11.1 电源和电流 课件-2026-2027学年高二上学期物理人教版必修第三册

该高中物理课件围绕电源和电流展开，涵盖电源作用、电流形成条件、恒定电流概念及表达式等核心知识点。通过闪电与电灯的对比提问导入，以问题链引导学生从自由电荷存在到持续电流形成，构建递进式知识支架。 其亮点在于类比水流模型建构电源作用，推导电流微观表达式培养科学推理，结合实例练习深化理解。融合物理观念与科学思维，帮助学生建立系统认知，教师可借助清晰结构提升教学效率。

第十一章 电路及其应用 第1节 电源和电流 电闪雷鸣时，强大的电流使天空不时发出耀眼的闪光，但它只能存在于一瞬间 城市的电灯持续照亮夜空 为什么闪电短暂，电灯稳定？ 新课导入 1、了解电源的作用，认识常见的电源。 2、认识恒定电路中的电场特点和电荷运动情况 3、了解电流形成的条件，知道电源的作用 4、掌握电流的定义、单位和方向。 学习目标 3 一：产生电流的条件 问题1：什么是电流？ 电荷的定向移动形成电流 　金属导体——自由电子， 电解液——正、负离子。 问题2：哪里存在自由电荷呢？ 问题3：有自由电荷就形成电流吗？ 无电压时，导体中的自由电荷做无规则运动，在一段时间内向左、向右穿过横截面的自由电荷数相等，从宏观上看，不能形成电流。 新知探究 用导线连接两个分别带正负电荷的导体，导线中有没有电流通过？为什么？如果有，这个电流能持续下去吗？ 导体中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，导线中只会产生一个瞬时电流. B A - _ - - - - - - A + + + + + + + + B _ _ _ _ _ _ _ 思 考 等势体 新知探究 水流 A B 连通器 抽水机 P B A — — + + + + + + + _ _ _ _ _ _ _ — — — ►分析问题 电源能保持导体两端的电势差(电压),使电路中有持续的电流. 问题：怎样才能形成持续的电流？ 可将B中的水及时抽到A，保持水池两水面有高度差. 新知探究 一、产生电流的条件 - - - + A + + + + + + + _ _ _ B _ _ _ _ _ P - - 1.定义：能把自由电子从正极搬到负极的装置叫做电源 作用：保持导体两端的电势差(电压)，使电路有持续的电流. 2.形成电流的条件： （1）存在自由电荷 金属导体——自由电子 电解液——正、负离子 （2）导体两端存在电压 当导体两端存在电压时，自由电荷在电场力的作用下发生定向移动，形成电流 新知探究 3、类型： ①发电机：通过电磁作用把电子从正极搬运到负极。 ②干电池/蓄电池：通过化学作用把电子从正极搬运到负极。 新知探究 电源中电势高的一极是正极，电势低的一极是负极。 太阳电池 干电池 铅蓄电池 锂电池 常 见 电 源 锌汞电池 新知探究 结论：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。尽管这些电荷也在运动，但有的流走了，另外的又来补充，所以电荷的分布是稳定的，电场的分布也稳定——恒定电场. 在静电平衡时，导体内部的场强为零，导体上任意两点之间的电势差为零(等势体).这与我们现在的说法有矛盾吗?为什么? 思 考 二、恒定电流(steady current) 新知探究 - - + A + + + + + + + _ _ _ B _ _ _ _ _ P M N E0 F Fn Ft M N E0 E0 E′ M N E 导线内很快形成沿导线方向的电场 导体内的电场线保持和导线平行 导线中的电场 新知探究 A、B周围产生 ， 而非匀强电场。 因碰撞，大量自由电荷定向运动的 不随时间变化。 串联电流表，得到 。 大小、方向都不随时间变化的电流叫做恒定电流. 恒定电流的产生 恒定的电场 平均速率 恒定电流 新知探究 1、概念：电荷的定向移动形成电流。 2、定义：用单位时间内通过导体横截面的电量表示电流强弱，叫做电流I。 