2020-2021学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册课件：11.1 电源和电流48 张PPT

1　电源和电流
第十一章 电路及其应用
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.
3.会推导电流的微观表达式，了解表达式中各量的意义.
学习目标
知识梳理
重点探究
随堂演练
课时对点练
内容索引
NEIRONGSUOYIN
一、电源
1.定义：能把电子从电源 搬运到电源 的装置就是电源.
2.作用：使导体两端始终存在 .
知识梳理
正极
负极
电势差
二、恒定电流
1.定义： 、 都不随时间变化的电流称为恒定电流.
2.电流的定义式：I＝___，其物理意义： 时间内通过导体横截面的
，是表示电流强弱程度的物理量.
3.在国际单位制中，电流的单位是 ，符号是 .
4.电流的方向：规定为 定向移动的方向，与负电荷定向移动的方向 .
大小
方向
单位
电荷量
安培
A
正电荷
相反
1.判断下列说法的正误.
(1)导体内没有电流时，就说明导体内部的电荷没有运动.(　 　)
(2)电流既有大小，又有方向，是矢量.(　 　)
(3)导体中的电流一定是正电荷定向移动形成的.(　 　)
(4)电子定向移动的方向就是电流的方向.(　 　)
(5)电流越大，单位时间内通过导体横截面的电荷量越多.(　 　)
即学即用
×
×
√
×
×
2.一次闪电，流动的电荷量大约为300 C，持续的时间大约是0.005 s，所形成的平均电流为________ A.
6×104
一、电流的理解和计算
导学探究　 1.如图1所示，用导线连接两个分别带正、负电荷的导体，导线中有无电流？为什么？如果有，这个电流能持续下去吗？
重点探究
图1
答案　A、B之间有电势差，能形成电流，但不能持续下去.
2.如图2所示，如何让导线中保持持续的电流？电源起到了什么作用？
图2
答案　产生持续电流的条件是导体两端始终存在电势差，电源的作用就是移送电荷，保持导体两端的电势差.
3.如图3，盐水中可以形成电流，盐水中的电流和金属导体中的电流的形成有什么不同？
答案　盐水中的电流是Na＋、Cl－定向移动形成的，金属导体中的电流是电子定向移动形成的.
图3
知识深化
1.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.
2.电流的大小
定义式：I＝ .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.
3.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.
例1　(多选)关于电流，下列说法正确的是
A.导体中有电荷运动就会形成电流
B.电流是矢量，其方向就是正电荷定向移动的方向
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　导体中自由电荷定向移动形成电流，无规则运动不会形成电流，故A错误；
电流虽有方向，但它是一个标量，故B错误；
在国际单位制中，电流是一个基本量，其单位安培是国际单位制中的七个基本单位之一，故C正确；
导体两端电势差为零时，电荷不会定向移动，电流必为零，故D正确.
例2　(2020·双鸭山一中高二上月考)如图4所示，电解槽内有一价的电解溶液，t时间内通过溶液内横截面S的正离子数是n1，负离子数是n2，设元电荷的电荷量为e，以下说法正确的是
A.正离子定向移动形成电流，方向从A到B，
负离子定向移动形成电流，方向从B到A
B.溶液内正、负离子沿相反方向运动，电流相互抵消
图4
√
解析　电流的方向与正离子定向移动方向相同，与负离子定向移动方向相反，所以正、负离子定向移动形成的电流，方向都是从A到B，电流不会相互抵消，故A、B错误；
t时间内通过溶液内横截面S的电荷量q＝n1e＋n2e＝(n1＋n2)e，
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个，n2＝1×1019个，e＝1.6×10－19 C，t＝1 s，代入解得I
＝3.2 A.故选D.
针对训练　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(元电荷的电荷量为1.6×10－19 C)
A.0 B.0.8 A C.1.6 A D.3.2 A
√
二、电流的微观表达式
1.电流的微观表达式的推导
如图5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大小为q.则：
导体AD内的自由电荷全部通过横截面D所用的时间t＝ .导体AD内的自由电荷总数N＝nlS
总电荷量Q＝Nq＝nlSq
图5
2.电流的微观表达式I＝nqvS
(1)I＝ 是电流的定义式，I＝nqvS是电流的决定式，因此I与通过导体横截面的电荷量q及时间t无关，从微观上看，电流决定于导体中单位体积内的自由电荷数n、每个自由电荷的电荷量大小q、定向移动的速率v，还与导体的横截面积S有关.
