新人教版高中物理选修-电源和电流
高中物理 第二章 恒定电流 第1节 电源和电流学案 新人教版选修3-1-新人教版高二选修3-1物理学
第1节 电源和电流1．理解电源的作用． 2．理解恒定电场的形成过程． 3．理解恒定电流的概念，会用公式q ＝It 分析相关问题． 4．知道电流形成的微观实质．一、电源1．定义：能把电子从正极搬运到负极的装置． 2．作用(1)维持电路两端有一定的电势差． (2)使闭合电路中保持持续的电流． 二、恒定电流 1．恒定电场(1)恒定电场：当电路达到稳定时，导线中的电场是由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成的．这种由稳定分布的电荷所产生的稳定的电场，叫恒定电场．(2)特点：任何位置的电荷分布和电场强度都不随时间变化． 2．恒定电流(1)定义：大小、方向都不随时间变化的电流称为恒定电流．(2)公式：I ＝q t或q ＝It ，其中：I 表示电流，q 表示在时间t 内通过导体横截面的电荷量．(3)单位：安培，简称安，符号A ；常用的电流单位还有毫安(mA)、微安(μA)． 1 A ＝103mA ；1 A ＝106μA．判一判 (1)有电源不一定得到持续的电流，要得到持续的电流除电路中有电源外，电路还必须是闭合的，即必须用导体将电源连接起来．( )(2)电源的作用是在电源内部把电子由负极不断地搬运到正极，从而使电源两极之间有稳定的电势差，电路中形成持续的电流．( )(3)金属导体导电时定向移动的电荷是自由电子，液体导电时定向移动的电荷有正离子和负离子，气体导电时定向移动的电荷有自由电子、正离子和负离子．( )(4)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，电场线与导线表面垂直．( )(5)公式I ＝qt中，q 是通过导体横截面的电荷量，当导体中有正、负电荷同时向相反方向定向移动形成电流时，公式中的q 应为通过导体横截面的正、负两种电荷电荷量的绝对值之和．( )提示：(1)√ (2)× (3)√ (4)× (5)√想一想 电流的方向一定是电荷的定向移动方向吗？方向不变的电流一定是恒定电流吗？提示：不一定．电流的方向与正电荷定向移动的方向相同，与负电荷定向移动的方向相反．恒定电流是指大小和方向都不变的电流，方向不变、大小改变的电流不是恒定电流．做一做 如图所示，一根截面积为S 的均匀长直橡胶棒上均匀地带有负电荷，每米电荷量为q ，当此棒沿轴线方向做速度为v 的匀速直线运动时，由于棒运动而形成的等效电流大小为( )A ．vqB ．q vC ．vqSD ．qv S提示：选A ．经过时间t ，通过右端横截面的电荷量Q ＝qvt ，根据I ＝Q t得I ＝vq ，A 正确．对电流的理解1．电流的形成(1)形成原因：电荷的定向移动． (2)形成条件：导体两端有电压．(3)电路中产生持续电流的条件：电路中有电源且电路闭合．2．电流的方向：规定正电荷定向移动的方向为电流的方向，则负电荷定向移动的方向与电流的方向相反．3．电流的大小(1)定义式：I ＝qt．用该式计算出的电流是时间t 内的平均值．对于恒定电流，电流的瞬时值与平均值相等．(2)两点说明①电解液中正、负离子定向移动的方向虽然相反，但正、负离子定向移动形成的电流方向是相同的，应用I ＝q t求电流时，q 为正电荷总电荷量和负电荷总电荷量的绝对值之和．②q ＝It 是I ＝q t的变形，是求电荷量的重要公式．4．电流是标量：电流虽然有方向，但是它遵循代数运算法则，所以电流不是矢量，而是标量．命题视角1 对电流定义的理解(多选)关于电流的概念，下列说法中正确的是( ) A ．导体中有电荷运动就形成电流B ．电流是一个矢量，其方向就是正电荷定向运动的方向C ．在国际单位制中，电流是一个基本物理量，其单位安培是基本单位D ．对于导体，只要其两端电势差为零，电流也必为零[解析] 导体中有大量的自由电子，总在不停地做无规则运动，没有定向运动，在一段时间t 内，通过导体某一截面的电荷是双向的，其数值又是相等的，电流为零，故A 错误；电流是一个标量，因为其运算不符合矢量运算规则，为了便于研究电流，人们规定正电荷定向运动的方向为电流的正方向，以区别于负电荷的定向运动，故B 错误；在国际单位制中，共有七个基本量，电流是其中之一，故C 正确；对于导体，其两端电势差为零时，导体内无电场，电子不能定向运动，故电流为零，D 正确．