11.1 電源和電流（教學(xué)課件+課后練習(xí)）高二物理同步備課系列（人教版2019必修第三冊(cè)）

第1節(jié)

電源和電流第十一章

人教版

高中物理必修三電源01恒定電場(chǎng)02恒定電流03拓展學(xué)習(xí)04鞏固提升05

電閃雷鳴時(shí)，強(qiáng)大的電流使天空不時(shí)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，這是為什么?新課導(dǎo)入電

源PART01-BA-A++++++++_B_______當(dāng)導(dǎo)體兩端存在電壓時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)建立了電場(chǎng)，導(dǎo)體中的自由電荷在電場(chǎng)力的作用下發(fā)生定向移動(dòng)，形成電流。自由電子的定向移動(dòng)使兩個(gè)帶電體成為等勢(shì)體，達(dá)到靜電平衡，導(dǎo)線(xiàn)中會(huì)產(chǎn)生一個(gè)瞬時(shí)電流。電流的產(chǎn)生01怎么才能讓電路中有持續(xù)電流呢？AB連通器水勢(shì)A水勢(shì)B抽水機(jī)水流正極負(fù)極1.電源：能把自由電子從正極搬到負(fù)極的裝置；2.作用:保持導(dǎo)體兩端的電勢(shì)差(電壓),使電路有持續(xù)的電流。---+A++++++___B_____P--+電源02電源相當(dāng)于抽水機(jī)電源中電勢(shì)高的一極是正極，電勢(shì)低的一極是負(fù)極。太陽(yáng)電池干電池鉛蓄電池鋰電池常見(jiàn)電源03電源是如何做到讓導(dǎo)線(xiàn)電流持續(xù)的呢？恒定電場(chǎng)PART02導(dǎo)體中自由電荷定向移動(dòng)的原因--+A+++++++___B_____PMNE0FFnFtMNE0EE′

MNE導(dǎo)線(xiàn)內(nèi)很快形成沿導(dǎo)線(xiàn)方向的穩(wěn)定電場(chǎng)電場(chǎng)形成011.恒定電場(chǎng)：導(dǎo)線(xiàn)內(nèi)的電場(chǎng)是由電源、導(dǎo)線(xiàn)等電路元件所積累的電荷共同形成的。盡管這些電荷也在運(yùn)動(dòng)，但有的流走了，另外的又來(lái)補(bǔ)充，所以電荷的分布是穩(wěn)定的，電場(chǎng)的分布也穩(wěn)定——恒定電場(chǎng)。2.特點(diǎn)：任何位置的電荷分布和電場(chǎng)強(qiáng)度都不會(huì)隨時(shí)間變化，基本性質(zhì)與靜電場(chǎng)相同;3.適用情況：在靜電場(chǎng)中所講的電勢(shì)、電勢(shì)差及其與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系同樣適用于恒定電場(chǎng)。恒定電場(chǎng)02恒定電流PART03

由于恒定電場(chǎng)的作用,導(dǎo)體中自由電荷定向運(yùn)動(dòng)的速率增加;而在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中會(huì)與導(dǎo)體內(nèi)不動(dòng)的粒子碰撞從而減速,因此自由電荷定向運(yùn)動(dòng)的平均速率不隨時(shí)間變化.如果我們?cè)谶@個(gè)電路中串聯(lián)一個(gè)電流表,電流表的讀數(shù)保持恒定。恒定電流：大小、方向都不隨時(shí)間變化的電流恒定電流的形成013.公式：2.物理意義:表示電流的強(qiáng)弱程度1.定義:通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量q跟通過(guò)這些電荷量所用時(shí)間t的比值叫做電流。（單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面積的電荷量）4.單位:國(guó)際單位安培(A)1A=1C/s常用單位：毫安（mA）、微安（μA）恒定電流02定義式：適用于任何電荷定向移動(dòng)形成的電流（1）電流方向：規(guī)定正電荷定向移動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞣较?。在電源外?電流從正極流向負(fù)極；電源的內(nèi)部,電流從負(fù)極流向正極；（2）金屬導(dǎo)體中電流的方向與自由電子定向移動(dòng)的方向相反。（3）電解液中正、負(fù)離子定向移動(dòng)方向雖然相反，但正、負(fù)離子定向移動(dòng)形成的電流方向是相同的，此時(shí)：（4）電流強(qiáng)度雖然有大小和方向，是標(biāo)量。I幾點(diǎn)說(shuō)明03

電池放電時(shí)能輸出的總電荷量叫作電池的容量，通常以"安時(shí)"（A·h）或"毫安時(shí)"（mA·h）作單位。單體鋰離子電池的容量極為有限，為了滿(mǎn)足需要，常用由若干單體鋰離子電池構(gòu)成的電池組。電動(dòng)汽車(chē)中的電池04拓展學(xué)習(xí)PART04【問(wèn)題】有一條橫截面積S=1mm2的銅導(dǎo)線(xiàn),通過(guò)的電流I=1A,已知銅的密度ρ=8.9×103kg/m3,銅的摩爾質(zhì)量M=6.4×10-2kg/mol,阿伏加德羅常數(shù)NA=6.02×1023mol-1,電子的電量e=-1.6×10-19C,求銅導(dǎo)線(xiàn)中自由電子定向移動(dòng)的速率?？烧J(rèn)為銅導(dǎo)線(xiàn)中平均每個(gè)銅原子貢獻(xiàn)一個(gè)自由電子。提出問(wèn)題01

