11.1 电源和电流（21张PPT）课件 2024-2025学年高一物理人教版（2019）必修第三册

(共21张PPT)
第十一章 电路及其应用
第1节 电源和电流
电闪雷鸣时，强大的电流使天空不时发出耀眼的闪光，但它只能存在于一瞬间，而手电筒中的小灯泡却能持续发光，这是为什么？
提示：雷电是云层间或云层与地之间的电压达到一定值时将空气击穿所产生的放电现象，所形成的电流是瞬时电流。
手电筒中因为电源的作用，小灯泡中有持续电流而持续发光。
1.了解形成电流的条件，知道电源的作用和导体中的恒定电场。
2.理解电流的定义，知道电流的单位和方向；理解恒定电流。
3.会推导电流的微观表达式，理解导体中中电荷的定向移动与电流之间的关系。
知识点一：电源
-
B
A
-
A
+
+
+
+
+
+
+
+
_
B
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_
当导体两端存在电压时，导体内建立了电场，导体中的自由电荷在电场力的作用下发生定向移动，形成电流。
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。
A
B
连通器
水势A
水势B
抽水机
水流
正极
负极
1.电源：能把自由电子从正极搬到负极的装置；
2.作用:保持导体两端的电势差(电压),使电路有持续的电流。
-
-
-
+
A
+
+
+
+
+
+
_
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B
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P
-
-
+
电源相当于抽水机
电源中电势高的一极是正极，电势低的一极是负极。
太阳电池
干电池
铅蓄电池
锂电池
电源是如何做到让导线电流持续的呢
？
导体中自由电荷定向移动的原因
-
-
+
A
+
+
+
+
+
+
+
_
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_
B
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_
_
_
P
M
N
E0
F
Fn
Ft
M
N
E0
E
E′
M
N
E
导线内很快形成沿导线方向的稳定电场
知识点二：恒定电源
1.恒定电场：
（1）定义：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——恒定电场。
（2）特点：任何位置的电荷分布和电场强度都不会随时间变化，基本性质与静电场相同;
（3）适用情况：在静电场中所讲的电势、电势差及其与电场强度的关系同样适用于恒定电场。
2.恒定电流
大小方向都不随时间变化的电流称为恒定电流。
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
串一个电流表,读数不会变
恒定电流
(1)恒定电流概念：大小方向都不随时间变化的电流称为恒定电流。
(3)物理意义:表示电荷流动的强弱程度（反映了电流的强弱程度的物理量）
(2)定义:通过导体横截面的电荷量q跟通过这些电荷量所用时间t的比值叫做电流。（单位时间内通过导体横截面积的电荷量）
(4)符号及单位：符号是I，单位有安培、毫安、微安(单位符号分别为A、mA、μA)．
1mA=10-3A 1μA=10-6A
－
＋
＋
＋
（5）方向：
－
－
效果一样
哪边算是电流方向呢？
正电荷定向移动的方向
金属导体
－
－
－
与自由电子定向移动方向相反。
电解液
与正离子定向移动方向相同，与负离子定向移动方向相反。
注意：电流是标量，可以直接相加减。
3.电流的微观解释
①建立模型
如图所示，AB表示粗细均匀的一段导体，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.设导体的长度为L，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推导
导体AB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所需要的时间：t=
导体AB中电流为I===nqSv
③结论
由此可见，从微观上看，电流决定于导体中单位体积内的自由电荷数、自由电荷的电荷量、导体的横截面积以及自由电荷定向移动的速率。
I=nqSv
思考：既然电子的定向运动速率很小，为什么闭合开关时电路中的电灯立刻就亮了呢？
实际上，闭合开关的瞬间，电路中的各个位置以光速迅速建立了电场。随着电场的建立，电路中各处的自由电子在静电力的作用下几乎同时开始做定向移动，整个电路也就几乎同时形成了电流。
电子定向移动的速率约10-5m/s
电子热运动的平均速率105m/s
电场的传播速率3×108m/s
4.三种速率
电动汽车中的电池
电池放电时能输出的总电荷量叫作电池的容量，通常以"安时"（A·h）或"毫安时"（mA·h）作单位。单体锂离子电池的容量极为有限，为了满足需要，常用由若干单体锂离子电池构成的电池组。
STSE
1.关于电流，下列说法中正确的是 （ ）
A.通过导体截面的电量越多，电流越大
B.电子运动的速率越大，电流越大
C.单位时间内通过导体截面的电量越多，导体中的电流越大
D.因为电流有方向，所以电流是矢量
C
2.雷击，指打雷时电流通过人、畜、树木、建筑物等而造成杀伤或破坏，其中一种雷击形式是带电的云层与大地上某点之间发生迅猛的放电现象，叫作“直击雷”。若某次发生“直击雷”前瞬间云层所带的电荷量为8C，雷击时放电时间为200μs，则此次雷击时的平均电流为（　　）
A．0.04A B．4×104A C．0.08A D．8×104A
B
3．在一段导体两端加上电压，已知在10s内通过此导体横截面的电荷量是4C，则通过这段导体的电流是（　　）
A．40A B．2.5A
C．0.4A D．14A
C
4.有一横截面积为S的铜导线，流经其中的电流强度为I；设每单位体积的导线中有n个自由电子，电子的电量为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 Δt
B．nv·Δt
C．IΔt /e
D． IΔt /eS
AC
1．电源的定义：能把电子从A搬运到B的装置。
2.电源的作用：保持导体两端的电势差使电路有持续的电流。
3.恒定电流
（1）把大小、方向都不随时间变化的电流叫作恒定电流。
（2）公式：
（3）方向：导体内正电荷定向移动的方向为电流的方向。
4.金属导体中电流的计算式： I=neSV