[答案] CD命题视角2 定义式I ＝q t的应用(2018·重庆校级期中)如图所示，电解池内有一价的电解液，t s 内通过溶液内截面S 的正离子数是n 1，负离子数是n 2，设元电荷为e ，以下解释中正确的是( )A ．当n 1＝n 2时电流强度为零B ．当n 1>n 2时，电流方向从A →B ，电流强度为I ＝（n 1－n 2）e tC ．当n 1<n 2时，电流方向从B →A ，电流强度为I ＝（n 2－n 1）etD ．溶液内电流方向A →B ，电流强度I ＝（n 1＋n 2）e t[解析] 正电荷定向移动方向就是电流方向，负电荷定向移动的反方向也是电流方向，A 、B 错误；有正、负电荷反向经过同一截面时，I ＝qt公式中q 应是正、负电荷电荷量绝对值之和，故I ＝n 1e ＋n 2et，电流方向由A 指向B ，与正、负电荷的数量无关，C 错误，D 正确． [答案] D不同导体中电流的计算方法(1)金属导体：自由电荷只有自由电子，运用I ＝q t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：自由电荷是正、负离子，运用I ＝q t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)电离状态的气体：自由电荷既有正、负离子，也有自由电子，利用公式I ＝q t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．(4)环形电流：有些电流，并不是导体内电荷的定向移动形成的，如电子绕核运动，经电场加速的粒子流、带电体的运动等，可以通过等效方法用I ＝q t求解等效电流．【题组突破】1．下列有关电源的电路中，导线内部的电场强度的说法正确的是( ) A ．导线内部的电场就是电源所形成的电场B ．在静电平衡时，导线内部的场强为零，而导线外部的场强不为零，所以导线内部的电场不是稳定的C ．因为导线处于电源的电场中，所以导线内部的场强处处为零D ．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，导线内的电荷处于平衡状态，电荷分布是稳定的，电场也是稳定的解析：选D ．导线内部的电场是电源和导线积累电荷所形成的两部分电场的矢量和，稳定后不同于静电平衡(内部场强处处为零)，而是场强大小恒定，方向与导线切线一致，是一种动态的平衡，故A 、B 、C 错，D 对．2．某一探测器因射线照射，内部气体电离，在时间t 内有n 个二价正离子到达阴极，有2n 个电子到达探测器的阳极，则探测器电路中的电流为( )A ．0B ．2ne tC ．3ne tD ．4ne t解析：选D ．由题意可知，在时间t 内通过某横截面的电荷量为n ·2e ＋2n ·e ＝4ne ，故根据电流的定义可知探测器电路中的电流为I ＝q t ＝4net，故选项D 正确． 电流的微观解释1．建立“柱体微元”模型：如图所示，AD 表示粗细均匀的一段导体l ，两端加一定的电压，导体中的自由电荷沿导体定向移动的速率为v ，设导体的横截面积为S ，导体单位体积内的自由电荷数为n ，每个自由电荷的电荷量为q ．2．理论推导：AD 导体中的自由电荷总数：N ＝nlS ．总电荷量Q ＝Nq ＝nlSq ．所有这些电荷都通过横截面D 所需要的时间：t ＝lv ．根据公式q ＝It 可得：导体AD 中的电流：I ＝Q t＝nlSql /v＝nqSv ． 3．影响因素：从微观上看，电流取决于导体单位体积内的自由电荷数、每个自由电荷的电荷量、定向移动速率的大小和导体的横截面积．4．结论：从微观上看，电流取决于导体中单位体积内的自由电荷数、每个自由电荷的电荷量、自由电荷定向移动速率的大小，还与导体的横截面积有关．5．两个公式的比较I ＝q tI ＝nqSv公式性质 定义式 决定式 电流的意义 时间t 内的平均电流 某时刻的瞬时电流 描述的角度大量电荷定向移动的宏观表现形成电流的微观实质联系 由I ＝q t可导出I ＝nqSv 【题组过关】1．(多选)有一横截面积为S 的铜导线，流经其中的电流为I ；设单位体积的导线中有n 个自由电子，电子的电荷量为e ，此电子的定向移动速率为v ，在Δt 时间内，通过导线横截面的自由电子数可表示为( )A ．nvS ΔtB ．nv ΔtC ．I ΔteD ．I ΔtSe解析：选AC ．