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

人类通过对静电场的研究不仅获得了许多关于电现象的知识，而且形成了若干重要的电学概念和研究方法，成为电学理论的重要基础。 但是，无论在自然界还是在生产和生活领域，更广泛存在着的是电荷流动所引起的效应。 那么，电荷为什么会流动?电荷流动服从什么规律?产生哪些效应?这些效应对人类的生产、生活方式和社会进步又起着怎样的作用呢? 电学已经改变了我们的生活方式，并且产生了一个巨大的工程应用领域。 ——塞格雷 第十一章 电路及其应用 人教版（2019）必修 第三册 11.1 电源和电流 电流：电荷的定向移动形成了电流 根据初中学习，电流是如何形成的？ 形成电流前导体中有自由电子吗？他们在做什么运动？ 有，在永不停息的做无规则热运动 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。 知识回顾 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？ PART 1 电源 电源——如何产生持续电流 1 - 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 ？ 电势差 等势体 形成瞬间电流 自由电子定向运动 A B 连通器 水势A 水势B 抽水机 水流 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？ 1 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。 电源——如何产生持续电流 - A + + + + + + _ _ _ B _ _ _ _ _ - - + 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？ 1 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) 电源——如何产生持续电流 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； 1 （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： 电源——如何产生持续电流 - - - + A + + + + + + _ _ _ B _ _ _ _ _ P - - + 电源——常见电源 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 B 例1 电源——常见电源 1 太阳电池 干电池 铅蓄电池 锂电池 PART 2 恒定电流 恒定电流 2 - - + A + + + + + + + _ _ _ B _ _ _ _ _ P M N E0 F Fn Ft M N 导线内很快形成沿导线方向的稳定电场 导体中自由电荷定向移动的原因 M N E0 E E′ A、B周围空间的电场是由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成的、沿导线方向。 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。 由稳定分布的电荷产生稳定的电场称为恒定电场. 恒定电场的性质和规律与静电场相同。 恒定电流 2 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 恒定电流 2 思考：在这样的恒定电场中，电子做什么运动？ 总体来看，自由电荷既受到电场力的加速，又与一些不容易移动的粒子碰撞减速，定向运动的平均速率不随时间变化。如果在电路中串联一个电流表，电流表的读数将保持恒定。 恒定电流：大小、方向都不随时间变化的电流. 恒定电流 2 导体中自由电荷定向移动的原因 恒定电场 电场中自由电子受电场力大小不变 自由电子在电路中定向移动的速率也不变 串一个电流表,读数不会变 恒定电流 恒定电流的形成 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。 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 （1秒钟约有600亿亿个电子通过） 一秒内通过导体横截面的电荷量为1C 1A的物理意义： 恒定电流 2 恒定电流 2 （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）电流虽然有大小和方向，是标量。 I 5.说明: 2A 3A 恒定电流 2 (多选)下列关于电流的说法正确的是( 　) A.电荷的定向移动形成电流 B.金属导体中电流方向是自由电子移动的方向 C.电流既有大小又有方向，所以电流是矢量 D.由I＝q/t可知，电流越大，单位时间内通过导体横截面的电荷量就越多 AD 例2 恒定电流 2 某电解池中，若在2 s内有5.0×1015个二价正离子和1.0×1016个一价负离子通过某截面M，其中正离子水平向右移动，那么通过这个截面的电流的大小和方向是(　　) A.0.8 mA，水平向左 B.0.08 mA，水平向左 C.1.6 mA，水平向右  D.0.16 mA，水平向右 C 例3 恒定电流 2 新能源汽车快充电流：60A 手机快充电流：5A 智能手环待机电流：5.0*10-4A 电子手表电流：2.0*10-7A 1A=103 mA = 106 μA 毫安（mA）、微安（μA） 高压电电流：200-1000A 闪电电流能达到 20000A 猜一猜电流有多大 恒定电流 2 人类的安全电流：0.01A 珍爱生命，安全用电 根据国家统计局数据显示，我国每年因触电造成死亡人数均超过8000人 PART 3 电流的微观解释 电流的微观解释 3 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。 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 l S 电流的微观解释 3 若导体中单位长度的自由电荷数为n，则I=？ 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 电子的定向运动速率为10-4m/s，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？ 电流的微观解释 3 电子定向 移动的平均速率 电子无规则 热运动的速率 电流传导的速率 　 　 　 电子运动的3种速率比较 电流由自由电荷的定向移动形成，电流I＝neSv，其中v就是电子定向移动的平均速率。 导体内部电子在不停地做无规则热运动，由于热运动向各个方向运动的机会相等，故不能形成宏观电流。 等于光速，闭合开关的瞬间，电路中各处以光速建立恒定电场，电路中各处的自由电子几乎同时定向移动，整个电路也几乎同时形成了电流。 10-4 m/s 105 m/s 3×108 m/s 电流的微观解释 3 电流的微观解释 3 某根导线的横截面积为S，通过的电流为I。已知该导线材料密度为ρ，摩尔质量为M，电子电荷量为e，阿伏伽德罗常数为NA，设每个原子只提供一个自由电子，则该导线中自由电子定向移动速率为(　　) A 电流的微观解释 3 例4 公式 物理意义 适用范围 定义式 微观表达式 决定式 一切电荷定向移动 稳恒、均匀导体 金属、电解液 电流的微观解释——电流公式对比 3 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)。 电池放电时能输出的总电荷量叫作电池的容量，通常以"安时"（A·h）或"毫安时"（mA·h）作单位。单体锂离子电池的容量极为有限，为了满足需要，常用由若干单体锂离子电池构成的电池组。 电流的微观解释——电池容量 3 电流的微观解释——电池容量 3 (多选)如图是某品牌电动汽车的标识牌，以下说法正确的是(　　) 整车型号 CH830BEV 最大设计总质量 1 800 kg 动力电池容量 60 A·h 驱动电机额定功率 30 kW 驱动电机型号 WXMP30LO 车辆设计代号VIN LVFADIA3440000003 A.该电池的容量为60 A·h B.该电池以6 A的电流放电，可以工作10 h C.该电池以6 A的电流放电，可以工作60 h D.该电池充完电可储存的电荷量为60 C AB 例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 $