(2)v表示电荷定向移动的速率.自由电荷在不停地做无规则的热运动，其速率为热运动的速率，电流是自由电荷在热运动的基础上向某一方向定向移动形成的.
3.区别三种速率
自由电荷定向移动速率
自由电荷定向移动形成电流，其中自由电荷定向移动速率的数量级一般为10－4 m/s
电子热运动速率
导体内的自由电子在永不停息地做无规则运动，由于热运动，自由电子向各个方向运动的机会相等，故不能形成电流，常温下电子热运动速率的数量级为105 m/s
电场传播速率(或电流传导速率)
等于光速.闭合开关的瞬间，电路中各处以真空中光速c的速度建立恒定电场，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运动，整个电路也就几乎同时形成了电流
例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，铜导线内的每个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v0，导线中通过的电流为I.则下列说法正确的是
A.自由电子定向移动的速率为v0
B.自由电子定向移动的速率为v＝
C.自由电子定向移动的速率为真空中的光速c
D.自由电子定向移动的速率为v＝
√
解析　v0为自由电子做无规则热运动的速率，不是定向移动速率，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，则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＝ ＝nev，所以v＝ ，故B、C错误，D正确.
三、电动汽车中的电池
1.锂离子电池以碳材料为负极，以含锂的化合物为正极.充电时，电池的正极有锂离子生成，锂离子通过电解液运动到电池的负极.
当汽车开动时，在负极的锂离子又会通过电解液返回正极，回到正极的锂离子越多，放出电荷量就越大.
2.电池的容量：电池放电时输出的总电荷量，通常以“安时”(A·h)或“毫安时”(mA·h)作单位.
例4　(多选)如图6是某品牌电动汽车的标识牌，以下说法正确的是
A.该电池的容量为60 A·h
B.该电池以6 A的电流放电，
可以工作10 h
C.该电池以6 A的电流放电，
可以工作60 h
D.该电池充完电可贮存的电荷量为60 C
√
√
图6
解析　从题图标识牌可知电池的容量为60 A·h，即以6 A的电流放电可工作10 h，故A、B正确，C错误；
该电池充完电可贮存的电荷量q＝60×3 600 C＝2.16×105 C，故D错误.
1.(对电源的理解)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.电源的作用是在电源内部把电子由正极不断地搬运到负极，从而保持
两极之间有稳定的电势差
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
随堂演练
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解析　电源的作用是维持正、负极之间稳定的电势差，外电路中自由电子在静电力的作用下由负极向正极移动，在电源内部，需要将电子由正极不断地搬运到负极，故A错，B对.
电路中有电流不仅需要电源，还需要电路是闭合的，两者缺一不可，故C错.
电源是对电路提供能量的装置，故D错.
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2.(对I＝ 的理解)下列关于电流的说法正确的是
A.根据I＝ 可知，I与q成正比
B.如果在任何相等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.电流是一个标量，其方向是没有意义的
D.电流的单位“安培”是国际单位制中的基本单位
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解析　橡胶棒沿轴线方向以速度v做匀速直线运动时，Δt内通过的距离为v·Δt，Δt内通过某横截面的电荷量Q＝qvΔt，
根据电流的定义式I＝ ，得到等效电流I＝qv，A正确.
3.(电流微观表达式的理解)(2019·南昌二中高二期中)如图7所示是一根粗细均匀的橡胶棒，其横截面积为S，由于与毛皮发生摩擦而均匀带负电，若已知该橡胶棒每米所带的电荷量为q，则当该棒沿轴线方向做速度为v的匀速直线运动时，形成的等效电流为
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图7

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4.(I＝ 的应用)在示波管中，电子枪2 s内发射了6×1013个电子，则示波管中电流的大小为(e＝1.6×10－19 C)
A.4.8×10－6 A B.3×10－13 A
C.3×10－6 A D.9.6×10－6 A
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解析　电子枪2 s内发射的电荷量q＝6×1013×1.6×10－19 C＝9.6×10－6 C，
故A正确，B、C、D错误.