因为I ＝q Δt ，所以q ＝I ·Δt ，自由电子数目为N ＝q e ＝I Δte，C 正确，D错误；又因为电流的微观表达式为I ＝nevS ，所以自由电子数目为N ＝q e ＝I Δt e ＝nevS Δte＝nvS Δt ，A 正确，B 错误．2．(2018·广东佛山一中高二月考)在显像管的电子枪中，从炽热的金属丝中不断放出的电子进入电压为U 的加速电场，设其初速度为零，经加速后形成横截面积为S 、电流为I 的电子束．已知电子的电荷量为e 、质量为m ，则在刚射出加速电场时，一小段长为Δl 的电子束内的电子个数是( )A ．I ΔleS m 2eU B ．I Δle m 2eU C ．I eSm 2eUD ．IS Δlem 2eU解析：选B ．设电子刚射出电场时速度为v ，长为Δl 的电子束内的电子数为n ，则eU ＝12mv 2 ①I ＝ne Δt ②Δt ＝Δl v③由①②③式解得n ＝I Δle m2eU，故B 正确．[随堂检测]1．现代生活离不开电源，电子表、照相机、移动电话、计算器及许多电子产品，都需要配备各式各样的电源．以下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不断地搬运到正极，从而保持两极之间有稳定的电势差B ．电源的作用就是将其他形式的能转化为电能C ．只要电路中有电源，电路中就一定有电流D ．电源实质上也是一个用电器，也需要外界提供能量解析：选B ．电源的作用是维持正、负极之间有一定的电势差，这需要电源不断地将其内部的负电荷向负极聚集，将正电荷向正极聚集．外电路中自由电子在电场力的作用下向正极移动；在电源内部，需要将正极上的电子搬运到负极，维持电势差不变，故A 错误．从能量转化的角度来看，电源在搬运电荷的过程中，需要克服电场力做功，将其他形式的能转化为电能，故B 正确．若要电路中有电流，不仅需要有电源，还需要电路是闭合的，两者缺一不可，故C 错误．电源是对电路提供能量的装置，故D 错误．2．(多选)如图所示，将左边的铜导线与右边的铝导线连接起来，已知铝导线的横截面积是铜导线横截面积的两倍，在铜导线上取一个截面 A ，在铝导线上取一个截面B ，若在1秒内垂直地通过它们的电子数相等，那么，通过这两个截面的( )A ．电流相等B ．电流不相等C ．自由电子定向移动的速率相等D ．自由电子定向移动的速率不相等解析：选AD ．由电流定义知I ＝q t ＝net，A 正确，B 错误．由电流的微观表达式I ＝nSqv 知，I 、n 、q 均相等，因为S A <S B ，所以v A >v B ，C 错误，D 正确．3．(高考上海卷)重离子肿瘤治疗装置中的回旋加速器可发射＋5价重离子束，其束流强度为1．2×10－5A ，则在1 s 内发射的重离子个数为(e ＝1．6×10－19C)( )A ．3．0×1012B ．1．5×1013C ．7．5×1013D ．3．75×1014答案：B4．已知铜导线中的电流为1 A ，铜导线的横截面积为1 mm 2，求：(1)在1 s 内，有多少个电子通过铜导线的横截面？(电子电荷量e ＝1．6×10－19C)(2)自由电子的平均移动速率多大？(设铜导线中每立方米含有8．5×1028个自由电子) 解析：(1)1 s 内通过铜导线横截面的电荷量为q ＝It ＝1 C ．所以1 s 内通过铜导线横截面的电子个数N ＝q e ＝11．6×10－19(个)＝6．25×1018(个)．(2)由电流的微观表达式I ＝nqSv 得自由电子的平均移动速率v ＝I nqS＝18．5×1028×1．6×10－19×1×10－6 m/s ≈7．35×10－5m/s ． 答案：(1)6．25×1018个 (2)7．35×10－5m/s[课时作业] [学生用书P129(单独成册)]一、单项选择题1．关于电流的说法中正确的是( ) A ．根据I ＝q t，可知I 与q 成正比B ．如果在任何相等的时间内通过导体横截面的电荷量相等，则导体中的电流是恒定电流C ．电流有方向，电流是矢量D ．电流的单位“安培”是国际单位制中的基本单位解析：选D ．依据电流的定义式可知，电流与q 、t 皆无关，选项A 错误；虽然电流是标量，但是却有方向，因此在任何相等的时间内通过导体横截面的电荷量虽然相等，但如果方向变化，电流也不是恒定电流，所以选项B 、C 错误；选项D 正确．2．金属导体内电流增强，是因为( ) A ．导体内单位体积的自由电子数增多 B ．导体内自由电子定向移动的速率增大 C ．导体内电场的传播速率增大 D ．导体内自由电子的热运动速率增大解析：选B ．