　　良好□ 学习任务一　电源与恒定电流 【情境引领】 如图所示,用导线H连接两个分别带正、负电荷的导体A、B 问题1.导线H中的电荷将如何移动?导线中有电流吗? 提示: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。 问题2.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? 提示: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。 问题3.如果让导线中有持续的电流,需要一个怎样的装置? 提示:导体中若要有持续电流需要这样一个装置,该装置能把电子从A搬运到B,使导体两端始终存在电势差,使得电路中电流能够持续存在。 【新知导学】 1.电源 (1)定义:能把电子从正极搬运到负极的装置。 (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。电荷的分布和电场的分布不随时间变化。 (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叫作恒定电流。 (2)电流:表示电流的强弱程度。 ①表达式:I=。 [提醒]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。 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。常用的单位还有毫安(mA)、微安(μA)。1 A=103mA=106μA。 ③方向:规定正电荷定向移动的方向为电流的方向。 说明:电流虽然有方向,但它是标量,其计算遵循代数运算法则。 4.电池的容量 (1)定义:电池放电时输出的总电荷量。 (2)单位:“安时”(A·h)或“毫安时”(mA·h)。 【辨析明理】 1.判断下列说法的正误 (1)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,从而使两极之间有稳定的电势差。 (　　) (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)恒定电流的大小、方向均不变。 (　　) 提示:(1)×　(2)×　(3)×　(4)√ 2.如图所示,导体中的自由电荷能够定向移动形成电流,其定向移动的原因是什么?为什么其平均速率不会发生变化? 提示:自由电荷在恒定电场的作用下做定向运动,但在运动过程中与导体内不动的粒子不断碰撞,碰撞的结果是大量自由电荷定向运动的平均速率不随时间变化。 【典例精研】 角度1　对电流的理解 [典例1](多选)关于电流,下列说法正确的是 (　　) A.导体中有电荷运动就会形成电流 B.电流是矢量,其方向就是电子定向移动的方向 C.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 D.对于导体,只要其两端电势差为零,电流也必为零 【解析】选C、D。导体中自由电荷定向移动形成电流,电荷无规则运动不会形成电流,故A错误;电流虽有方向,但它是一个标量,故B错误;电流是一个基本量,其单位安培是国际单位制中的七个基本单位之一,故C正确;导体两端电势差为零时,电荷不会定向移动,电流必为零,故D正确。 【对点训练】 (2025·盐城高二检测)下列关于电流方向的说法,正确的是 (　　) A.电流的方向与自由电子定向移动的方向相同 B.电流的方向与正电荷定向移动的方向相反 C.在金属导体中,电流的方向与自由电子定向移动的方向相反 D.在电解液中,电流的方向与正离子定向移动的方向相反 【解析】选C。电流的方向与自由电子定向移动的方向相反、与正电荷定向移动的方向相同,A、B错误;在金属导体中,电流的方向与自由电子定向移动的方向相反,C正确;在电解液中,电流的方向与正离子定向移动的方向相同,D错误。 角度2　电流的计算 [典例2](2025·重庆高二检测)如图所示,一根均匀带电的长直橡胶棒沿着轴线方向做速度为v的匀速直线运动。若棒横截面积为S,单位长度所带的电荷量为-q,则由于棒的运动形成的等效电流大小和方向是 (　　) A.qv,向右　　　　 B.qv,向左 C.,向右 D.,向左 【解析】选B。棒沿轴线方向以速度v做匀速直线运动时,通过横截面的电量大小为Q=qvt,根据电流的定义式可得等效电流为I==qv,由于棒带负电,则电流的方向与棒运动的方向相反,即向左。故选B。 【归纳总结】 (1)金属导体中的电流是由自由电子的定向移动形成的,因此q为通过导体横截面的自由电子的电荷量。 (2)电解质溶液中电流的方向与正离子定向移动的方向相同,与负离子定向移动的方向相反。 (3)电解质溶液中的电流是正、负离子同时向相反方向定向移动形成的,因此q为正、负离子电荷量的绝对值之和。 【对点训练】 (2025·德阳高二检测)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,设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,电流方向从A→B,电流为I= C.当n1<n2时,电流方向从B→A,电流为I= D.无论n1、n2大小如何,电流方向都从A→B,电流都为I= 【解析】选D。由题意可知,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,故电流方向由A到B,D正确。 角度3　电池的容量 [典例3](2025·菏泽高二检测)随着生活水平的提高,扫地机器人逐步进入普通家庭。扫地机器人是智能家用电器的一种,它利用自身携带的小型吸尘部件进行吸尘清扫,如图为某扫地机器人,已知其工作额定电压为15 V,额定功率为30 W,充电额定电压为24 V,额定电流为0.5 A,电池容量为2 000 mA·h,则下列说法不正确的是 (　　) A.电池容量是指电池储存电能的大小 B.机器人充满电后一次工作时间约为1 h C.机器人正常工作时的电流为2 A D.机器人充满电大约需要240 min 【解析】选A。电池容量是指电池的存储电量(电流与时间的乘积)的多少,单位是“A·h”,不是储存电能的大小,A错误;机器人正常工作时的电流I== A=2 A,机器人充满电后一次工作时间为t== s=3 600 s=1 h,B、C正确;电池容量为2 000 mA·h,充电电流为0.5 A,所以充电的时间t'==4 h=240 min,D正确。 【对点训练】 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) 某手机说明书(节选) …… 手机类型 智能手机 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 …… 【解析】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。 答案:7.6×10-3 A　32倍 学习任务二　电流的微观表达式 【情境引领】 如图所示,AB表示粗细均匀的一段导体,两端加一定的电压,导体中的自由电子沿导体定向移动的速率为v,设导体的长度为L,横截面积为S,导体单位体积内的自由电子数为n,每个自由电子的电荷量为e。 问题1.导体AB中自由电荷量是多少? 提示:导体AB中的自由电子总数N=nLS,自由电荷量Q=nLSe。 问题2.所有电荷都通过横截面所需要的时间是多少? 提示:t=。 问题3.导体AB中电流大小是多少。 提示:I===neSv。 【新知导学】 1.I=是电流的定义式,I与通过导体横截面的电荷量q及时间t无关。 2.I=nevS是电流的微观表达式,从微观上看,电流取决于导体中单位体积内的自由电荷数n、电子的电荷量大小e、定向移动的速率v以及导体的横截面积S。 3.区别三种速率 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 自由电子热运动速率 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 电场传播速率(或电流传导速率) 该速率等于光速。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运动,整个电路也就几乎同时形成了电流 【辨析明理】 1.判断下列说法的正误 (1)由电流微观表达式可知,导线越粗(横截面积越大),通过导线的电流一定越大。 (　　) (2)对于某确定的金属导体,若通过它的电流增大,则自由电子定向移动的速率一定增大。 (　　) (3)不同材料的导体,只要单位体积内的自由电荷数、自由电荷的电荷量、导体横截面积和自由电荷定向移动速率都相同,那么通过它们的电流就相等。 (　　) 提示:(1)×　(2)√　(3)√ 2.若在电解液中,同时存在正、负离子的定向移动,电流微观表达式I=nqSv应如何修正来计算电解液中的电流呢? 提示:设电解液中单位体积内正离子数为n1,每个正离子电荷量为q1,定向移动速率为v1;单位体积内负离子数为n2,每个负离子电荷量为q2,定向移动速率为v2,横截面积为S。正离子形成的电流I1=n1q1Sv1,负离子形成的电流I2=n2q2Sv2,由于正、负离子定向移动方向相反,但形成电流方向相同,所以电解液中的电流I=I1+I2=n1q1Sv1+n2q2Sv2。 