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

1. 电源和电流 人教版（2019）物理（必修 第三册） 第十一章 电路及其应用 目录 素养目标 01 课程导入 02 新课讲解 03 总结归纳 04 课堂练习 05 正确教育 素养目标 1.知道电源的作用和导体中的恒定电场。初步体会动态平衡的思想 2.理解电流的定义，知道电流的单位、方向的规定；理解恒定电流 3.经历金属导体内自由电子定向移动速率的推导过程，从微观的角度理解导体中电荷的定向移动与电流之间的关系 素养目标 课程导入 新课讲解 总结归纳 课堂练习 电闪雷鸣时，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？ 素养目标 课程导入 新课讲解 总结归纳 课堂练习 正确教育 电源 - B A - A + + + + + + + + _ B _ _ _ _ _ _ _ 当导体两端存在电压时，导体内建立了电场，导体中的自由电荷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。但只产生瞬时电流。 如图是两个分别带正负电荷的导体，用导线连接两导体，导线和导体中会有电荷定向移动吗？若有，怎样移动？ 素养目标 课程导入 新课讲解 总结归纳 课堂练习 A B 连通器 水势A 水势B 抽水机 水流 正极 负极 - - - + A + + + + + + _ _ _ B _ _ _ _ _ P - - + 如图所示，若在水池A、B之间用一个细管连起来，则水在重力的作用下从水池A到水池B做定向移动，A、B之间的高度差很快消失，水管中只可能有一个瞬间的水流。怎样才能使水管中有源源不断的水流呢？ 可将B中的水用抽水机抽到A中，保持水池A、B的水面有一定的高度差。 素养目标 课程导入 新课讲解 总结归纳 课堂练习 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)，使电路有持续的电流。 电源的理解： 电源通过非静电力（如电池中的化学力、发电机中的电磁力）将正电荷从低电势区域（负极）搬运到高电势区域（正极），从而在两极之间建立并维持电压； 电源中电势高的一极是正极，电势低的一极是负极。 电源 素养目标 课程导入 新课讲解 总结归纳 课堂练习 太阳电池 铅蓄电池 锂电池 干电池 素养目标 课程导入 新课讲解 总结归纳 课堂练习 （1）存在自由电荷 　金属导体——自由电子 电解液 ——正、负离子 气体导电——正、负离子和自由电子 （2）导体两端存在电压（电势差） 　　 当导体两端存在电压时，导体内建立了电场，导体中的自由电荷在电场力的作用下发生定向移动，形成电流。 3.形成电流的条件： P B A — — _ _ _ _ _ _ _ — — — + + + + + + + 素养目标 课程导入 新课讲解 总结归纳 课堂练习 正确教育 恒定电流 　　电荷在静电力的作用下，可以发生定向移动。在恒定电流的电路中，其电场是不是静电场呢？ 　　静电场是场源电荷不动时激发的电场。在恒定电流的电路中，电荷是运动的，其周围激发的电场不是静电场。 　　电源两极A、B周围和导线中，有恒定电流存在时，堆积在电源、导线等电路元件等处的电荷，有“走”的，有“来”的，但各处的电荷量保持不变，此时导体处于动态平衡中。电荷的分布是稳定的，不随时间变化，它们激发出的电场分布也不随时间变化，这种由稳定分布的电荷所产生的稳定的电场，叫作恒定电场。 素养目标 课程导入 新课讲解 总结归纳 课堂练习 　　恒定电场和静电场一样吗？ 　　由于在恒定电场中，任何位置的电荷分布和电场强度都不随时间变化，所以恒定电场的基本性质与静电场相同。在静电场中所讲的电势、电势差及其与电场强度的关系等，在恒定电场中同样适用。 　　导体中的自由电荷在恒定电场的作用下定向移动。那么，这些自由电荷的移动速度是不是不变的呢？ 　　导体中的自由电荷在定向移动的过程中，不断与导体内不动的粒子发生碰撞，碰撞阻碍了自由电荷的定向移动，使得大量自由电荷定向运动的平均速率不随时间变化。 素养目标 课程导入 新课讲解 总结归纳 课堂练习 恒定电场 恒定电流 电场强度不变 由于阻力，自由电子定向运动的平均速率不变 串一个电流表，读数不会变 素养目标 课程导入 新课讲解 总结归纳 课堂练习 电流是标量。它的运算不遵循平行四边形定则。 恒定电流 1.大小方向都不随时间变化的电流称为恒定电流。 2.电流（ I ）：表示电流的强弱程度。 如果 I 表示电流，q 表示在t时间内通过导体横截面的电荷量，则 单位：国际单位 安培（A） 1 A=1 C/s 常用单位 毫安（mA）、微安（μA） 1mA = 10-3A 1μA = 10-6A 素养目标 课程导入 新课讲解 总结归纳 课堂练习 正电荷的定向移动方向规定为电流方向。后来，人们发现电流方向与金属导体内电子定向移动的方向恰好相反，但由于习惯，还是沿用了之前的规定。 一般的导体内部，电荷做无规则的自由运动。 若使导体处于电场内，电荷会在电场的作用下做定向移动，形成电流。 素养目标 课程导入 新课讲解 总结归纳 课堂练习 （1）在物理学中，规定正电荷定向移动的方向为电流的方向。 （2）在电源外部的电路中，电流的方向是从电源正极流向负极。 （3）在电源内部的电路中，电流的方向是从电源负极流向正极。 电流的方向 （4）金属导体中电流的方向与自由电子定向移动的方向相反。 素养目标 课程导入 新课讲解 总结归纳 课堂练习 电流的微观表达式 AD表示粗细均匀的一段导体长为，两端加一定的电压，导体中的自由电荷沿导体定向移动的速率为，设导体的横截面积为，导体每单位体积内的自由电荷数为，每个自由电荷的电荷量为。 素养目标 课程导入 新课讲解 总结归纳 课堂练习 AD导体中的自由电荷总数： 总电荷量： 所有这些电荷通过横截面D所需的时间 由可得： 导体AD中的电流 从微观上看，电流决定与导体中单位体积内的自由电荷数、每个自由电荷的电荷量、定向移动速率的大小，还与导体的横截面积的大小有关 素养目标 课程导入 新课讲解 总结归纳 课堂练习 电流的传导速度：等于 的传播速度，它等于3.0×108 m/s。 自由电子的运动速率：当导体内没有电场时，常温下金属内的自由电子大约以 的平均速率做无规则运动。 电子定向移动的速度：数量级大约是 ，被形象地称为“电子漂移”。 电场 105 m/s 10-5 m/s 素养目标 课程导入 新课讲解 总结归纳 课堂练习 ①电源 电源就是能不断地把自由电子从正极搬运到负极，使正、负极之间始终存在电势差的装置. ②电流 （1）产生电流的条件： ①导体中存在着能够自由移动的电荷（金属导体——自由电子；电解液——正、负离子）； 在电源内部非静电力把正电荷从负极搬运到正极的过程中，克服静电力做功，电荷的电势能增加 1 2 虽然有方向，但它是标量，遵循代数运算法则 素养目标 课程导入 新课讲解 总结归纳 课堂练习 （1）产生电流的条件： ②导体两端存在电势差. （2）电流的定义式： （q为通过导体横截面的电荷量） （3）单位：安培（A），简称安.其他单位：毫安（mA）、微安（μA）. （4）方向：规定正电荷定向移动的方向为电流的方向. 正、负电荷（正反方向）绝对值之和 素养目标 课程导入 新课讲解 总结归纳 课堂练习 (多选)关于电流，下列叙述正确的是(　　) A．只要将导体置于电场中，导体内就有持续的电流 B．电源的作用可以使电路中有持续的电流 C．导体内没有电流时，就说明导体内部的电荷没有移动 D．恒定电流是由恒定电场产生的 BD 素养目标 课程导入 新课讲解 总结归纳 课堂练习 答案：BD 解析：导体在电场中达到静电平衡后没有电流，A错误；电源提供持续的电压，导体中才能有持续的电流，B正确；导体内没有电流时，导体内部的电荷也在移动，只是没有发生定向移动，C错误；恒定电流是由恒定电场产生的，D正确。 素养目标 课程导入 新课讲解 总结归纳 课堂练习 一根横截面积为S的均匀长直橡胶棒上均匀带有负电荷，每米所带电荷量为q，当此棒沿轴线方向做速度为v的匀速直线运动时，由于棒运动而形成的等效电流大小为(　　) A．vq　　 　B．　　　 C．qvS　　 　 D． A 素养目标 课程导入 新课讲解 总结归纳 课堂练习 答案：A 解析：棒沿轴线方向以速度v 做匀速直线运动时，每秒通过的距离为v米，每秒v 米长的橡胶棒上电荷都通过直棒的横截面，每秒内通过横截面的电荷量Q＝qv，根据电流的定义式 I＝Q/t ，其中t＝1 s，得到I＝qv，故A正确。 素养目标 课程导入 新课讲解 总结归纳 课堂练习 一段粗细均匀的铜导线的横截面积是S，导线单位长度内的自由电子数为n，铜导线内的自由电子的电荷量为e，自由电子做无规则热运动的速率为v0，导线中通过的电流为I。则下列说法中正确的有(　　) A．自由电子定向移动的速率为v0 B．自由电子定向移动的速率为v＝ C．自由电子定向移动的速率为真空中的光速c D．自由电子定向移动的速率为v＝ D 素养目标 课程导入 新课讲解 总结归纳 课堂练习 答案：D 解析：v0为电子做无规则热运动的速率，非定向移动速率，故A错误；对于电流微观表达式I＝nqSv，式中n为单位体积内的自由电子数，而本题中n为单位长度内的自由电子数，t 时间内通过导线某一横截面的自由电子数为nvt，电荷量Q＝nvte，所以电流I＝Q/t＝nev，所以v＝I/ne，故B、C错误，D正确。 素养目标 课程导入 新课讲解 总结归纳 课堂练习 在某种带有一价离子的水溶液中，正、负离子在定向移动，方向如图所示。如果测得2 s内分别有1.0×1018个正离子和1.0×1018个负离子通过溶液内部的横截面M，则溶液中电流的方向如何？电流多大？ 素养目标 课程导入 新课讲解 总结归纳 课堂练习 答案：由A指向B ；0.16 A 解析：水溶液中导电的是自由移动的正、负离子，它们在电场的作用下向相反方向定向移动。电学中规定，电流的方向为正电荷定向移动的方向，所以溶液中电流的方向与正离子定向移动的方向相同，即由A指向B。 每个离子的电荷量是e＝1.60×10-19 C。该水溶液导电时负离子由B向A运动，负离子的定向移动可以等效看作是正离子反方向的定向移动。所以，一定时间内通过横截面M的电荷量等于正、负两种离子电荷量的绝对值之和。 素养目标 课程导入 新课讲解 总结归纳 课堂练习 谢谢观看 $