对于确定的金属导体，单位体积内的自由电子数是一定的，而且导体内电场的传播速率也是一定的，所以A 、C 错误；导体内电流增强是由于自由电子定向移动的速率增大，使得单位时间内穿过导体横截面的电荷量增大，B 正确；导体内自由电子的热运动与电流的大小无直接关系，D 错误．3．一段粗细均匀的铜导线的横截面积是S ，导线单位长度内的自由电子数为n ，铜导线内的自由电子所带的电荷量为e ，自由电子做无规则热运动的速率为v 0，导线中通过的电流为I ．则下列说法中正确的是( )A ．自由电子定向移动的速率为v 0B ．自由电子定向移动的速率为v ＝I neSC ．自由电子定向移动的速率为真空中的光速cD ．自由电子定向移动的速率为v ＝I ne解析：选D ．v 0为电子做无规则热运动的速率，非定向移动速率，故A 错误．对于电流微观表达式I ＝nqSv ，式中n 为单位体积内的自由电子数，而本题中n 为单位长度内的自由电子数，t 时间内通过导线某一横截面的自由电子数为nvt ，电荷量Q ＝nvte ，所以电流I ＝Q t ＝nev ，所以v ＝I ne，故B 、C 错误，D 正确．4．电路中有一电阻，通过电阻的电流为5 A ，当通电5分钟时，通过电阻横截面的电子数为( )A ．1 500个B ．9．375×1019个 C ．9．375×1021个 D ．9．375×1020个解析：选C ．q ＝It ，n ＝q e ＝It e＝9．375×1021个． 5．如图所示的电解池，在1 s 的时间内，共有3 C 的正离子和3 C 的负离子通过截面xy ，则这个电路中的电流是( )A ．0 AB ．1．5 AC ．3 AD ．6 A解析：选D ．电解液中的正、负离子定向移动的方向相反，故它们产生同向的电流，由公式I ＝q t 得，电路中的电流I ＝3＋31A ＝6 A ，故D 正确．6．(2018·重庆市万州二中高二期中)北京正负电子对撞机的储存环是周长为240 m 的近似圆形轨道．当环中电子以光速的110流动而形成10 mA 的电流时，环中运行的电子数目为(已知光速c ＝3×108m s ，电子电荷量e ＝1．6×10－19C)( )A ．5×1010B ．5×1011C ．1×102D ．1×104解析：选B ．电子运动一周所需要的时间：t ＝240110×3×108 s ＝8×10－6s在圆形轨道上任取一横截面，则在t 时间内整个环中的电子刚好都通过该截面，故环中具有电子的电量为：q ＝It ＝10×10－3×8×10－6 C ＝8×10－8 C环中具有电子数N ＝q e ＝8×10－81．6×10－19个＝5×1011个．7．铜的摩尔质量为m ，密度为ρ，每摩尔铜原子有n 个自由电子，今有一根横截面积为S 的铜导线，当通过的电流为I 时，电子平均定向移动速率为( )A ．光速cB ．I neS C ．IρneSmD ．mIneSρ解析：选D ．假设电子定向移动的速率为v ，那么在t 时间内通过导体横截面的自由电子数相当于在体积vtS 中的自由电子数，而体积为vtS 的铜的质量为vtSρ，摩尔数为vtSρm，所以电量q ＝vtSρne m ，I ＝q t ＝vSρne m ，于是得：v ＝ImneSρ． 二、多项选择题8．关于电流的方向，下列说法中正确的是 ( )A ．电源供电的外部电路中，电流的方向是从高电势一端流向低电势一端B ．电源内部，电流的方向是从高电势一端流向低电势一端C ．电子运动形成的等效电流方向与电子运动方向相同D ．电子运动形成的等效电流方向与电子运动方向相反解析：选AD ．在电源的外部电路中，电流从正极流向负极，在电源内部，电流从负极流向正极，电源正极电势高于负极电势，所以A 正确，B 错误；电子带负电，电子运动形成的电流方向与电子运动的方向相反，C 错误，D 正确．9．给一粗细不均匀的同种材料制成的导体通电，下列说法正确的是( )A ．粗的地方电流大，细的地方电流小B ．粗的地方电荷定向移动速率大，细的地方小C ．各处的电流大小相同D ．粗的地方电荷定向移动速率小，细的地方大解析：选CD ．同一根导线上的电流相等，故C 对；由I ＝nqSv 可得v ＝I nqS ，故D 对． 10．(2018·福建宁德一中高二检测)半径为 R 的橡胶圆环均匀带正电，总电荷量为Q ，现使圆环绕垂直环所在平面且通过圆心的轴以角速度ω匀速转动，则由环产生的等效电流应满足( )A ．若ω不变而使电荷量Q 变为原来的2倍，则电流也将变为原来的2倍B ．