【典例精研】 [典例4](多选)(2025·桂林高二检测)已知电流和自由电子定向移动平均速率的关系为I=neSv,式中的n为单位体积内的自由电子数(自由电子数密度),e为自由电子电荷量,S为导线横截面积,v为自由电子定向移动的速率。若导线通过的电流强度为I,则在t时间内通过导线横截面的自由电子数可表示为 (　　) A.nSv　　B.nSvt　　C.nvt　　D. 【解析】选B、D。根据电流的定义式可知,通过该导线横截面的电荷量q=It,则在时间t内通过该导线横截面的电子数为N==;再根据电流的微观表达式I=neSv,则可得N=nSvt,故选B、D。 【对点训练】 1.以下说法正确的是 (　　) A.单位时间内通过导体横截面的电荷量越多,电流越大 B.电荷定向移动的速率等于电流的传导速率 C.导体中的电流只能是正电荷的定向移动形成的 D.导体中横截面积越小的地方,电荷通过的速率越小 【解析】选A。根据I=可知单位时间内通过导体横截面的电荷量越多,电流越大,A正确;电荷定向移动的速率远小于电流传导速率,B错误;正、负电荷定向移动都可以形成电流,C错误;根据I=neSv,可知导体横截面积越小的地方,电荷速率越大,D错误。 2.在显像管的电子枪中,从炽热的金属丝不断放出的电子进入电压为U的加速电场,设其初速度为零,经加速后形成横截面积为S、电流为I的电子束。已知电子的电荷量为e、质量为m,则在刚射出加速电场时,一小段长为Δl的电子束内的电子个数是 (　　) A. B. C. D. 【解析】选D。 根据动能定理得:eU=mv2 得到:v=① 在刚射出加速电场时,一小段长为Δl的电子束内电子电量为:q=IΔt=I② 电子数n=③ 联立①②③得:n=,故A、B、C错误,D正确。 课堂小结 情境实践 答案:①电势差　　②总电荷量　　③安时(A·h) 　④强弱 ⑤安培(A) ⑥正电荷 ⑦I= ⑧I=nqSv 某些肿瘤可以用“质子疗法”进行治疗。在这种疗法中,为了能让质子进入癌细胞,首先要实现质子的高速运动,该过程需要一种被称作“粒子加速器”的装置来实现。质子先被加速到较高的速度,然后轰击肿瘤并杀死癌细胞。如图所示,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,等效电流为I,质子的质量为m,电荷量为e。那么这束质子流内单位体积的质子数n是多少? 课堂检测·自我诊断 1.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 【解析】选B。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,电流方向与定向移动的方向相反,故电流方向向左。故选B。 2.关于电流,下列说法正确的是 (　　) A.导体中无电流的原因是其内部自由电荷停止了运动 B.同一个金属导体接在不同的电路中,通过的电流往往不同,电流大说明导体内自由电荷定向运动速率大 C.由于电荷做无规则运动的速率比电荷定向移动速率大得多,故电荷做无规则运动形成的电流也就大得多 D.电流的传导速率就是导体内自由电子的定向移动速率 【解析】选B。导体中无电流时,内部的自由电荷仍在做无规则运动,故A错误;由I=neSv可知,同一个金属导体接在不同的电路中,通过的电流往往不同,电流大说明导体内自由电荷定向运动速率大,故B正确;电流的大小与电荷无规则运动的快慢无关,故C错误;电流的传导速率是电场形成的速度,约为光速,而电子的定向移动速率远小于光速,故D错误。 3.某品牌推出了手机快充技术,其中66 W快充的参数如图,当充电器与手机连接时,手机将启动66 W快充模式充电,即充电器输出电压为11 V,输出电流为6 A。若用该充电模式对容量为 4 500 mA·h 的电池充电(初始电量为零),要把电池充满,理论上充电的时间约为 (　　) 某品牌手机66 W快充参数 输入:100~240 V 50~60 Hz 输出:5 V　2 A、10 V　4 A、11 V　6 A A.15 min B.30 min C.45 min D.60 min 【解析】选C。电池充满后的容量为q=It,则t===0.75 h=45 min,故选C。 4.金属铜单位体积内自由电子数量是8.5×1028个,横截面积1.0 mm2的铜导线在电流为1.0 A时的自由电子定向移动速率是(自由电子带电量e=1.6×10-19 C) (　　) A.7.4×10-3 m/s B.7.4×10-4 m/s C.7.4×10-5 m/s D.7.4×10-6 m/s 【解析】选C。根据电流的微观表达式I=neSv,可知自由电子定向移动的速率v= = m/s≈7.4×10-5 m/s,C正确。 - 10 - 学科网（北京）股份有限公司 $