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“电源和电流”核心内容，涵盖电源的定义与作用、恒定电场的形成、恒定电流的概念及电流的定义式（I=q/t）和微观表达式（I=nqSv）。课堂导入通过电闪雷鸣与手电筒发光的现象对比引发思考，结合“电荷连接导线的瞬间电流”讨论及水流类比，搭建从现象到本质的认知支架。 其亮点在于运用类比（水流类比电流）和微观模型建构（电流微观表达式推导）培养科学思维，通过典例分析（电解液电流计算）和当堂巩固题（电子定向移动速率问题）强化科学论证。这既帮助学生深化物理观念，又为教师提供结构化教学资源，提升教学效率。

第十一章 电路及其应用 1 电源和电流 授课教师：XXX 人教版（2019）高中物理（必修三） 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，而手电筒中的小灯泡却能持续发光，这是为什么? 新课引入 A + + + + + + + + _ B _ _ _ _ _ _ _ - 导线中的电流只是瞬间的。原因：由于B失去电子，A得到电子，AB间的电势差很快消失，两导体成为一个等势体，达到静电平衡，电路中也没有了电流。 怎样才能让电流持续存在呢？ 一、电源 思考与讨论：如果在两个电荷之间连接一条导线，导线中会不会有电流？这个电流会持续存在吗？ A B 连通器 水势A 水势B 连通器中的水流是短暂的，不能连续的。 加一个抽水机，连通器中的水流就是连续的。 类比水流： 怎样才能让水流持续存在呢？ 一、电源 A B 连通器 水势A 水势B 抽水机 水流 正极 负极 - - - + A + + + + + + _ _ _ B _ _ _ _ _ P - - + 如果在电路中加一个装置，它能把负电荷从正极移到负极，这样电路中的电流就持续下去。 A + + + + + + + + _ B _ _ _ _ _ _ _ - 一、电源 1. 定义:电源是能够不断把电子从正极搬到负极的装置 2. 作用：电路中维持电势差（电压）,使电荷能定向移动形成持续电流 一、电源 3. 形成持续电流的条件 （1）存在自由电荷：金属导体——自由电子； 电解液——正、负离子。 （2）导体两端存在持续的电压即有电源． 太阳电池 干电池 铅蓄电池 锂电池 纽扣电池 手机电池 常见电源： 一、电源 【典例1】下列关于电源的说法正确的是（　　） A. 电源的作用是在电源内部把电子由负极搬运到正极，保持两极之间有电压 B. 电源把正、负电荷分开的过程是把其他形式的能转化为电能的过程 C. 电源的作用是使电路中产生电荷 D. 只要电路中有电源，电路中就会形成持续电流 √ 一、电源 【解析】在电源内部，电源把电子由正极搬运到负极，这一过程要克服静电力做功，将其他形式的能转化为电能，使正极电势高于负极，A错误，B正确；电源的作用不是使电路中产生电荷，而是使导体两端始终存在电势差，C错误；电路中要形成持续的电流，既要有电源，电路还要闭合，两者缺一不可，D错误。 一、电源 电源内部的电子是靠电源由正极搬运到负极，那外面导线里面的电子是靠什么移动的？ - - - A + + + + + + B _ _ _ _ _ _ H P - - 电场 * 选讲：导线内的电场是如何形成的？为什么是沿着电场线的？ - - + A + + + + + + + _ _ _ B _ _ _ _ _ P M N E0 F Fn Ft M N E0 E E′ M N E 二、恒定电流 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。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。 2.基本性质：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.基本规律：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。 导线中的恒定电场 二、恒定电流 问题1：在恒定电场的作用下，导体中自由电荷会做什么样的运动？ 加速运动 问题2：自由电荷会在导体中一直加速吗？ 不会一直加速，会有一个稳定状态。因为除了恒定电场的作用，自由电荷在运动过程中还会与导体内不动的粒子碰撞从而减速，因此大量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。 二、恒定电流 1.恒定电流：大小、方向都不随时间变化的电流 2.电流的方向：把正电荷定向移动的方向规定为电流的方向。 电子向某一方向定向移动等效于正电荷向相反的方向定向移动，也就是说电流的方向与负电荷定向移动的方向相反。 3.恒定电流的强弱：用电流这个物理量来表示 二、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.物理意义:表示电流的强弱程度 3.定义式： 4.单位: 国际单位 安培(A) 1A=1C/s 常用单位：毫安（mA）、微安（μA） 二、恒定电流 （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.几点说明 判断: 对公式 I=，有 I 与 Q 成正比，与 t 成反比? 二、恒定电流 【典例2】（电解液中的电流）如图所示，在MgCl2溶液中，正、负离子定向移动，其中Cl－水平向左移动。若测得2 s内分别有5×1017个Mg2＋和1×1018个Cl－通过溶液内部的横截面M，那么溶液中的电流方向和大小为（　　） A. 水平向左　0.08 A B. 水平向右　0.08 A C. 水平向左　0.16 A D. 