若电荷量Q 不变而使ω变为原来的2倍，则电流也将变为原来的2倍C ．若使ω、Q 不变，将橡胶环拉伸，使环半径增大，电流将变大D ．若使ω、Q 不变，将橡胶环拉伸，使环半径增大，电流将变小解析：选AB ．截取圆环的任一截面S ，如图所示，在橡胶圆环运动一周的时间 T 内，通过这个截面的电荷量为Q ，则有：I ＝q t ＝Q T ，又 T ＝2πω，所以I ＝Qω2π．分析各选项可知本题选A 、B ． 三、非选择题11．如图所示，在NaCl 溶液中，正、负电荷定向移动，方向如图中所示，若测得2 s 内分别有1．0×1018个Na ＋和Cl －通过溶液内部的横截面M ，溶液中的电流方向如何？电流为多大？解析：NaCl 溶液导电是靠自由移动的Na ＋和Cl －，它们在电场力作用下向相反方向运动．因为电流方向为正电荷定向移动的方向，故溶液中电流方向与Na ＋定向移动的方向相同，即由A 流向B ．Na ＋和Cl －都是一价离子，每个离子的电荷量为e ＝1．6×10－19 C ，NaCl 溶液导电时，Na ＋由A 向B 定向移动，Cl －由B 向A 定向移动，负离子的运动可以等效地看做正离子沿相反方向的运动，可见，每秒钟通过横截面M 的电荷量为两种离子电荷量的绝对值之和，则有I ＝q t ＝|q 1|＋|q 2|t＝ 1．0×1018×1．6×10－19＋1．0×1018×1．6×10－192 A ＝0．16 A ．答案：由A 流向B 0．16 A12．某品牌手机在待机工作状态时，通过的电流是4微安，则该手机一天时间内通过的电荷量是多少？通过的自由电子个数是多少？解析：通过的电荷量为：q ＝It ＝4×10－6×24×3 600 C ≈0．35 C通过的电子个数为：N ＝q e ＝0．351．6×10－19个≈2．19×1018个． 答案：0．35 C 2．19×1018个。
人教版高中物理选修3-1第1节电源和电流
第1节电源和电流
1.电源的作用是能保持导体两端的电压，使电路中有持
续电流。
2．恒定电流是指大小和方向都不随时间变化的电流，
产生电流的条件是导体内有自由电荷，且导体两端
存在电压。
3．电流的大小为I ＝q t
，方向规定为正电荷定向移动的 方向。
负电荷定向移动的方向与电流方向相反。
电 源 [自学教材]
(1)如图2－1－1所示，带有正、负电荷的A 、B 两个导体，若
用一条导线连接，则导线中的自由电子在静电力的作用下定向移动，
B 失去电子，A 得到电子，A 、B 之间的电势差很快消失，两导体成
为等势体，在导线中形成瞬时电流。
(2)电源：就是在A 、B 两个导体之间连接的一个装置，它能源 图2－1－1
源不断地把经过导线流到A 的电子取走补给B ，使A 、B 两个导体始终保持一定数量的正、负电荷，维持一定的电势差，使电路中形成持续的电流。
电源就是把电子从A 搬到B 的装置。
(3)形成电流的条件：一是要有自由移动的电荷；二是导体两端存在电势差。
[重点诠释]
1．电源的作用
(1)从电荷转移的角度看，电源的作用是使电路中的自由电荷持续地定向移动。
(2)从能量转化的角度看，搬运电荷的过程是非静电力做功的过程，从而将其他形式的能转化为电能。
高中物理选修三2.1电源和电流
2．恒定电流： (1)恒定电流：大小、方向都不随___时__间___变化的电流．
(2)电流． ①定义：通过导体横截面的_电__荷__量___与通过这些电荷量所用 __时__间____的比值． q ②表达式：I＝____t ____. ③物理意义：表示电流的___强__弱___程度． ④单位：__安__培____，简称安，符号是 A.常用的单位还有： __毫__安____、__微__安____.1 A＝____1_0_3 __ mA＝___1_0_6___ μA. ⑤方向：规定_正__电 ___荷__定向移动的方向为电流的方向．
答案：D
4．如图所示是某同学电解硫酸铜的实验装置，他从电流表读 出的读数为 0.6 A，如果忽略时间流逝引起的回路中电流的变化， 请你帮他计算一下一昼夜可析出多少个铜离子．
解析：一昼夜流过电路的总电荷量 Q＝It＝0.6×24×60×60 C≈5.2×104 C，因一个铜离子带两个正电荷，则析出的铜离子数约 为 n＝2×51.2.6××11004－19≈1.63×1023 个．
【解析】 NaCl 溶液导电是靠自由移动的 Na＋和 Cl－，它们在 静电力作用下向相反方向运动，故溶液中电流方向与 Na＋定向移动 的方向相同，即由 A 指向 B.
