11.1 电源和电流（23张PPT）课件 2024-2025学年高一物理人教版（2019）必修第三册

(共23张PPT)
第十一章 电路及其应用
第1节 电源和电流
雷鸣电闪时，强大的电流使天空发出耀眼的闪光，但它只能存在于一瞬间，而手电筒的小灯泡却能持续发光，这是为什么？
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。
01 电源
用导线连接两个分别带正、负电荷的导体，导线中有没有电流通过？为什么？
-
H
A
B
产生瞬时电流
1.导体产生电流的条件：
(1)导体内有自由电子
(2)导体两端有电势差
思考：怎么样才能得到持续的电流呢？
水流
水势A
水势B
瞬时的水流
类比连通管的水流
抽水机
水流
水势A
水势B
持续的水流
AB导体之间装上“抽水机P”
瞬时的电流
持续的电流
2.电源
(1)定义：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。
搬运电荷的过程就是克服静电力做功，从其他形式的能转化为电能。
3.常见的电源
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
02 恒定电流
1.恒定电场
(1)形成：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。
(2)定义：由稳定分布的电荷产生稳定的电场称为恒定电场。
(3)特点：①恒定电场 ≠ 匀强电场；
②任何位置的电场都不随时间变化；
③导体内恒定电场方向沿导体切线方向；
本质：动态平衡
2.恒定电流：大小、方向都不随时间变化的电流。
导体中自由电荷定向移动的原因
-
-
+
A
+
+
+
+
+
+
+
_
_
_
B
_
_
_
_
_
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
由于恒定电场的作用,导体中自由电荷定向运动的速率增加;而在运动过程中会与导体内不动的粒子碰撞从而减速,因此自由电荷定向运动的平均速率不随时间变化.如果我们在这个电路中串联一个电流表,电流表的读数保持恒定。
恒定电流：大小、方向都不随时间变化的电流
（3）公式：
（2）物理意义:表示电流的强弱程度
（1）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）单位:
国际单位
安培(A) 1A=1C/s
常用单位：毫安（mA）、微安（μA）
定义式：适用于任何电荷定向移动形成的电流
2.恒定电流
（5）说明:
①电流方向：规定正电荷定向移动的方向为电流方向。
在电源外部,电流从正极流向负极；电源的内部,电流从负极流向正极；
②金属导体中电流的方向与自由电子定向移动的方向相反。
③电解液中正、负离子定向移动方向虽然相反，但正、负离子定向移动形成的电流方向是相同的，此时：
④电流强度虽然有大小和方向，是标量。
I
（1）建立模型：一段粗细均匀的导体长为l，两端加一定的电压，自由电荷定向移动的速率为v，设导体的横截面积为S，导体每单位体积内的自由电荷数为n，每个自由电荷量为q。
（2）理论推导
故导体AB中的电流
导体中的自由电荷数
总电荷量
所有这些电荷通过横截面所需要的时间
l
S
3.电流的微观表达式
【例题】有一条横截面积S=1 mm2的铜导线,通过的电流I=1 A,已知铜的密度ρ=8.9×103kg/m3,铜的摩尔质量M=6.4×10-2 kg/mol,阿伏加德罗常数NA=6.02×1023 mol-1,电子的电量e=-1.6×10-19 C,求铜导线中自由电子定向移动的速率。可认为铜导线中平均每个铜原子贡献一个自由电子。
【解析】设自由电子在导线内定向移动的速率是v。取一段导线（如图），自由电子从它的左端定向移动到右端的时间为t，则这段导线的长度为vt，体积为vtS，质量为ρvtS，则这段导线中的原子数为
则这段导线中的自由电子数也为n，
t时间内通过导体横截面的电荷量:
把这个式子代入 ,得
解得
vt
v
S
v
（3）三种速率的比较：
比较项 物理意义 速度/(m·s-1)
自由电子定向移动的平均速率　 金属导体内自由电子的定向移动形成电流，电流与自由电子定向移动的平均速率的关系为 I＝neSv 10－4
电流的传导速率 等于光速。电路接通，导线内以光速c形成恒定电场，各处的自由电子几乎同时开始定向移动形成电流。 3×108
电子热运动的速率 导体内电子不停地做无规则的热运动，由于向各个方向运动的机会均等，不能形成电流。 105
1.关于电源的作用，下列说法中正确的是（ ）
A.它能为电路持续地提供自由电荷；
B.它能直接释放出电能；
C.它能保持导体两端的电压，使电路中有持续的电流；
D.它能使自由电荷运动起来。
C
2.关于导体中的电场，下列说法中正确的是（ ）
A.它是由电源两极在空间直接形成的；
B.它是导线上的堆积电荷所形成的；
C.导线内的电场线最终和导线平行；
D.它的分布随着电荷的移动而随时间变化。
C
3.如图所示的是电解池，在1s的时间内，共有3C的正离子和3C的负离子通过截面xy，则这个电路中的电流大小是（　　）
A．0 B．1.5 A
C．3 A D．6 A
D
4.有一条横截面积为S的导体，通过的电流为I，该导体内单位长度内自由电荷数为n，每个自由电荷的电量为q，以下说法中正确的是（ ）
A.该导体自由电荷定向移动的速率为 ，该速率很小，远小于光速
B.该导体自由电荷定向移动的速率为 ，该速率很大，等于光速
C.该导体自由电荷定向移动的速率为 ，该速率很小，远小于光速
D.该导体自由电荷定向移动的速率为 ，该速率很大，等于光速
A