《学霸笔记 同步精讲》第11章 电路及其应用 1.电源和电流（课件）高中物理人教版必修三

(共44张PPT)
1.电源和电流
课标定位
1.了解电流的形成,知道电源的作用和导体中的恒定电场。
2.知道电流的概念及单位、方向的规定,理解恒定电流。
3.理解电流形成的微观实质。
素养阐释
1.理解电源、电流的概念,培养物理观念。
2.通过对电荷在静电力作用下定向移动的分析,理解形成电流的条件,培养科学思维。
3.通过运用公式 和I=nqSv分析、处理问题,培养科学态度。
自主预习·新知导学
合作探究·释疑解惑
课 堂 小 结
随 堂 练 习
自主预习·新知导学
一、电源
1.概念:电路中把在静电力作用下移动到导体A的电子搬运到导体B的装置。
2.作用:维持电路两端有一定的电势差,使闭合电路中保持持续的电流。
二、恒定电流
1.恒定电场
(1)概念:由稳定分布的电荷所产生的稳定的电场。
(2)形成:A、B周围空间的电场是由电源、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会随时间变化,基本性质与静电场相同。
2.电流
(1)概念:电荷的定向移动形成电流。
(2)物理意义:反映了电流的强弱程度。
(3)符号及单位:
电流用符号I表示,单位是安培,符号为A。常用单位还有毫安 (mA)和微安(μA),1 A=103 mA=106 μA。
(5)电流的方向:规定正电荷定向移动的方向或负电荷定向移动的反方向为电流方向。
3.恒定电流
大小、方向都不随时间变化的电流叫作恒定电流。
三、电流的微观表达式
表达式I=nqSv,n为导体单位体积内的自由电荷数,q为每个自由电荷的电荷量。
【思考讨论】
1.判断下列说法的正误。
(1)电源的作用就是将其他形式的能转化为电能。(　　)
(2)恒定电场的电场强度不变化,一定是匀强电场。(　　)
(3)电流既有大小,又有方向,是矢量。(　　)
(4)电流越大,单位时间内通过导体横截面的电荷量就越多。
(　　)
√
×
×
√
2.如何使电路中存在持续电流
提示:首先保持电路闭合,其次是电路中接有电源,保持电路存在一定的电势差。
3.有同学认为“只有导体中才可以有电流”,谈一谈你的认识。
提示:电荷定向移动形成电流,不论是导体内还是其他空间只要有电荷定向移动就可以形成电流,如氢原子中核外电子做匀速圆周运动时,形成一环形电流等。
合作探究·释疑解惑
知识点一
知识点二
电流的理解和计算
问题引领
如图所示,在装有导电液体的细管中,有正、负两种电荷向相反的方向运动,在时间t内通过细管某截面的正电荷为q1,通过此截面的负电荷为q2。

(1)确定通过导电液体中电流的方向。
(2)计算导电液体中电流的大小。
提示:(1)电流方向为正电荷定向移动方向或负电荷定向移动的反方向,故导电液体中电流方向为由左向右。
归纳提升
1.电流的形成
电荷的定向移动形成电流。当把导体和电源连接后,导体中形成恒定电场,导体中的自由电荷在静电力的作用下定向移动形成电流。
(1)产生电流的条件:导体两端有电势差。
(2)形成持续电流的条件: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,金属导体中自由移动的电荷是自由电子,故电流的方向与自由电子定向移动的方向相反。
3.电流的大小
(1)公式 求出的是电流在时间t内的平均值,对于恒定电流其瞬时值与平均值相等。
(2)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 时,q为正电荷总电荷量和负电荷总电荷量的绝对值之和。
(3)q=It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。
典型例题
【例题1】 如图所示,电解池内有一价的电解液,时间t内通过溶液内截面S的正离子数是n1,负离子数是n2,设元电荷为e,下列说法正确的是(　　)
A.当n1=n2时电流为零
D
计算电流大小的三种方法
1.金属导体中电流的计算
金属导体中的自由电荷只有自由电子,运用 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.电解液中电流的计算
电解液中的自由电荷是正、负离子,运用 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.环形电流的计算
环形电流的计算采用等效的观点分析。所谓等效电流,就是把电子周期性地通过圆周上各处形成的电流看成持续不断地通过圆周上各处时所形成的电流。对周期性运动的电荷,常取一个周期来计算等效电流。利用 求等效电流。
【变式训练1】 在示波管中,电子枪2 s发射了6×1013个电子,则示波管中电流的大小为(　　)
A.4.8×10-6 A B.3×10-13 A
C.3×10-6 A D.9.6×10-6 A
答案:A
解析:电子枪2 s发射的电子的电荷量q=6×1013×1.6×10-19 C= 9.6×10-6 C,所以示波管中的电流大小为 =4.8×10-6 A,故A正确。
电流的微观表达式
问题引领
