3.1 电流 课件 -2026-2027学年高二上学期物理鲁科版必修第三册

第1节　电　流 学习目标 1. 了解电流的形成。 2. 知道电流的定义及单位、方向的规定，理解恒定电流。 3. 初步了解电流形成的微观实质。 一、电流的形成 1. 形成电流的条件。 (1)回路中存在 ⁠。 (2)导体两端存在 ⁠。 2. 形成持续电流的条件。 导体两端有 ⁠。 自由电荷 电压 持续电压 知识梳理： 3. 电流速度。 (1)形成电流的速度，即电场的传播速度，它等于 m/s。 (2)导体中有电流时同时存在着的三种速率。 三种 速率 电场的 传播速率 电子无规则 热运动的速率 自由电子定向 移动的速率 数值 光速 ⁠ m/s 数量级约 ⁠ m/s 数量级约 ⁠ m/s 3.0×108 3.0×108 105 10－5 二、电流的方向和大小 1. 电流的方向。 (1)规定： 定向移动的方向。 电流方向与金属导体内 定向移动的方向相反。 (2)在电源外部电路中，电流总是从电源 流向电源 ；在电 源内部电路中，电流总是从电源 流向电源 ⁠。 正电荷 电子 正极 负极 负极 正极 2. 电流的大小。 (1)定义：流过导体某一横截面的 与 ⁠之比定义为电流。 (2)定义式： ，微观电流表达式： ⁠。 (3)单位。 电流单位符号： ，简称安，符号为A。1 A＝1 C/s。常用单位符号 还有mA和μA。换算关系：1 A＝ mA＝ μA。 电荷量 所用时间 I＝ I＝neSv 安培 103 106 (4)①直流电： 不随时间变化的电流。 ②恒定电流： 和 都不随时间改变的电流。 方向 大小 方向 考点一　电流的形成 例1　下列关于电流的说法中，正确的是(　B　)。 B A. 金属导体中，电流的传播速率就是自由电子定向移动的速率 B. 通电的金属导体中，自由电子的运动是热运动和定向移动的合运动， 电流的传播速率等于光速 C. 电路接通后，电子就从电源出发，只要经过一个极短的时间就能到达 用电器 D. 在电路不变的条件下，金属导体温度升高时，导体中自由电子热运动 加快，电流也就随之加大 典例精析： 总结: 1. 电学三速率对比。 速率类型 数量级 物理意义 电流传播 c(光速) 电场建立速度(瞬间通电) 定向移动 10－5 m/s 形成电流的直接原因(电子漂移) 热运动 105 m/s 无规则运动(不产生电流) 2. 要点分析。 (1)本质：不是电荷的“长途运输”，而是电场建立后，全线电子的集体同 时动作。 (2)动态变化：金属温度T↑→碰撞激增→电阻R↑。 (3)微观联系：决定电流大小的是定向移动速率，而非热运动速率。 变式训练1: 下列关于电流的说法正确的是(　A　)。 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定向移动的方向 C. 电流既有大小又有方向，所以电流是矢量 D. 由I＝可知，时间越长，电流将越小 A 变式训练2: 对于金属导体，在导体中产生恒定电流必须满足的条件之 一是(　D　)。 A. 温度升高让自由电荷热运动加剧 B. 把导体放在匀强电场中 C. 让导体某一端连接电源正极即能产生电流 D. 导体两端加有恒定的电压 D 考点二　对电流的理解和计算 例2　在MgCl2溶液中，正、负电荷定向移动，方向如图所示，若测得2 s 内分别有5.0×1015个Mg2＋和1.0×1016个Cl－通过溶液内部的横截面M，那 么通过横截面M的电流大小和方向是(　C　)。　 C A. 0.08 mA，水平向右 B. 0.08 mA，水平向左 C. 1.6 mA，水平向右 D. 0.16 mA，水平向左 电解质溶液中的电流是正、负离子沿相反的方向同时移动而形成的，所以 通过某一横截面的电荷量应为两种离子电荷量的绝对值之和。MgCl2溶液 导电是靠自由移动的Mg2＋和Cl－，它们在静电力作用下向相反方向运动。 溶液中电流方向与Mg2＋定向移动方向相同，即水平向右。其大小为 I＝＝＝ A＝1.6 mA。 归纳: 1. 理解电流概念需注意的五个要点。 (1)公式I＝求出的是电流在时间t内的平均值，对于恒定电流来说，其瞬时 值与平均值相等。q是通过导体横截面的电荷量，而不是通过导体单位横 截面积的电荷量。 (2)横截面的选取是任意的，电流的大小与横截面无关。 (3)电流的方向规定为正电荷定向移动的方向，它与负电荷定向移动的方向 相反。在电源外部电路中，电流的方向是从 电源的正极流向负极；在电源内部电路中，电流是从电源的负极流向 正极。 (4)电流虽然有大小和方向，但电流是标量，而不是矢量。因此电流的合成 不遵循平行四边形定则。 2. 不同导体中电流的计算。 (1)金属导体中的自由电荷只有自由电子，运用I＝计算时，q是某一时间 内通过金属导体横截面的电子的电荷量。 (2)电解液中的自由电荷是正、负离子，运用I＝计算时，q应是同一时间 内正、负两种离子通过横截面的电荷量的绝对值之和。 (3)处于电离状态的气体中的自由电荷既有正、负离子，也有自由电子，运 用I＝求气体导电电流时，q应是三种带电粒子通过横截面的电荷量的绝 对值之和。 变式训练1: 若在10 s时间内有5.0×1019个自由电子通过面积为 0.1 cm2 的某金属导线横截面，那么通过这个横截面的电流是(　B　)。 A. 0 B. 0.8 A C. 1.6 A D. 3.2 A B 变式训练2: 如图所示的电解槽接入电路后，在t秒内有n1个一价正离子通过溶液内截面S，有n2个一价负离子通过溶液内截面S，e为元电荷，以下说法正确 的是(　D　)。 D A. 当n1＝n2时，电流大小为零 B. 当n1＞n2时，电解质溶液中电流方向向右，大小为I＝ C. 当n1＜n2时，电解质溶液中电流方向向左，大小为I＝ D. 无论n1、n2大小关系如何，电解质溶液中电流方向向右， 大小为I＝ 电解质溶液导电时，定向移动的电荷是正离子和负离子，它们同时向相反 方向移动形成同向电流，所以电流大小为I＝，电流方向为正离子 定向移动的方向，即电流方向向右，D正确。 考点三　电流的微观表达式 例3　一段粗细均匀的导线的横截面积为S，导线内自由电子的电荷量为 e，导线单位长度内自由电子数为n，自由电子做无规则运动的平均速率为 v，单位时间内通过某一横截面的自由电子数为N。则导线中的电流为 (　D　)。 D A. neSv B. nev C. N D. Ne 根据电流的微观表达式I＝neSv，其中n应为单位体积内的自由电子数，而 非单位长度内的电子数；v应为电子定向移动的平均速率，而非无规则运 动速率，故A、B错误。单位时间内(t＝1 s)通过截面的电荷量q＝Ne，根 据定义式I＝，可知I＝Ne，故C错误、D正确。 归纳: 对表达式I＝neSv的理解 对金属导体，式中n为导体单位体积内的自由电子数，e为自由电子的电荷 量，S为导体横截面积，v为自由电子定向移动的平均速率。 在时间t内，自由电子定向移动的距离为vt，通过导体横截面S的自由电子 数就等于以横截面S为底、vt为高的圆柱体内包含的自由电子数，即nSvt。 由此可得到时间t内通过导体横截面的电荷量q＝neSvt，再根据I＝可求出 电流I＝neSv。 变式训练1: (多选)如图所示，一金属导线的横截面积为S，单位体积内 有n个自由电子，每个自由电子的电荷量是e，自由电子做无规则运动的平 均速率为v0，定向移动的平均速率是v，则(　BD　)。 A. 导线中的电流为neSv0 B. 导线中的电流为neSv C. 时间t内流过导线某一横截面的电荷量为neSv0t D. 时间t内流过导线某一横截面的电荷量为neSvt BD 变式训练2: 来自质子源的质子(初速度为0)，经一加速电压为800 kV的直线加速器加速，形成电流为1 mA的细柱形质子流。 (1)已知质子电荷量e＝1.60×10－19 C，这束质子流每秒打到靶上的质子数 是多少？ 6.25×1015个 (2)如图所示，假定分布在质子源到靶之间的加速电场是均匀的，在质子流 中与质子源相距L和4L的两处，各取一段极短的长度相等的质子流，其中 单位体积内的质子数分别为n1和n2，质子的速度分别为v1、v2，求n1和n2的 比值。 2∶1 (2)设质子流的横截面积为S，由电流微观表达式知I1＝n1eSv1，I2＝n2eSv2，在L处与4L处的电流相等，则I1＝I2，解得＝，设一个质子的 质量为m，由动能定理在L处有EeL＝m，解得v1＝；由动能定理 在4L处有Ee•4L＝m，解得v2＝，联立可得＝2。 解析：(1)1 s内打到靶上的质子所带总电量为Q＝It＝1×10－3×1 C＝ 1×10－3 C，则每秒打到靶上的质子数为n＝＝个＝ 6.25×1015个。 $