内容正文：
人教版（2019）必修三教学课件
第十一章 电路及其应用
第一节 电源和电流
目录
contents
01.导入与素养目标
02.新课讲解
03.课堂练习
04.教考衔接
05.课堂小结
Part One
导入与素养目标
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1
新课导入
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？
1
素养目标
【物理观念】
知道电源的作用，理解恒定电流的概念。
掌握电流的定义式，理解电流的微观表达式。
知道电流方向的规定，了解电源内部非静电力的作用。
【科学思维】
能从微观角度分析电流的形成机理，建立电流的微观模型。
能运用电流的定义式和微观式进行定量计算。
提升模型建构、逻辑推理的科学思维能力。
1
素养目标
【科学探究】
通过类比水流理解电流的形成，探究电流的微观本质。
经历 "宏观现象→微观解释→公式推导" 的探究过程。
【科学态度与责任】
体会电流知识在电路、电工技术中的基础地位。
认识电源和电流知识在生活、生产中的广泛应用价值。
Part Two
新课讲解
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2
新课讲解
一、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，导线中会产生一个瞬时电流。
怎么才能让电路中有持续电流呢
？
2
新课讲解
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？
2
新课讲解
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。
2
新课讲解
（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
—
—
_
_
_
_
_
_
_
—
—
—
+
+
+
+
+
+
+
2
新课讲解
太阳电池
干电池
铅蓄电池
锂电池
2
新课讲解
二、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。
2
新课讲解
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。
2
新课讲解
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。
恒定电流：大小、方向都不随时间变化的电流
恒定电流的形成
2
新课讲解
3.公式：
2.物理意义:表示电流的强弱程度
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）
4.单位:
国际单位
安培(A) 1A=1C/s
常用单位：毫安（mA）、微安（μA）
定义式：适用于任何电荷定向移动形成的电流
电流是标量。它的运算不遵循平行四边形定则。
2
新课讲解
（1）电流方向：规定正电荷定向移动的方向为电流方向。
在电源外部,电流从正极流向负极；电源的内部,电流从负极流向正极；
（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：
（4）电流强度虽然有大小和方向，是标量。
I
5.说明:
2
新课讲解
2
新课讲解
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。
2
新课讲解
三、电流的微观表达式
【问题】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=8.9×103kg/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。
2
新课讲解
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
2
新课讲解
【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:
把这个式子代入 ,得
解得
vt
v
S
v
2
新课讲解
闭合开关的瞬间，电路中的各个位置迅速建立了恒定电场，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产生了电流。
电路接通时电灯中的电流并不是电源中的自由电子流了过来产生，而是灯丝内部的自由电子的定向移动产生的
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？
2
新课讲解
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。
三种不同速率
2
新课讲解
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)。
四、电池的容量
Part Three
课堂练习
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课堂练习
3
1.下列说法正确的是( )
A.电源的作用是使电路中产生电荷
B.电源的作用是使电路中的电荷发生定向移动
C.只要电路中有电源，电路中就会形成持续的电流
D.导线中的电场是由电源两极在空间直接形成的
课堂练习
3
1.答案:B
解析:电源的作用是使正极聚集正电荷，负极聚集负电荷(并不是创造了电荷，而是使正、负电荷发生了分离)，这样电源两端就会产生电压，电压使电路中的电荷发生定向移动形成电流，而不是产生电荷，A错误，B正确;电路中形成持续的电流的条件是有电源且电路是通路，C错误;导线中的电场是由电源电场和导线所积累的电荷共同形成的，D错误。
课堂练习
3
2.关于电流的方向，下列叙述正确的是()
A.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
B.金属导体中电流的方向就是自由电子定向移动的方向
C.不论何种导体，电流的方向都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
课堂练习
3
2.答案:C
解析:物理学上规定正电荷定向移动的方向为电流的方向，所以在电解质溶液中正离子定向移动的方向为电流的方向，故A错误;负电荷定向移动的方向一定与电流的方向相反，所以金属导体中电流的方向与自由电子定向移动的方向相反，故B错误;正电荷定向移动的方向为电流的方向，所以不论何种导体，电流的方向都规定为正电荷定向移动的方向，故C正确;电流的方向与正电荷定向移动的方向相同，与负电荷定向移动的方向相反，故D错误。
课堂练习
3
3.如图所示，一根均匀带电的长直橡胶棒沿其轴线方向做速度为 的匀速直线运动。已知棒的横截面积为S，单位长度所带的电荷量为 。由于橡胶棒的运动而形成的等效电流( )
A.大小为 ，方向与 相反
B.大小为 ，方向与 相同
C.大小为 ，方向与 相同
D.大小为 ，方向与 相反
Part five
课堂小结
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课堂小结
5
电源
能把电子从负极搬运到正极的装置
电荷量Q=It
电源和电流
电流
单位时间内通过导体横截面的电荷量
大小
定义式：=
决定式：I=nqSv
定义
电池的容量
方向
正电荷定向移动的方向
常用单位： mA·h ， A·h
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