2023學年完整公開課版21電源和電流

學習目標1、知識與技能：①了解電源的形成過程。②理解恒定電場和恒定電流的形成過程2、過程與方法：在理解恒定電流的基礎上，會靈活運用公式計算電流的大小。3、情感與價值觀：通過本節(jié)對電源、電流的學習，培養(yǎng)將物理知識應用于生活和生產(chǎn)實踐的意識，勇于探究與日常生活有關的物理問題。而手電筒中的小燈泡卻能持續(xù)發(fā)光，這是為什么呢？電閃雷鳴時，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;回顧：電流是怎樣形成的？電流是由電荷的定向移動而形成的。問：要形成電流，必須滿足什么條件？

既然電流是由電荷的定向移動而形成的，所以，要形成電流，首先必須要有能夠自由移動的電荷——自由電荷。

不過，有了自由電荷，并不一定就能形成電流！

一般的導體內(nèi)都有大量的自由電荷（自由電子），但當導體兩端沒有加上電壓時，自由電子只能在各自的平衡位置附近做雜亂無章的熱運動，電荷的熱運動，從宏觀上看，不能形成電流。

一旦在導體兩端加上一個電壓，導體內(nèi)部就會形成一個電場，導體內(nèi)部的自由電子將會受到一個與場強方向相反的電場力作用而發(fā)生定向移動，從而形成電流。可見，要形成電流，導體兩端還必須有電勢差。+-U

_-A++++++++B_______-BA等勢體討論：用導線連接兩個分別帶正負電荷的導體，導線中有沒有電流通過？為什么？如果有，這個電流能持續(xù)下去嗎？AB之間有電勢差，存在電場，在電場力的作用下，A得到電子，B失去電子，周圍電場迅速減弱。導體中自由電子的定向移動使兩個帶電體成為等勢體，達到靜電平衡，導線R中會產(chǎn)生一個瞬時電流。問題：怎樣才能使導線中形成持續(xù)的電流呢？啟示：

如圖，水池A、B的水面有一定的高度差，若A、B之間用一個細管連起來，則水在重力的作用下定向移動，從水池A流向水池B。A、B之間的高度差很快消失，在這種情況下，水管中只可能有一個瞬間的水流。

AB水池怎樣才能使水管中有源源不斷的水流呢？水池A中的水量要及時補充才行?？蓪中的水及時抽到A，保持水池A、B的水面有一定的高度差如果在A、B之間連接一個裝置P，它能源源不斷地把經(jīng)過導線流到A的電子取走，補充給B，使A、B始終保持一定數(shù)量的正負電荷。---+A+++++++___B_____P--A、B之間便維持著一定的電勢差。由于這個電場，自由電子就能不斷地由B向A定向移動，使電路中保持持續(xù)的電流。AB連通器水勢A水勢B抽水機水流--P-+A+++++++___B_____--1.能把電子從A搬運到B的裝置。2.作用:保持導體兩端的電勢差(電壓)，使電路有持續(xù)的電流。正極負極電源相當于‘‘抽水機”一、電源：

二、恒定電場導線內(nèi)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。盡管這些電荷也在運動，但有的流走了，另外的又來補充，所以電荷的分布是穩(wěn)定的，電場的分布也不隨時間的變化而變化——這種由穩(wěn)定分布的電荷產(chǎn)生的穩(wěn)定不變的電場稱為恒定電場.假設在電源正、負極之間連一根導線MNEAB導線內(nèi)很快形成沿導線方向恒定電場E0

假設在電源正、負極之間連一根導線ABMNE0MNEEE0E′導線內(nèi)很快形成沿導線方向恒定電場MNE0FnFtF恒定電場的電場強度不變導體中的自由電子在恒定不變的電場力作用下本應該做勻加速運動，速度本應該不斷增加，但自由電子在運動過程中會與導體中靜止不動的粒子碰撞而減速，故自由電子定向移動的速率會保持不變。如果在電路中串連一個電流表,電流表讀數(shù)不會變電路中電流的大小和方向不變這種大小和方向不隨時間變化的電流，叫做恒定電流，這一章我們研究的就是恒定電流

不同的恒定電流，電流的強弱會不同，即在相同的時間內(nèi)，通過導體某一橫側(cè)面積的電荷量不同，在相同的時間內(nèi)，通過導體某一橫側(cè)面積的電荷量越多，我們就說電流越強，故在物理學中，電流的強弱可以用通過導體某一橫側(cè)面積的電量和通過這一電量所用時間的比值來表示，這個比值我們稱之為電流強度。三、恒定電流電流強度（1）定義：通過導體某一橫截面積的電荷量q跟通過這些電荷量所用的時間t的比值叫~（2）定義式：

I=q/t（3）單位：是物理學中七個基本單位之一，在國際單位制中，電流的單位是安培，符號是A．常用單位有毫安（mA）、微安（

A）．

1A＝103mA＝106

A（4）電流是標量．它的運算不遵循平行四邊形定則，但習慣上規(guī)定電流的方向與正電荷定向移動的方向相同，在金屬導體中，電流方向與自由電荷（電子）的定向移動方向相反；在電解液中，電流方向與正離子定向移動方向相同，與負離子定向移動方向相反．在外電路中電流方向由電源正極到負極，在電源內(nèi)部電流方向由電源負極到正極。（5）物理意義：表示電流強弱和方向的物理量。（6）對I=q/t的理解要注意：