Na＋和 Cl－都是一价离子，每个离子的电荷量为 e＝1.6×10－19 C，NaCl 溶液导电时，Na＋由 A 向 B 定向移动，Cl－由 B 向 A 运动， 负离子的运动可以等效地看做正离子沿相反方向的运动，所以，每
(3)横截面的选取是任意的，但必须在垂直电流的方向上． (4)电流的大小与横截面的大小无关．
变式训练 1 (多选)半径为 R 的橡胶圆环均匀带正电，总电荷 量为 Q，现使圆环绕垂直环所在的平面且通过圆心的轴以角速度 ω 匀速转动，则由环产生的等效电流( )
人教版高二物理选修：电源和电流
电流方向不能确定 C．不论何种导体，电流的方向规定为正电荷定
向移动的方向 D．电流的方向有时与正电荷定向移动的方向相
同，有时与负电荷定向移动的方向相同
C
人教版 高二物理 选修3-1 第二章：2.1 电源和电流(共15张PPT)
2.氢原子的核外只有一个电子，设电子在离 原子核距离为R的圆轨道上做匀速圆周运动。 已知电子的电荷量为e，运动速率为v，求电 子绕核运动的等效电流多大？
二.恒定电流 人教版 高二物理 选修3-1 第二章：2.1 电源和电流(共15张PPT)
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
电场强度不变
自由电子在各个位置的定向运动速率也不变
人教版 高二物理 选修3-1 第二章：2.1 电源和电流(共15张PPT)
串一个电流表,读数不会变
人教版 高二物理 选修3-1 第二章：2.1 电源和电流(共15张PPT)
一.电源
思考与讨论：如图分别带正负电荷的A，B
两导体球，如果用一条导线将他们连接起
来，A，B之间电势差会发生什么变化？最
后，A，B导体会达到什么状态？导线中能
否出现电流？这个电流有什么特点？
-
-如何使电路
中有持续电
+ ++ + A+ + ++
__
_ _
B _
_ _
A
流呢？
B
电势很快降低，最终A，B导体会达到静 等势体 电平衡状态，导线中的电流只是瞬时的。
三、电流的微观表达式
推导：
ห้องสมุดไป่ตู้
一段粗细均匀的导体长为l,两端加一定的电压，自由电
人教版高二物理选修3《电源和电流》评课稿
人教版高二物理选修3《电源和电流》评课稿一、课程背景与意义《电源和电流》是高中物理选修3课程的重要内容之一。
通过学习本课程，学生将深入理解电源、电流的基本概念、性质和应用，并且掌握相关的计算方法。
电源和电流作为电路的基础，是后续学习电路的重要基础，为学生进一步学习电路提供了坚实的基础。
电源和电流是现实生活中不可或缺的部分，我们身边的各种电器、设备都离不开电源和电流的供应。
因此，通过学习本课程，可以帮助学生理解和应用电源和电流的原理，提高他们的科学素养和实际应用能力。
二、评课内容分析1. 教材内容分析本章节主要包括以下几个方面的内容： - 电源和电动势：介绍电源的概念和分类，并讲解电动势的定义和计算方法； - 电源的内阻和电动势的测量：介绍电源内阻的概念和影响，以及测量电动势的方法和实验； - 串联和并联电源：介绍串联和并联电源的基本原理和特点，并讲解计算方法； - 电流的定义和测量：介绍电流的定义和计算方法，以及测量电流的仪器和方法； - 电阻和电阻率：介绍电阻的概念、计算方法和测量原理，并引入电阻率的概念； - 欧姆定律：介绍欧姆定律的内涵，以及应用欧姆定律解决电路中的问题。
2. 教学目标分析通过本章节的学习，学生应该达到以下教学目标： - 理解电源和电动势的概念，能够计算电动势和测量电源的内阻； - 了解串联和并联电源的特点和计算方法； - 理解电流的定义和计算方法，掌握电流的测量技术； - 理解电阻和电阻率的概念，能够计算电阻和测量电阻； - 掌握欧姆定律的内涵，并且能够应用欧姆定律解决相关问题。
3. 教学方法与手段分析•讲授法：通过教师进行知识的讲解，引导学生理解和掌握相关概念和原理。
•实验法：通过实验展示电源和电流的基本现象和实验操作，提高学生的实验探究能力。
•示范法：通过示范实际操作，帮助学生学习电流的测量和电阻的测量技术。
•讨论法：通过讨论解决实际问题，激发学生的思维和创造力。
•归纳法：通过归纳总结，帮助学生理解和应用所学知识。
第11章 第1节 电源和电流 新教材高中物理必修第三册(人教版)(解析版)
(2)当导体中有正、负电荷同时向相反的方向定向移动形成电流时，公式中的 q 应为通
过导体横截面的正、负两种电荷的电荷量绝对值之和．
(3)横截面的选取是任意的，电流的大小与横截面无关．
[训练 1] 电路中有一电阻，通过电阻的电流为 5 A，当通电 5 分钟时，通过电阻横截
面的电子数为( ) A．1 500 个 C．9.375×1021 个
5
与导体的横截面积有关． 3．区别三种速率 (1)电子定向移动的速率：电流就是由电荷的定向移动形成的．电流 I＝nqSv 中的 v 就
是自由电子定向移动的速率，大小约为 10－4 m/s． (2)电子热运动的速率：导体内部电子在不停地做无规则热运动，不能形成电流，大小
约为 105 m/s． (3)电流传导的速率：等于光速．
的电荷量为 e，今有一根横截面积为 S 的铜导线，通过电流为 I 时，电子定向移动的平均速
率为( )
A．光速 c
B． I neS
C． ρI neSm
D． mI neSρ
D [设电子定向移动的速率为 v，那么在 t 秒内通过导体横截面的自由电子数相当于在