考点一　电流的理解和计算
1.(多选)关于电流和电源，下列说法中正确的是
A.电源的作用是保持导体两端有持续的电势差
B.导体中的电流跟导体两端的电压成正比，跟导体的电阻成反比
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
基础对点练
课时对点练
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解析　电源的作用就是移送电荷，保持导体两端有持续的电势差，故A正确；
根据欧姆定律知，导体中的电流跟导体两端的电压成正比，跟导体的电阻成反比，故B正确；
由电流的定义式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，故C正确；
虽然电流有方向，但电流的方向表示正电荷定向移动的方向，电流是标量，故D错误.
2.(2020·牡丹江一中高二上月考)关于对电流的理解，下列说法正确的是
A.只有自由电子的定向移动才能形成电流
B.电流是矢量，其方向就是正电荷定向移动的方向
C.导体中的自由电荷越多，电流越大
D.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
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解析　正、负电荷的定向移动都可以形成电流，不仅仅是自由电子的定向移动，故A错误；
电流有方向，其方向是正电荷定向移动的方向，但电流是标量，故B错误；
电流的大小取决于电荷量与时间的比值，与自由电荷无关，故C错误；
国际单位制中共七个基本物理量，电流是其中一个，其单位“安培”是基本单位，故D正确.
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3.(2020·常州高级中学期末)电路中每分钟有6×1013个自由电子通过导线的横截面，横截面的面积为6.4×10－7 m2，那么电路中的电流是(e＝1.6×10－19 C)
A.0.016 μA B.1.6 mA C.16 μA D.0.16 μA
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4.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1 s内发射的重离子个数为(元电荷的电荷量为1.6×10－19 C)
A.3.0×1012 B.1.5×1013 C.7.5×1013 D.3.75×1014
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解析　1 s内发射的重离子的电荷量为Q＝It＝1.2×10－5×1 C＝1.2×10－5 C，每个重离子的电荷量为5e，
考点二　电流的微观表达式
5.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，以下说法正确的是
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
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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的2倍，故A错，B对.
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.
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6.关于电流，下列说法中正确的是
A.导体中无电流的原因是其内部自由电荷停止了运动
B.同一个金属导体接在不同的电路中，通过的电流往往不同，电流大
说明那时导体内自由电荷定向移动的速率大
C.由于电荷做无规则运动的速率比电荷定向移动的速率大得多，故电
荷做无规则运动形成的电流也就大得多
D.电流的传导速率就是导体内自由电子的定向移动速率
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解析　导体中无电流时，内部的自由电荷仍在做无规则运动，故A错误；
由I＝nqvS可知，同一个金属导体接在不同的电路中，通过的电流往往不同，电流大说明那时导体内自由电荷定向移动的速率大，故B正确；
电流的大小与电荷做无规则运动的快慢无关，故C错误；
电流的传导速率是电场的传播速率，等于光速，而电子的定向移动速率远小于光速，故D错误.
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7.(多选)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.各处的电流大小相等
D.粗的地方电荷定向移动速率小，细的地方大
√
√
解析　同一根导体上的电流相等，故A错误，C正确；
由I＝nqSv可得v＝ ，粗的地方电荷定向移动速率小，细的地方大，故B错误，D正确.
考点三　电子产品中的电池
8.(多选)如图1为一块手机电池的文字说明，下列说法正确的是
A.该电池的容量为500 mA·h
B.该电池以5 mA电流工作可用500 h
C.该电池在工作时的电流为500 mA
D.若电池以10 mA的电流工作，可用50 h
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图1
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解析　该电池在工作时的电流很小，远小于500 mA，选项C错误；




500 mA·h表示电池容量，由500 mA·h＝t×10 mA得t＝50 h，由500 mA·h＝t′×5 mA得t′＝100 h，所以选项A、D正确，B错误.
9.安培提出了著名的分子电流假说，根据这一假说，电子绕核的运动可等效为环形电流.设电荷量为e的电子以速率v绕原子核沿顺时针方向做半径为r的匀速圆周运动，关于该环形电流的说法，正确的是
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能力综合练
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10.(2019·益阳市检测)一根长L＝2 m，横截面积S＝1×10－3 m2的铜棒，两端电势差为U＝5.44×10－2 V，铜棒的电阻R＝2×10－5 Ω，铜内自由电子的密度为n＝8.5×1029 个·m－3，求：(电子电荷量e＝1.6×10－19 C)
(1)通过铜棒的电流；
答案　2.72×103 A
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拓展提升练
(2)铜棒内的电场强度大小；
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答案　2.72×10－2 V/m
(3)自由电子定向移动的速率.
答案　2×10－5 m/s
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本课结束