①I=q/t為電流強度的定義式，對任何情況都適用。 ②電流強度由電路狀態(tài)所決定，與q、t均無關！例題:有一條橫截面積S=1mm2的銅導線,通過的電流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,求銅導線中自由電子定向移動的速率.可認為銅導線中平均每個銅原子貢獻一個自由電子.解:設自由電子在導線內(nèi)定向移動的速率是v取一段導線,自由電子從它的左端定向移動到右端所用的時間記為t,則這段導線長度為vt、體積為vtS、質(zhì)量為ρvtS。這段導線中的原子數(shù)為

由于導線中每個銅原子貢獻一個自由電子，以這段導線中的自由電子數(shù)目與銅原子的數(shù)目相等，也等于n

因為時間t內(nèi)這些電子全部通過右端橫截面，因此通過橫截面的電荷量是把這個式子帶入得：從中解出帶入數(shù)值后得：vtvsv

例1、在金屬導體中，若10s內(nèi)通過某一橫截面的電量為10C，問導體中的電流為多大？

解：根據(jù)電流的定義式得到通過導體的電流為1A．

例2：如圖所示，在cuso4溶液中，正負離子定向移動，測得2s內(nèi)有1X1019個cu2+與1X1019個so42-通過溶液內(nèi)部的橫載面M,問：溶液中的電流方向向哪里？電流強度為多大？

方向由A到B,電流強度為3.2A。ABM電解液中正、負離子定向移動方向雖然相反，但正、負離子定向移動形成的電流方向相同，q應為正、負電荷量絕對值之和。

例3：氫原子的核外只有一個電子，設電子在離原子核距離為R的圓軌道上做勻速圓周運動。已知電子的電荷量為e，運動速率為v，求電子繞核運動而形成的等效電流多大？

例4、一段粗細均勻的導體長為l,兩端加一定的電壓，自由電荷定向移動的速率為v,設導體的橫截面積為s，導體每單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)為n，每個自由電荷量為q。設想在導體中取兩個橫截面B和C，則在時間t內(nèi)處于相距為vt的兩截面B、C間的所有自由電荷將通過截面C．BCSvvtqqqq

導體中的電流與導體中單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)、每個自由電荷的電量、導體的橫截面積和自由電荷定向運動速率四個量成正比?？偨Y:三、電流強度的計算方法：①只有一種電荷定向移動而形成電流時。用I=q/t計算。②有正負電荷沿相反方向定向移動而形成電流時，用I=(|q+|+|q-|)/t計算。③當有粒子流定向移動而形成電流時，從微觀入手，用I=nqsv來計算（n為電荷體密度即每單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)，S為導體橫截面積，v為電荷定向移動速率）④已知導體的電阻及加在導體兩端的電壓時，流過導體的電流用歐姆定律I=U/R來計算。電子熱運動速率：

任何微觀粒子都做無規(guī)則運動，其速率與溫度有關，通常情況電子熱運動的平均速率為105m/s電子定向移動速率:

其大小與電流有關，一般數(shù)量級為10-5m/s

（對每個電子而言）電流傳導速率：

等于光速3×108m/s.電路一接通，導體中的電子立即受到電場力作用而定向移動形成電流（對整體而言）注意幾個速度問題你知道嗎？1手電筒中小燈泡的工作電流是0.25A。2電子手表工作時，液晶顯示屏的電流為0.2μA左右。3彩色電視機工作時，屏幕為21吋，電源的工作電流為0.4A左右；屏幕為29吋,電源的工作電流為1A左右。450Hz的交流電，人能感觸到的觸電電流為1mA，能夠自行擺脫電源的觸電電流為10mA，觸電電流達到50mA以上，將引起心室顫動。因此，國際電工委員會規(guī)定的安全電流（擺脫電流）為10mA1.導體中電流是0.5A，求半分鐘內(nèi)通過導體橫截面的電子數(shù)？（保留1位有效數(shù)字）2、有一橫載面積為S的銅導線，單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)目為n，電子電量為e，定向移動速率為V，則在t時間內(nèi)，通過導線某一橫載面的自由電子數(shù)目為多少？鞏固訓練n=1x1020個N=nSVt3、關于電流的方向，下列敘述中正確的是A．金屬導體中電流的方向就是自由電子定向移動的方向B．在電解質(zhì)溶液中有自由的正離子和負離子，電流方向不能確定C．不論何種導體，電流的方向規(guī)定為正電荷定向移動的方向D．電流的方向有時與正電荷定向移動的方向相同，有時與負電荷定向移動的方向相同C4、下列說法正確的是：（）A.用導線把開關、電燈等用電器連接起來就組成了一個完整的電路。B.電源是使電路中有持續(xù)電流的裝置。C.干電池、蓄電池、發(fā)電機、電動機都是電源。D.手電筒照明時，電流方向是由電池的負極經(jīng)燈泡到正極的。B小結：一.電流的基本概念：

1、電流是由電荷的定向移動而形成的。

2、導體中形成電流的條件：（1）導體存在自由電荷（2）導體兩端存在電壓

3、電路中形成持續(xù)、穩(wěn)定電流的條件： （1）電路閉合 （2）電路中存在電源二、電源在電路中的作用： 不斷地把從電源負極經(jīng)過外電路流到電源正極的自由電子及時通過電源內(nèi)部搬運回