体积 vtS 中的自由电子数，而体积为 vtS 的铜的质量为 vtSρ，摩尔数为vtSρ，自由电子数为 m
之间的关系．
一、电源 1．电源维持导体(或电路)两端有一定的电势差． 2．在闭合电路中，电源能把电子从电源的正极搬运到电源的负极． [判断] (1)电源的两极间存在一定的电势差．(√) (2)电源能把正电荷从正极搬到负极．(×) (3)电源的作用就是将其他形式的能转化为电能．(√) 二、恒定电流 1．恒定电场 (1)定义：由电路中稳定分布的电荷所产生的稳定的电场． (2)形成：当电路达到稳定时，导线中的电场是由电源、导线等电路元件所积累的电荷 共同形成的． (3)特点：任何位置的电荷分布和电场强度都不随时间变化． 2．恒定电流 (1)定义：大小、方向都不随时间变化的电流． (2)电流 ①定义：通过导体横截面的电荷量与通过这些电荷量所用时间的比值．
电源和电流—人教版高中物理选修课件1
2.1 电源和电流—人教版高中物理选修3-1课 件(共2 0张PPT )
假设在电源正、负极之间连一根 Ft
F
导线
Fn
N
M
E0
+ ++ + A+
+ -+ +
2.1 电源和电流—人教版高中物理选修3-1课 件(共2 0张PPT )
1. 电流： 电荷的定向移动Fra bibliotek成电流。 电荷的热运动，从宏观上看，不能形成电流。
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电流电荷的定向移动形成电流。
+ ++
+ A+ + ++
-
__
_ _
B _
_ _
-
A
B
导体中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。
总结：
一、电源 产生电流的条件. 电源及其作用. 导线中电场的特点:(恒定电场) 二、恒定电流 电流强度的定义：I=q/t 物理意义:表示电流强弱和方向的物理量. 电流强度的单位：安培 A、mA、uA
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一、电 源
1.定义：能把自由电子从正极搬到负极的装置。
高中物理新课标版人教版选修3-1优秀教案：电源和电流
第二章恒定电流全章教学内容分析本章介绍电路的基本概念和规律，在物理学发展史上，从静电到电流(动电)有一个辩证的发展过程，从内容上来说，本章和上一章有着必然的内在联系。
首先，电路中的电压概念就是静电学中的电势差，导体中的电场也是在静电场基础上引入的电流场(动态的恒定电场)，而自由电荷在导体中的定向移动，则简化为带电粒子在电场力作用下的定向移动。
其次，无论电场还是电路，都共同遵守能量守恒这一物理学的基本规律。
从电源、电动势、部分电路的电功和电热，到闭合电路欧姆定律、电源的总功率、输出功率和内电路消耗的功率，都是能量守恒的具体体现。
本章是电学实验的核心，教材提供了大量的探究性学习素材，为学生的自主学习和理解科学探究的基本方法创造了条件。
本章设计了四个学生分组实验，即“测定金属的电阻率(同时练习使用螺旋测微器)”“描绘小电珠的伏安特性曲线”“测定电源的电动势和内阻”和“练习使用多用电表”，除此以外，还设计了若干演示实验及课内外做一做、设计与探究、调查与分析等内容，供课堂内外灵活使用。
课标要求1．内容标准(1)观察并尝试识别常见的电路元器件，初步了解它们在电路中的作用。
(2)初步了解多用电表的原理。
通过实际操作学会使用多用电表。
例1：以多用电表代替学生用电表进行各种电学实验。
例2：以多用电表为测量工具，判断二极管的正负极，判断大容量电容器是否断路或者漏电。
(3)通过实验探究决定导线电阻的因素，知道电阻定律。
(4)知道电源的电动势和内阻，理解闭合电路的欧姆定律。
(5)测量电源的电动势和内阻。
(6)知道焦耳定律，了解焦耳定律在生活和生产中的应用。
例3：观察常见电热器的结构，知道其使用要点。
(7)通过实验观察门电路的基本作用。
初步了解逻辑电路的基本原理及其在自动控制中的应用。
(8)初步了解集成电路的作用。
关注我国集成电路等元器件研究的发展情况。
2．活动建议(1)分别描绘电炉丝、小灯泡、半导体二极管的IU特性曲线，对比它们导电性能的特点。
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新 人 教 版 高 中物理 选修-电 源和电 流
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例1、一条导线中的电流为1.6A，在1s内通过这条 导线某一横截面的电子有多少个？
例2、原子中的电子绕核运动可以等效为环形电流。 设氢原子的电子以速率v在半径为r的圆轨道上绕核运 动，电子的电荷量为e，等效电流多大？
恒定电场不是静电场，此处与静电屏蔽相区别。
（2）接通电源后，导体内恒定电场以光速建立， 这是自由电荷在导体中定向移动的原因。
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三、恒定电流 恒定电场 处处场强恒定 自由电子定向运动的平均速率不变
（电子在恒定电场中加速、碰撞、减速、…） 串联一个电流表，读数不会变 恒定电流
1、定义
这种由稳定分布的电荷所产生的稳定的电场，称 为恒定电场。
