鲁科版（2019）高中物理必修第三册3.1电流-课件

电　流
核心素养
科学思维
态度与责任
能从微观视角和宏观表现分析电流的形成，对统计方法有初步了解。
通过科学家安培的事迹，了解科学研究、科技创新所带来的应用价值和社会价值，并从中学习科学家的探究精神。
知识点一　电流的形成
[观图助学]
电闪雷鸣时，强大的电流使天空发出耀眼的闪光，但它只能存在一瞬间，而手电筒中小灯泡却能持续发光，这是因为手电筒中的电源能提供持续电压。
1.定义：电流是由自由电荷的______移动形成的。
2.形成电流的条件
(1)回路中存在___________。
(2)导体两端有_______。
3.持续电流
(1)导体两端有___________是导体中形成持续电流的条件。
(2)电源的作用是提供___________。
定向
自由电荷
电压
持续电压
持续电压
4.电流的速度：等于_____的传播速度，它等于_________ m/s。
5.自由电子的运动速率：常温下，金属内的自由电子大约以________的平均速率做无规则的运动。
6.电子定向移动的速率：数量级大约是________ ，被形象地称为“电子漂移”。
电场
3.0×108
105 m/s
10－5 m/s
[思考判断]
(1)只要有移动的电荷，就存在着持续电流。( )
(2)只要导体两端没有电压，就不能形成电流。( )
(3)只要导体中无电流，其内部自由电荷就停止运动。( )
×
√
×
知识点二　电流的方向与大小
1.电流的方向
(1)在物理学中，规定________定向移动的方向为电流的方向。
(2)在电源外部的电路中，电流的方向是从电源______流向_____。
(3)在电源内部的电路中，电流的方向是从电源______流向_____。
(4)电流是_____，虽有方向，但其运算不符合平行四边形定则。
正电荷
正极
负极
负极
正极
标量
(3)单位：国际单位：_____，符号_____；常用单位：mA、μA；换算关系为1 A＝ _____ mA＝ _____ μA。
(4)直流电： ______不随时间改变的电流叫做直流电。
恒定电流： ______和______都不随时间改变的电流叫做恒定电流。
2.电流的大小和单位
(1)定义：流过导体某一横截面的________与____________之比定义为电流。
电荷量
所用时间
安培
A
103
106
方向
方向
大小
[思考判断]
×
×
√
×
核心要点
电流的形成条件及三种速率的理解
[要点归纳]
1.电流的形成条件
(1)回路中存在自由电荷
①金属导体的自由电荷是电子。
②电解液中的自由电荷是正、负离子。
(2)导体两端有电压：电场对电荷有力的作用，例如两个导体间存在电势差，当用一导线连接时，导线中的自由电子会在电场力的作用下运动，形成电流。
(3)导体两端有持续电压是导体中形成持续电流的条件。
导体两端有了持续电压，导体中的自由电子就会在电场力的持续作用下形成持续不断的电流。
2.电路中三种速率的比较
(1)电子热运动的速率：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，常温下电子热运动的速率数量级大约为105 m/s。
(2)电子定向移动的速率：电子定向移动的速率很小，数量级大约为10－5 m/s。自由电子在很大的无规则热运动的速率上又叠加上了一个很小的定向移动的速率。
(3)电流传导速率：等于光速，闭合开关的瞬间，电路中各处以真空中光速c建立恒定电场，电路中各处的自由电子几乎同时开始定向移动而形成了电流。
[试题案例]
[例1] (多选)下列关于电流的说法中，正确的是(　　)
A.金属导体中，电流的传导速率就是自由电子定向移动的速率
B.对于导体，只要其两端电压为零，电流也必定为零
C.电路接通后，自由电子由电源出发只要经过一个极短的时间就能到达用电器
D.通电金属导体中，电流的传导速率比自由电子的定向移动速率大得多
解析　电流的传播速率是电场形成的速度，不是电子定向移动的速率，故A错误；导体两端电压为零时，电荷不会定向移动，不会产生电流，则电流为零，故B正确；电路接通后，电路内的电子同时做定向运动，并不是由电源出发的电子到达用电器，故C错误；通电的金属导体中，电流的传播速率是电场形成的速率，等于光速，比自由电子的定向移动速率大得多，故D正确。
答案　BD
方法凝炼　电荷定向移动的速率很小，当电路闭合后，并不是电荷瞬间从电源运动到用电器，而是瞬间在系统中形成电场，使导体中所有自由电荷同时定向移动形成电流。
[要点归纳]
核心要点
电流的表达式
[试题案例]
[例2] 在某种带有一价离子的水溶液中，正、负离子在定向移动，方向如图所示。如果测得2 s内分别有1.0×1018个正离子和1.0×1018个负离子通过溶液内部的横截面M，则溶液中电流的方向如何？电流为多大？
解析　水溶液中导电的是自由移动的正、负离子，它们在电场的作用下向相反方向定向移动。电学中规定，电流的方向为正电荷定向移动的方向，所以溶液中电流的方向与正离子定向移动的方向相同，即由A指向B。
每个离子的电荷量是e＝1.60×10－19 C。该水溶液导电时负离子由B向A运动，负离子的定向移动可以等效看做是正离子反方向的定向移动。所以，一定时间内通过横截面M的电荷量应该是正、负两种离子电荷量的绝对值之和。
答案　由A指向B　0.16 A
方法凝炼　对金属来讲，是自由电子的定向移动形成电流，q为通过横截面的自由电子的电荷量。对电解质溶液来讲，是正、负离子同时向相反方向定向移动形成电流，q为正、负离子电荷量的绝对值之和。
[针对训练1] 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，其电流强度为1.2×10－5 A，则在1s内发射的重离子个数为(e＝1.6×10－19 C)(　　)
A.3.0×1012 B.1.5×1013
C.7.5×1013 D.3.75×1014
答案　B
[要点归纳]
1.建立模型
如图所示，AD表示粗细均匀的一段长为l的金属导体，两端加一定的电压，导体中的自由电子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子数为n，每个自由电子的电荷量为e。
核心要点
电流的微观表达式
2.理论推导
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目、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。
[试题案例]
[例3] (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(　　)
思路探究　计算自由电子数目有以下两条思路：
(1)Δt时间内通过导线横截面的自由电子数目等于Δt时间内通过导线横截面的电荷量IΔt与自由电子电荷量q的比值。
(2)Δt时间内通过导线横截面的自由电子数目等于导线vΔt长度内所含的自由电子数。
答案　AC
[针对训练2] 有一条长L横截面积为S的银导线，银的密度为ρ，银的摩尔质量为M，阿伏伽德罗常数为NA，若导线中每个银原子贡献一个自由电子，电子电荷量为e，自由电子定向移动的速率为v，通过导线的电流为(　　)
答案　C
谢 谢