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

该高中物理课件聚焦电源、电流及恒定电场核心知识，通过生活现象提问（如设备持续工作的动力）和实验演示（完整电路与移除电源对比），引导学生从现象到本质，搭建“问题-实验-理论”学习支架，衔接电流形成与电源作用的知识脉络。 其亮点在于融合科学探究与科学思维，通过实验演示电源驱动电荷定向移动（科学探究），推导电流微观表达式I=nqSv（科学推理），结合例题与随堂练习巩固物理观念。学生能提升分析问题能力，教师可借助结构化资源高效教学。

11.1 电源和电流 人教版高中物理 · 必修第三册 1.7.2013 同学们好，欢迎来到今天的物理课堂。在我们开始新的学习之前，请大家看这张图片，流动的光线仿佛代表着能量的传递。这节课，我们将一起探索一个与我们生活息息相关的话题——电源和电流。我们将揭开电流的神秘面纱，了解它是如何产生，又是如何在电路中工作的。 ‹#› 课程导入：从生活现象到物理问题 问题：电的奥秘，你思考过吗？ 能量之源：设备为何持续工作？ 灯泡发光、手机开机，这些设备运转的动力来自哪里？电流究竟是如何产生并在电路中流动的？ 循环之谜：电流会被“用光”吗？ 就像水流推动水车，电荷在电路中流动时，是否会被消耗殆尽？还是像水流一样在回路中循环往复？ 核心要素：电源是必需的吗？ 如果将电路中的电池移除，灯泡还会亮吗？这说明了电源在电路中扮演着怎样不可或缺的角色？ 路径探索：电流的流动方向？ 电流从电源的哪一端出发，经过用电器后又流向哪里？要形成持续的电流，电路必须满足什么条件？ 1.7.2013 请大家观察屏幕上的这些图片：夜晚的城市灯火辉煌，我们手中的手机时刻需要充电，马路上的电动汽车越来越多，还有一个简单的手电筒。这些现象背后都离不开电。那么，大家有没有想过这些问题：电流从哪里来？为什么电池能让灯泡持续发光？如果没有电池，电路还能工作吗？这些问题将是我们这节课要探索的核心。 ‹#› 实验演示：电源的作用 完整电路：形成通路，灯泡发光 移除电源：看似通路，实则无流 思考：为什么电路连通了灯却不亮？这说明电源在电路中扮演着提供能量、驱动电荷定向移动的关键角色，就像水泵为水流提供动力一样。 1.7.2013 让我们通过一个简单的实验来寻找答案。首先，我们组装一个完整的电路，闭合开关，灯泡亮了，说明有电流。然后，我们把电池拿掉，直接用导线连接灯泡，大家看，灯泡不亮了。这说明，仅仅有导线构成通路是不够的，还必须有电源。那么，电源到底起了什么作用呢？这就是我们接下来要深入探讨的问题。 ‹#› - B A - A + + + + + + + + _ B _ _ _ _ _ _ _ （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，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。 A、B之间有电势差 A、B电势差为零 一.电源 1.电流的形成 A B 连通器 水势A 水势B 抽水机 水流 - - P - + A + + + + + + + _ _ _ B _ _ _ _ _ - - 正极 负极 2.电源：能把自由电子从正极搬到负极的装置. 作用:保持导体两端的电势差(电压),使电路有持续的电流. 电源相当于抽水机 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 纽扣电池 手机电池 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 - - - A + + + + + + B _ _ _ _ _ _ H P - - 二、恒定电场 1.恒定电场：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。即：由稳定分布的电荷产生稳定的电场称为恒定电场。 2.特点：任何位置的电荷分布和电场强度都不会随时间变化，基本性质与静电场相同; 3.适用情况：在静电场中所讲的电势、电势差及其与电场强度的关系同样适用于恒定电场。 想一想：当导体两端的电势差恒定时，为什么导体中产生的电场是恒定的？此时导体中的电流为什么也是恒定的？ 