2、性质：在恒定电场中，任何位置的电荷分布和电 场强度都不随时间变化，所以它的基本性质与静电场 相同。在静电场中所讲的电势、电势差及其与电场强 度的关系等，在恒定电场中同样适用。
注意： （1）恒定电场中，导线内场强方向平行于导线， 场强≠0。
A
抽水机
B
水池
抽水机把低水位的水送 到高水位去，保持了两侧液 面高度差，容器中形成了持 续的循环水流。
+ ++ + A+ + ++
-
-
-
_ __
_ _
B _
_ _
P
-
电源P把跑到A的电子再搬 回B，保持了AB之间的电势差， 电路中形成了持续的电流。
2、电源 （1）能不断把自由电子从正极搬到 负极的装置。
若左侧为铜导线，右侧为铝导线，那么，通过这两 截面的电流的大小关系是 IA=IB 。 电子的定向移动速率vA=2vB？
vnIeSM N IAeSS IM N Ae7.51 05m/s
自由电子定向移动的速度极小，为何一开开关， 灯马上能亮呢？
自由电子定向移动速率≠形成电流速率
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辨析三个速率： （1）形成电流的速率（电流的传导速率、建立电 场的速率）：等于光速，数量级为108 m/s
例题：有一条横截面积S=1mm2的铜导线，通过的电 流I=1A，已知铜的密度ρ=8.9×103kg/m3，铜的摩尔 质量M=6.4×10-2kg/mol，阿伏加德罗常数 NA=6.02×1023mol-1，电子的电量e=−1.6×10-19C，求： 铜导线中自由电子定向移动的速率v。可认为铜导线 中平均每个铜原子贡献一个自由电子。
电流方向呢？ 与电子绕行方向相反
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例3、在显像管的电子枪中，从炽热的金属丝不断放 出的电子进入电压为U的加速电场，设其初速度为 零，经加速后形成横截面积S、电流为I的电子束。 已知电子的电量为e，质量为m，则在刚射出加速电 场时，一小段长为∆l的电子束内的电子数是多少？
第二章 恒定电流
§2、1 电源和电流
一、电流的形成与电源 1、电流 电荷的定向移动形成电流
电荷的热运动，从宏 观上看，不能形成电流。
-
-
+ ++ + A+ + ++
___
_ _
B _
_ _
A
B
达到等势，电流消失
形成电流的条件： 导体内有可自由移动的电荷，导体两端有电势差。
形成持续电流的条件： 导体两端一直有电势差。
（2）作用：
保持导体两端的电势差（电压），使电路有持续 的电流。
从能量转化角度看，电源搬运电荷的过程是非静 电力做功的过程，将其他形式能量转化为电能。
二、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。
（2）无规则热运动的速率：与温度有关，常温下 电子热运动速率的数量级约为105 m/s
（3）电荷定向移动速率：很小，约10－5 m/s 导体在导电时，只不过是自由电荷在速率巨大
的无规则热运动基础上附加一个很小的定向移动速 率而已。
新人教版高中物理选修-电源和电流
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例1、如图所示，将左、右两段截面积不等的铜导 线连接起来，已知截面面积 SB=2SA ，若在1s内垂 直地通过它们的电子数相等，那么，通过这两截 面的电流的大小关系是 IA=IB ， 电子的定向移动速率 vA=2vB 。
新 人 教 版 高 中物理 选修-电 源和电 流
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三、恒定电流
1、定义：大小和方向都不随时间变化的电流
2、方向: 与正电荷定向移动方向相同 与负电荷定向移动方向相反
标量
3、大小： I q t
q ：时间 t 内通过导体横截面的电荷量
4、单位：安培（A） 1A=1C/s 国际单位制中的基本物理量I、基本单位A。
荷所带的电荷量，S为导体横截面积，v为自由电 荷定向移动速率
AD导体中的自由电荷总数： NnlS
总电荷量 QNqnlSq
所有这些电荷都通过截面D所需要的时间 t l v
所以导体AD中的电流： I QnlSqnqSv t l/v
由此可知决定电流大小的微观因素。
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新 人 教 版 高 中物理 选修-电 源和电 流
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例4、在金属导体中，若10s内通过横截面的电荷量 为10C，则导体中的电流为 I = 1 A；某电解槽 横截面积为0.5m2，若10s内沿相反方向通过横截面 的正、负离子的电荷量均为10C，则电解液中的电 流为 I = 2 A。
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电解液导电时电流的计算：
通过每个截面的正负电荷电量绝对值之 和是相等的，但是在不同的截面上正负 电荷的分配比例不同。
新人教版高中物理选修-电源和电流
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5、电流的微观表达式的推导 n为单位体积的自由电荷数，q是每个自由电