一段粗細(xì)均勻的導(dǎo)體長(zhǎng)為l，兩端加一定的電壓，自由電荷定向移動(dòng)的速率為v，設(shè)導(dǎo)體的橫截面積為S，導(dǎo)體每單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)為n，每個(gè)自由電荷量為q。理論推導(dǎo)：故導(dǎo)體AB中的電流導(dǎo)體中的自由電荷數(shù)總電荷量

所有這些電荷通過(guò)橫截面所需要的時(shí)間lS模型建構(gòu)02【解析】設(shè)自由電子在導(dǎo)線(xiàn)內(nèi)定向移動(dòng)的速率是v。取一段導(dǎo)線(xiàn)（如圖），自由電子從它的左端定向移動(dòng)到右端的時(shí)間為t，則這段導(dǎo)線(xiàn)的長(zhǎng)度為vt，體積為vtS，質(zhì)量為ρvtS，則這段導(dǎo)線(xiàn)中的原子數(shù)為則這段導(dǎo)線(xiàn)中的自由電子數(shù)也為n，t時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量:把這個(gè)式子代入

,得解得vtvSv問(wèn)題解讀03思考：既然電子的定向運(yùn)動(dòng)速率很小，為什么閉合開(kāi)關(guān)時(shí)電路中的電燈立刻就亮了呢？

實(shí)際上，閉合開(kāi)關(guān)的瞬間，電路中的各個(gè)位置以光速迅速建立了電場(chǎng)。隨著電場(chǎng)的建立，電路中各處的自由電子在靜電力的作用下幾乎同時(shí)開(kāi)始做定向移動(dòng)，整個(gè)電路也就幾乎同時(shí)形成了電流。電子定向移動(dòng)的速率約10-5m/s電子熱運(yùn)動(dòng)的平均速率105m/s

電場(chǎng)的傳播速率3×108m/s三種不同速率04電源和電流電源能把自由電子從正極搬到負(fù)極的裝置恒定電場(chǎng)MNE微觀(guān)表達(dá)vtvSv電流電荷的定向移動(dòng)定義式：課堂總結(jié)鞏固提升PART05【練習(xí)1】北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)的儲(chǔ)存環(huán)是周長(zhǎng)為240m的近似圓形軌道。當(dāng)環(huán)中電子以光速的百分之一運(yùn)動(dòng)而形成10mA的電流時(shí)，則環(huán)中運(yùn)行的電子數(shù)目為（）A．5×1012個(gè) B．5×1011個(gè) C．1×1012個(gè) D．1×1014個(gè)課堂練習(xí)【正確答案】A【練習(xí)2】（2022·天津市第二南開(kāi)中學(xué)高二階段練習(xí)）如圖所示的是電解池，在1s的時(shí)間內(nèi)，共有3C的正離子和3C的負(fù)離子通過(guò)截面xy，則這個(gè)電路中的電流大小是（）A．0

B．1.5AC．3A

D．6A課堂練習(xí)【正確答案】D【練習(xí)3】（2022·山東·高密三中高二開(kāi)學(xué)考試）安培提出了著名的分子電流假說(shuō)，根據(jù)這一假說(shuō)，電子繞原子核運(yùn)動(dòng)可等效為一環(huán)形電流。如圖為一分子電流模型，電量為e的電子以角速度ω繞原子核沿順時(shí)針?lè)较蜃鰟蛩賵A周運(yùn)動(dòng)，則該環(huán)形電流的大小和方向?yàn)椋ǎ〢．

，逆時(shí)針

B．

，順時(shí)針 C．

，逆時(shí)針

D．

，順時(shí)針課堂練習(xí)【正確答案】A【練習(xí)4】（2022·北京豐臺(tái)·高二期末）宏觀(guān)現(xiàn)象是由微觀(guān)機(jī)制所決定的。對(duì)同一個(gè)物理問(wèn)題，常常可以從宏觀(guān)與微觀(guān)兩個(gè)不同角度研究，找出其內(nèi)在聯(lián)系，從而更加深刻地理解其物理本質(zhì)。經(jīng)典電磁理論認(rèn)為：當(dāng)金屬導(dǎo)體兩端電壓穩(wěn)定后，導(dǎo)體中產(chǎn)生恒定電場(chǎng)，這種恒定電場(chǎng)的性質(zhì)與靜電場(chǎng)相同。金屬導(dǎo)體中的自由電子在電場(chǎng)力的作用下開(kāi)始定向移動(dòng)形成電流。如圖所示為一塊均勻的長(zhǎng)方體金屬導(dǎo)體，長(zhǎng)為a，寬為b，厚為c。在導(dǎo)體EF兩側(cè)加上電壓U，導(dǎo)體中的自由電子在電場(chǎng)力的作用下開(kāi)始定向移動(dòng)，形成電流。根據(jù)電荷守恒定律，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量應(yīng)相同。設(shè)電子的帶電量為e，單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)為n，自由電子定向移動(dòng)的平均速率為v，則在時(shí)間

內(nèi)，通過(guò)長(zhǎng)方體金屬導(dǎo)體樣品的自由電子數(shù)目N為（）A．

B．C．N=nvabΔt

D．N=nvbcΔt課堂練習(xí)【正確答案】A【練習(xí)5】（2021·重慶市萬(wàn)州第二高級(jí)中學(xué)）某些腫瘤可以用“質(zhì)子療法”進(jìn)行治療。在這種療法中，為了能讓質(zhì)子進(jìn)入癌細(xì)胞，首先要實(shí)現(xiàn)質(zhì)子的高速運(yùn)動(dòng)，該過(guò)程需要一種被稱(chēng)作“粒子加速器”的裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)。質(zhì)子先被加速到較高的速