如图所示,AD表示粗细均匀的一段长为l的导体,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,每个自由电荷的电荷量为q。讨论并思考下列问题:
(1)导体AD内的自由电荷全部通过横截面D所用的时间t是多少
(2) 导体AD中的自由电荷有多少个 总电荷量Q是多少
(2)导体AD内的自由电荷总数N=nlS,总电荷量Q=Nq=nlSq。
归纳提升
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.理论推导
导体AB中的自由电荷总数N=nlS
总电荷量Q=Nq=nlSq
3.结论
由此可见,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、定向移动速率的大小和导体的横截面积。
4.三种速率的区别
项目 电子定向移 动的速率 电子热运 动的速率 电流传导的速率
物理 意义 电流是由电荷的定向移动形成的,电流I=neSv,其中v就是电子定向移动的速率 构成导体的电子在不停地做无规则热运动,由于热运动向各个方向运动的机会相等,故不能形成电流 闭合开关的瞬间,电路中各处以光速c建立恒定电场,在恒定电场的作用下,电路中各处的自由电子几乎同时开始定向移动,整个电路也几乎同时形成了电流
大小 10-5 m/s 105 m/s 3×108 m/s
典型例题
【例题2】 (多选)一横截面积为S的铜导线,流过的电流为I,设每单位体积的导线中有n个自由电子,电子的电荷量为e,此时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目可表示为(　　)
答案:AC
D错误;由于自由电子定向移动的速率是v,所以在时间Δt内,位于横截面积为S、长为l=vΔt的这段导线内的自由电子都能通过横截面,这段导线的体积V=Sl=SvΔt,所以Δt内通过横截面的自由电子数为N=nV=nvSΔt,A正确,B错误。
利用I=nqSv分析问题应注意的三个方面
1.各个物理量都要用国际单位。
2.正确理解各符号的意义,特别是n表示导体中单位体积内的自由电荷数,v表示自由电荷定向移动速度的大小。
3.若已知单位长度的自由电荷数为n,则电流的微观表达式为I=nqv。
【变式训练2】 (多选)一段粗细均匀的金属导体的横截面积是S,导体单位长度内的自由电子数为n,金属内的自由电子的电荷量为e,自由电子做无规则热运动的速率为v0,导体中通过的电流为I,则下列说法正确的有(　　)
A.自由电子定向移动的速率为v0
CD
解析:本题通过考查电流的微观表达式,培养科学思维。对电流微观表达式I=nqSv,式中n为单位体积内自由电荷数,而本题中n为单位长度内的自由电子数,t时间内通过导体某一横截面的自由电子数为长度vt内的自由电子,其数量为nvt,电
课 堂 小 结
随 堂 练 习
1.(电源的理解)关于电源的作用,下列说法正确的是(　　)
A.电源的作用是为电路持续地提供自由电荷
B.电源的作用是能直接释放电能
C.电源的作用就是保持导体两端的电压,使电路中有持续的电流
D.电源的作用就是使自由电荷运动起来
答案:C
解析:电源是提供能量的装置,电源供电的过程就是将其他形式的能转化为电能的过程,故A、B错误;电源能使导体两端保持稳定的电压,从而使导体中保持持续的电流,故C正确,D错误。
2.(电流的理解)关于电流,下列说法正确的是(　　)
A.通过导线横截面的电荷量越多,电流越大
B.电子运动的速度越大,电流越大
C.单位时间内通过导体横截面的电荷量越多,导体中的电流越大
D.因为电流有方向,所以电流是矢量
答案:C
解析:由I= 可知,单位时间内通过导体横截面的电荷量越多,导体中的电流越大,并非通过导体横截面的电荷量越多,电流就越大,故A错误,C正确。根据电流的微观表达式I=nevS可知,电子运动的速率越大,电流不一定越大,还与单位体积内自由电子数n、横截面积S有关,故B错误。电流有大小和方向,但电流是标量,故D错误。
3.(公式I= 的理解和应用)某电解池,如果在1 s内共有5×1018个二价正离子和1×1019个一价负离子通过面积为0.1 m2的某横截面,那么通过这个横截面的电流是(　　)
A.0
B.0.8 A
C.1.6 A
D.3.2 A
答案:D
解析:由题意,1 s内通过横截面正离子的电荷量为q1=2n1e,
负离子的电荷量绝对值为q2=n2e,
将n1=5×1018,n2=1×1019,e=1.6×10-19 C,t=1 s,
代入解得I=3.2 A,故选D。
4.(对电流微观表达式的理解和应用)有甲、乙两导体,甲的横截面积是乙的2倍,而单位时间内通过乙导体横截面的电荷量是甲的2倍,下列说法正确的是(　　)
A.通过甲、乙两导体的电流相同
B.通过乙导体的电流是甲导体的2倍
C.乙导体中自由电荷定向移动的速率是甲导体的2倍
D.甲、乙两导体中自由电荷定向移动的速率相等
答案:B
解析:由于单位时间内通过乙导体横截面的电荷量是甲的2倍,因此通过乙导体的电流是甲导体的2倍,故A错误,B正确。由于I=nqSv,所以v= ,由于不知道甲、乙两导体的性质(n、q不知道),所以无法判断v,故C、D错误。