電源和電流 【教材精講精研】 人教版（2019）高中物理必修第三冊 高效課堂課件

第1節(jié)電源和電流一、電源[觀圖助學]：如圖所示，A、B分別帶正、負電荷，如果在它們之間連接一條導線R，導線R中自由電子會在靜電力的作用下定向移動，電子在導線中定向移動，導線中有瞬間電流，我們想在導線中產生持續(xù)的電流，應該怎樣解決呢？1.定義：在電路中把在________作用下移動到導體A的電子________到導體B的裝置。（或將其它形式的能轉化為電能的裝置或能給電路提供持續(xù)穩(wěn)定電壓的裝置）2.作用： (1)在導體A、B兩端維持一定的________。 (2)使電路中保持________的電流。靜電力搬運電勢差持續(xù)3.常見的電源[思考判斷](1)電源能把其他形式的能轉化為電能。(

)(2)必須有電源，自由電荷才能在電路中移動。(

)√×[觀圖助學]雷鳴電閃時，強大的電流使天空發(fā)出耀眼的閃光，但它只能存在于一瞬間，而手電筒中的小燈泡卻能持續(xù)發(fā)光，這是因為有持續(xù)的電流流過小燈泡，電流是怎么形成的呢？二、恒定電流1.恒定電場(1)定義：由____________的電荷所產生的穩(wěn)定的電場。(2)形成：導線內的電場，是由電源、導線等電路元件所積累的電荷共同形成的。(3)特點：導線內的電場線與導線________，電荷的分布是________的，導線內的電場是沿導線切線方向的恒定電場。(4)注:恒定電場與靜電場的基本性質相同，靜電場中的關系式同樣適用于恒定電場。穩(wěn)定分布平行穩(wěn)定2.電流（物理學中的七個基本物理量之一）定向移動電流強弱程度毫安微安103106正電荷4.恒定電流(1)定義：大小、方向都________________的電流。(2)形成：____________使自由電荷速率增加，自由電荷與導體內不動的粒子的碰撞，使自由電荷速率減小，最終表現(xiàn)為平均速率不變。不隨時間變化恒定電場××√×實例分析：如圖所示，在裝有導電液體的細管中，有正、負兩種電荷向相反的方向運動，在時間t內通過細管某截面的正電荷為q1，通過此截面的負電荷為q2。(1)確定通過導電液體中電流的方向；(2)計算導電液體中電流的大小。三、電流的微觀表達式（課本55頁拓展學習）例：如圖所示,AD表示粗細均勻的一段長為l的導體,兩端加一定的電壓,導體中的自由電荷沿導體定向移動的平均速率為v,設導體的橫截面積為S,導體每單位體積內的自由電荷數(shù)為n,每個自由電荷的電荷量為q。(1)AD導體中有多少個自由電荷?總電荷量是多少?(2)這些電荷都通過橫截面D所需的時間是多少?(3)導體AD中的電流是多大?要點提示:(1)AD導體中的自由電荷總數(shù):N=nlS。總電荷量Q=Nq=nlSq。對電流微觀表達式和三種速率的理解(1)從微觀上看,電流取決于導體中單位體積內的自由電荷數(shù)、每個自由電荷的電荷量、定向移動平均速率、導體的橫截面積。(2)電流的微觀表達式:I=nevS。式中n為導體中單位體積內的自由電荷數(shù)、e為每個自由電荷的電荷量、v為自由電荷定向移動的平均速率,S為導體的橫截面積。(3)三種速率的比較①電子定向移動平均速率:電子在金屬導體中的平均運動速率,也是公式I=neSv中的v,大小約為10-5m/s。②電流的傳導速率:電流在導體中的傳導速率等于光速,為3×108m/s。閉合開關的瞬間,電路中各處以光速建立恒定電場,電路中各處的自由電子幾乎同時定向移動,整個電路也幾乎同時形成了電流。③電子熱運動速率:電子做無規(guī)則熱運動的速率,大小約為105m/s。由于熱運動向各個方向運動的機會相等,故此運動不能形成電流。[例1]

下列說法中正確的是(

) A.導體中電荷運動就形成了電流 B.在國際單位制中，電流的單位是安培(A) C.電流有方向，它是一個矢量 D.任何物體，只要其兩端電勢差不為零，就有電流存在解析自由電荷定向移動才形成電流，僅有電荷移動但不是定向移動則不行，故選項A錯誤；形成電流的條件是導體兩端保持有電壓，且必須是導體而非任何物體，故選項D錯誤；電流有方向，但它是標量，故選項C錯誤。答案B[例2]

如圖所示，電解池內有一價的電解液，t時間內通過溶液內面積為S的截面的正離子數(shù)是n1，負離子數(shù)是n2，設元電荷為e，以下說法中正確的是(

)答案D[針對訓練1](多選)下列關于電流方向的說法中，正確的是(

) A.電流的方向就是自由電荷定向移動的方向 B.電流的方向就是正電荷定向移動的方向 C.在金屬導體中，電流的方向與自由電子定向移動的方向相反 D.在電解液中，電流的方向與正離子定向移動的方向相同

解析人們規(guī)定電流的方向與正電荷定向移動的方向相同，與負電荷定向移動的方向相反，A錯誤，B、D正確；金屬導體中，自由電子的定向移動形成電流，故在金屬導體中，電流的方向與自由電子定向移動的方向相反，C正確。

答案BCD[針對訓練2]

某電解池中，若在2s內各有1.0×1019個二價正離子和2.0×1019個一價負離子通過某截面，那么通過這個截面的電流是(

) A.0 B.0.8A C.1.6A D.3.2A答案D[例3](多選)一橫截面積為S的銅導線，流過的電流為I，設每單位體積的導線中有n個自由電子，電子的電荷量為q，此時電子的定向移動速率為v，在Δt時間內，通過導線橫截面的自由電子數(shù)目可表示為(

)答案AC方法歸納利用I＝nqSv分析問題應注意的三個方面(1)各個物理量都要用國際單位。(2)正確理解各符號的意義，特別是n表示導體中單位體積內的自由電荷數(shù)，v表示自由電荷定向移動速度的大小。(3)若已知單位長度的自由電荷數(shù)為n，則電流的微觀表達式為I＝nqv[針對訓練3]

一段粗細均勻的導線的橫截面積為S，導線內自由電子的電荷量為e，導線單位長度內自由電子數(shù)為n，自由電子做無規(guī)則運動的速率為v，單位時間內通過某一橫截面的自由電子數(shù)為N。則導線中的電流為(

)

A.neSv

B.nev C.N

D.Ne答案D[例4]

一根導線，分別通以不同電流，并保持溫度不變，當電流較大時，以下說法正確的是(

) A.單位體積內自由電子數(shù)較多 B.自由電子定向移動的速率較大 C.自由電子的熱運動速率較大 D.電流的傳導速度較大解析對同一根導線單位體積內的自由電子數(shù)是一樣的，A錯誤；電流和自由電子的定向移動的速率有關，與自由電子的熱運動速率無關，故B正確，C錯誤；電流的傳導速度是電場的形成速度等于光速c，和電流的大小無關，選項D錯誤。答案B[針對訓練4]

導線中的電流是1A，導線的橫截面積為1mm2。 (1)在1s內，有多少個電子通過導線的橫截面(電子電荷量e＝1.6×10－