水平向右　0.16 A √ 二、恒定电流 【解析】由题意可知，2 s内流过横截面的电荷量q＝5.0×1017×2×1.6×10 －19 C＋1.0×1018×1.6×10－19 C＝0.32 C，则电流大小I＝＝ A＝0.16 A，Cl－水平向左移动，则Mg2＋水平向右移动，所以电流方向水平向右， 故选项D正确。 二、恒定电流 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。求通过导体的电流大小。 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 三、电流的微观解释 问题：有一条横截面积S=1mm2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速率。可认为铜导线中平均每个铜原子贡献一个自由电子。 三、电流的微观解释 【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 vt v S v 三、电流的微观解释 闭合开关瞬间，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电流。 三种速率： 1.电子定向移动的速率约10-5m/s； 3.电场的传播速率也叫电流的传导速率 3×108m/s. 思考与讨论: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.电子无规则热运动的速率约105m/s； 三、电流的微观解释 【典例3】一段粗细均匀的金属导体的横截面积是S，导体单位体积内的自由电子数为n，金属内的自由电子电荷量为e，自由电子做热运动的平均速率为v0，导体中通过的电流为I，通电时间为t，以下说法正确的有（　　） A. 自由电子定向移动的平均速率为v0 B. 自由电子定向移动的平均速率为 C. 导体中自由电子的数目为 D. 导体中自由电子的数目为nv0St √ 三、电流的微观解释 【解析】导体内自由电子定向移动的平均速率很小，其数量级约为10－5 m/s，而导体内自由电子做热运动的平均速率大约是105 m/s，A错误；设导体中自由电子定向移动的平均速率为v，由电流的微观表达式可知，时间t内通过导体横截面的电荷量q＝nSvte，由电流的定义式可得I＝＝＝nevS，则v＝，B正确；知道导体单位体积内的自由电子数，但是由于不能计算出导体的体积，所以不能求出导体内自由电子的总数，C、D错误。 三、电流的微观解释 定义式 微观式 公式 I＝t(Q) I＝nqSv 适用范围 一切电路 一切电路 字母含义 Q：(1)是通过导体横截面的电荷量 (2)当异种电荷反向通过某截面时，所形成的电流是同向的，Q＝|Q1|＋|Q2| n：导体单位体积内的自由电荷数 q：每个自由电荷的电荷量 S：导体横截面积 v：自由电荷定向移动的平均速率 公式含义 t(Q)反映了I的大小，但不能说I∝Q，I∝t(1) 从微观上看，n、q、S、v决定了I的大小 三、电流的微观解释 课堂小结 1.（电流的理解）下列说法中正确的是（　　） A. 导体中只要电荷运动就形成电流 B. 在国际单位制中，电流的单位是A C. 电流有方向，它是一个矢量 D. 根据I＝，可知I与q成正比 【解析】导体中只有电荷能定向运动才能形成电流，选项A错误；在国际单位制中，电流的单位是A，选项B正确；电流有方向，但它是一个标量，选项C错误；根据I＝，电路中的电流用电荷量与时间的比值来量度，但是与电荷量和时间无关，选项D错误。 √ 当堂巩固 2.（电流的计算）如图所示的电解槽中，如果在4s内各有2 C的正、负电荷通过面积为0.08 m2的横截面AB，那么（　　） A. 正离子向左移动，负离子向右移动 B. 由于正负离子移动方向相反，所以电解槽中无电流 C. 4 s内通过横截面AB的电荷量为2 C D. 电解槽中的电流为1 A √ 当堂巩固 【解析】电源与电解槽中的两极相连后，左侧电极电势高于右侧电极，由于在电极之间建立电场，电场方向由左指向右，故正离子向右移动，负离子向左移动，电解槽中的电流方向向右，选项A、B错误；4 s内通过横截面AB的电荷量为2 C＋2 C＝4 C，选项C错误；由电流的定义式可得I＝＝ A＝1 A，选项D正确。 当堂巩固 3.（电流微观解释）关于电流，下列说法正确的是（　　） A. 只要有可以自由移动的电荷，就能存在持续电流 B. 金属导体内的持续电流是自由电子在导体内的电场作用下形成的 C. 电流的传导速率就是导体内自由电子的定向移动速率 D. 在金属导体内当自由电子定向移动时，它们的热运动就消失了 【解析】产生电流的条件为：有可以自由移动的电荷及导体两端有电势差，故只有自由电荷不能形成电流，故A错误；金属导体内的持续电流是自由电子在导体内电场作用下形成的，故B正确；电流的传导速率为电场传播的速率，与自由电子的定向移动速率无关，故C错误；电子定向移动的同时，热运动同样存在，故D错误。 √ 当堂巩固 4.（等效电流）北京正、负电子对撞机的储存环是周长为240 m的近似圆形轨道。当环中电子以光速的百分之一运动而形成10 mA的电流时，则环中运行的电子数目为（c＝3×108 m/s，e＝1.6×10－19 C）（　　） A. 5×1012个 B. 5×1011个 C. 1×1012个 D. 1×1014个 【解析】电子运动一周的时间t＝＝ s＝8×10－5 s，根据I＝，得 电荷量q＝It＝0.01 A×8×10－5 s＝8×10－7 C，在整个环中运行的电子数 目n＝个＝5×1012个，故A正确，B、C、D错误。 √ 当堂巩固 Lavf57.25.100 www.ieway.cn Lavf57.25.100 www.ieway.cn Lavf58.20.100 Tencent CAPD MTS (T-tech) $