4、方向：正电荷定向移动的方向。 金属导体中电流的方向与自由电子定向移动的方向相反。 3、单位:国际单位 安培(A) 1A=1C/s 常用单位：毫安（mA）、微安（μA） 注意：电流虽有方向，但它是标量，运算不遵循平行四边形定则 二、恒定电流(steady current) 新知探究 电池容量是指电池存储电量的大小，是电池的重要参数之一，通常以“安时”(A•h)或“毫安时”(mA•h)作单位，下图是某品牌电池： 4100mAh指的是电池容量 电量： 新知探究 三、电流的微观表达式 推导：一段粗细均匀的导体长为l，两端加一定的电压，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。 总电量 电荷总数 nqSv nlSq l/v Nq t Q I = = = = l/v A B ι 新知探究 vt v S v 【例1】有一条横截面积S=1 mm2的铜导线,通过的电流I=1 A,已知铜的密度ρ=8.9×103 kg/m3,铜的摩尔质量M=6.4×10-2 kg/mol,阿伏加德罗常数NA=6.02×1023 mol-1,电子的电量e=-1.6×10-19 C,求铜导线中自由电子定向移动的速率。可认为铜导线中平均每个铜原子贡献一个自由电子。 新知探究 【解析】设自由电子在导线内定向移动的速率是v。取一段导线（如图），自由电子从它的左端定向移动到右端的时间为t，则这段导线的长度为vt，体积为vtS，质量为ρvtS，则这段导线中的原子数为 则这段导线中的自由电子数也为n， t时间内通过导体横截面的电荷量是 把这个式子代入 ,得 解得 vt v v 新知探究 思考：如果认为电子的定向移动速率就是电流的传导速率，这和我们的生活经验是否相符？怎样解释？ 电子定向移动的速率约为10-5 m/s， 电子热运动的平均速率约为105 m/s， 电场的传播速率为3×108 m/s。 新知探究 注意事项 (1) I = 是电流的定义式，I=nqSv是电流的决定式，故电流的大小与通过导体横截面的电荷量以及通电时间无关。 (2) q=It是求电荷量的重要公式，而公式I = 求出的是电流在时间t内的平均值，对于恒定电流其瞬时值与平均值相等。 (3)电解液中正、负离子定向移动的方向虽然相反，但正、负离子定向移动形成的电流方向是相同的，应用I = 时，q为正电荷总电荷量和负电荷总电荷量的绝对值之和。 新知探究 1.关于电源以下说法正确的是(　　) 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，从而保持两极之间有稳定的电势差 B．电源的作用就是将其他形式的能转化为电能 C．只要电路中有电源，电路中就一定有电流 D．电源实质上也是一个用电器，也需要外界提供能量 B 随堂练习 20 2.关于电流的方向，下列叙述中正确的是( ) A．金属导体中电流的方向就是自由电子定向移动的方向 B．在电解质溶液中有自由的正离子和负离子，电流方向不能确定 C．不论何种导体，电流的方向规定为正电荷定向移动的方向 D．电流的方向有时与正电荷定向移动的方向相同，有时与负电荷定向移动的方向相同 C 随堂练习 3.有一条横截面积为S的导体，通过的电流为I，该导体内单位长度内自由电荷数为n，每个自由电荷的电量为q，以下说法中正确的是（    ） A. 该导体自由电荷定向移动的速率为𝐼/𝑛𝑞，该速率很小，远小于光速 B. 该导体自由电荷定向移动的速率为𝐼/𝑛𝑞，该速率很大，等于光速 C. 该导体自由电荷定向移动的速率为𝐼/𝑛𝑞𝑆，该速率很小，远小于光速 D. 该导体自由电荷定向移动的速率为𝐼/𝑛𝑞，该速率很大，等于光速 A 随堂练习 恒定电流 维持正负极之间存在一定电势差的装置。 1.存在自由电荷 2.导体两端有电压 定义 方向和大小都不随时间变化 数学表达式：I= 标量 方向规定：正电荷移动的方向 产生 电源 课堂小结 $