由于恒定电场的作用,导体中自由电荷定向运动的速率增加;而在运动过程中会与导体内不动的粒子碰撞从而减速,因此自由电荷频繁地交替进行加速和减速，自由电荷定向运动的平均速率不随时间变化。如果我们在这个电路中串联一个电流表,电流表的读数保持恒定. 大小、方向都不随时间变化的电流称为恒定电流。 1.定义：通过导体横截面的电荷量q跟通过这些电荷量所用时间t的比值叫做电流。（单位时间内通过导体横截面积的电荷量）。 2.电流(I) (1)物理意义:表示电流的强弱程度 (4)国际单位: (3)公式式: (比值定义法) 安培(A) 1A=1C/s 常用单位：毫安（mA）、微安（μA） ＋ ＋ ＋ 三、恒定电流 (5)方向: (6)电流是标量 正电荷定向移动的方向（负电荷定向移动的反方向） 3、说明 （1）电流方向的规定：规定正电荷定向移动的方向为电流方向. 在电源外部的电路中,电流从电源的正极流向负极；在电源的内部,电流是从电源的负极流向正极；形成闭合回路。 （2）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）电解液中正、负离子定向移动方向虽然相反，但正、负离子定向移动形成的电流方向是相同的，此时： 即：公式中的q 为正电荷总电荷量和负电荷总电荷量的绝对值之和。 I 【例1】某电解池中，如果在1 s内共有5×1018个二价正离子和1×1019个一价负离子通过面积为0.1 m2的某截面，那么通过这个截面的电流是(　　) A．0　 B．0.8 A　 C．1.6 A 　 D．3.2 A D 电流的微观解释 通常情况下，金属中的自由电子不断地做无规则的热运动，它们朝任何方向运动的机会都一样。 从宏观上看，没有电荷（自由电子）的定向移动，因而也没有电流。 如果导体两端有电势差，导体中的自由电子就要受到静电力的作用。除了做无规则的热运动外，还要在静电力的作用下定向移动，从而形成电流。 金属导体中的电流跟自由电子的定向移动速率有关，下面就来推导它们之间的关系。 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。 理论推导： 故导体AB中的电流 导体中的自由电荷数 总电荷量 所有这些电荷通过横截面所需要的时间 l S 【微观】电流的微观表达式 ：I=nqSv (v表示电荷定向移动的速率) 两个公式的比较： 从微观看,电流由导体中单位体积内的自由电荷数､自由电荷的电荷量（导体的材料决定），定向移动的速度（电压决定）,还与导体的横截面积（形状）决定。 思考：既然电子的定向运动速率很小，为什么闭合开关时电路中的电灯立刻就亮了呢？ 实际上，闭合开关的瞬间，电路中的各个位置以光速迅速建立了电场。随着电场的建立，电路中各处的自由电子在静电力的作用下几乎同时开始做定向移动，整个电路也就几乎同时形成了电流。 电子定向移动的速率约10-5m/s， 电子热运动的平均速率105m/s 电场的传播速率3×108m/s. 【例2】如图所示，一根横截面积为S的均匀长直橡胶棒上带有均匀的负电荷，每单位长度上电荷量为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 【例3】如果导线中的电流为1 mA，那么1 s内通过导体横截面的自由电子数是多少？若“220 V　60 W”的白炽灯正常发光时的电流为273 mA，则20 s 内通过灯丝的横截面的电子数目是多少个？ 课堂小结 随堂练习 1.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 2.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平面且通过圆心的轴以角速度ω匀速转动，则由环产生的等效电流应有( 　　) 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，将橡胶环拉伸，使环半径增大，电流将变大 D．若使ω、Q不变，将橡胶环拉伸，使环半径增大，电流将变小 AB 感谢观看 物理源于生活，也归于生活。愿你永远保持对世界的好奇与探索之心。 1.7.2013 今天的课程到这里就结束了。希望通过本节课的学习，大家对电源和电流有了更深刻的理解。物理源于生活，也应用于生活，希望大家能保持好奇心，继续探索物理世界的奥秘。感谢大家的观看！ ‹#› $