高中物理人教版（2019）必修第三册11.1 电源和电流（共27张ppt）

(共27张PPT)
第十一章
电路及其应用
第一节电源和电流
第一节|电源和电流
核心素养点击
物理观念
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；理解电流的定义，知道电流的单位、电流方向的规律；理解恒定电流
科学思维
经历金属导体内自由电子定向移动速率的推导过程，从微观的角度理解导体中电荷的定向移动与电流之间的关系
科学探究
知道电源的作用和导体中的恒定电场，初步体会动态平衡的思想
科学态度与责任
通过探究实验，培养他们交流沟通的能力，提高理论与实践相结合的能力
梳理主干新知初感悟
一、电源
1、定义：能够把电子从正极搬运到负极的装置。
2、作用：
（1）维持电源正、负极间始终存在电势差。
（2）使电路中的电流能够持续存在。
有A、B两个导体，分别带正、负电荷，它们的周围存在电场。如果用一条导线R将它们连接起来，分析A、
B周围的电场，A、
B之间的电势差会发生什么变化？最后，A、B两个导体球会达到什么状态？R中出现了怎样的电流？
导线中的自由电子在静电力的作用下沿导线做定向运动，形成电流。由于B失去电子，A得到电子，A、B之间的电势差很快消失，两导体成为一个等势体，达到静电平衡。电流只是瞬间出现。。
倘若在A、B之间连接一个装置P，它能在B失去电子的过程中，不断地从A取走电子，补充给B，使A、B始终带一定数量的正、负电荷。这样，A、B之间始终存在电势差，导线中就会存在持续的电流。能够把电子从正极搬运到负极的装置就是电源。
类比法理解电源的作用
水池A、B的水面有一定的高度差，若在A、B之间用一细管连起来，则水在重力的作用下定向运动，从水池A运动到水池B。
A、B之间的高度差很快消失，在这种情况下，水管中只能有一个瞬时水流。但A、B之间连一台抽水机，将水池B中的水抽到水池A中，保持A、B之间的高度差，这样水管中就会有源源不断的水流。
【典例一】
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，负离子数是，设元电荷为e，以下解释中正确的是(　　)
A．正离子定向移动形成电流方向从A→B，负离子定向移动形成电流方向从B→A
B．溶液内正、负离子向相反方向移动，电流抵消
C．溶液内电流方向从A→B，电流强度
D．溶液内电流方向从A→B，电流强度
解题思路：正电荷定向移动的方向就是电流方向，负电荷定向移动的反方向也是电流方向，A、B错误；有正、负电荷反向经过同一截面时，公式中q应是正、负电荷电荷量绝对值之和，故，电流方向由A指向B，C错误，D正确。
答案：D
二、恒定电流
1、恒定电场：由稳定分布的电荷所产生的稳定的电场。
2、自由电荷定向移动的平均速率：在恒定电场的作用下，自由电荷定向加速运动，但在运动过程中与导体内不动的粒子不断碰撞，碰撞的结果是大量自由电荷定向移动的平移速率不随时间变化。
3、恒定电流：大小、方向都不随时间变化的电流。
4、电流
（1）物理意义：表示电流强弱程度的物理量。
（2）公式：。
（3）单位：在国际单位制中，电流的单位是安培，简称安，符号是A。
常用的电流单位还有毫安(mA)和微安(μA)。
1
mA＝10－3
A，1
μA＝10－6
A。
（4）方向：正电荷定向移动的方向规定为电流的方向。
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。尽管这些电荷也在运动，但有的流走了，另外的又来补充，电荷的分布是稳定的，不随时间变化，电场的分布也不会随时间的变化。这种有稳定分布的电荷所产生的稳定的电场，叫作恒定电场。
对导线中恒定电场的理解
1、导线中电场的形成：导线中的电场是由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成的，导线内部的电场方向沿导线的切线方向。
2、导线中的电场是合电场，它由两部分组成：
（1）电源正、负极上的电荷产生的电场；
（2）导线表面上堆积的电荷产生的电场。二者电场强度的矢量和与导线相切，导线内的电场线和导线保持平行。
3、导线中的电场是恒定电场，不是静电场。由于在恒定电场中，各点电场强度都不随时间变化(不一定相同)，所以它的基本性质与静电场相同。在静电场中所讲的电势、电势差及其与电场强度的关系等，在恒定电场中同样适用。
4、导线内的电场是在接通电源后的极短时间内(以光速c传播)建立的。
5、导体内的恒定电场是自由电荷在导体中定向移动的原因。
如何理解食盐水中可以形成电流，食盐水中的电流和金属导体中的电流有什么不同？
食盐水中的电流是离子定向移动形成的，金属导体中的电流是电子定向移动形成的。
不同导体中电流的计算
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。
电流的微观表达式
1、微观模型
如图，粗细均匀的一段导体，长为，两端加一定的电压，导体中的自由电荷沿导体定向移动的平均速率为，设导体的横截面积为，导体每单位体积内的自由电荷数为，每个自由电荷的电荷量为。
2、公式推导
导体中的自由电荷总数
总电荷量，
所有这些电荷都通过横截面B所需要的时间
，
根据公式可得导体中的电流。
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、自由电荷定向移动平均速率的大小，还与导体的横截面积有关。
4、注意
（1）对于公式
，要理解每个符号所代表的物理量含义，不要死记公式。
（2）若表示单位长度内的自由电荷数，则电流的微现表达式为
。
【典例二】
2、有一条横截面积为的铜导线，通过的电流为.已知铜的密度为
，摩尔质量为
，阿伏伽德罗常数为，电子的电量为.若认为导线中每个铜原子贡献一个自由电子，则铜导线中自由电子定向移动的速率可表示为(　　)
A.
B.
C.
D.
解题思路：设铜导线中自由电子定向移动的速率为，导线中自由电子从一端定向移到另一端所用时间为，则导线的长度为:
体积为质量为
这段导线中自由电子的数目为
在t时间内这些电子都能通过下一截面，则电流:
代入解得，
解得电子定向移动的速率：
故A正确，BCD错误。
答案：A
【基础练习】
1、下列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搬运到正极，保持两极之间有电压
B．电源把正、负电荷分开的过程是把其他形式的能转化为电势能的过程
C．电荷的移动形成电流
D．只要电路中有电源，电路中就会形成持续的电流
答案：B
解析：在电源内部，电源把电子由正极搬运到负极，这一过程要克服静电力做功，把其他形式的能转化为电势能，故选项A错误，选项B正确。电荷的定向移动才形成电流，选项C错误。电路中要形成持续的电流，既要有电源，电路又要闭合，两者缺一不可，故选项D错误。
2、下列关于电流方向的说法中，不正确的是(　　)
A.电流的方向就是自由电荷定向移动的方向
B.电流的方向就是正电荷定向移动的方向
C.在金属导体中，电流的方向与自由电子定向移动的方向相反
D.电源供电的外部电路中，电流的方向是从正极一端流向负极一端
答案：A
解析：电流的方向就是正电荷定向移动的方向，选项A错误，B正确；在金属导体中，电流的方向与自由电子定向移动的方向相反，选项C正确；电源供电的外部电路中，电流的方向是从正极一端流向负极一端，选项D正确。本题选择不正确的，故选A。
3、如图所示，将左边的细铜导线与右边的粗铜导线连接起来，已知粗铜导线的横截面积是细铜导线横截面积的两倍，在细铜导线上取一个截面A，在粗铜导线上取一个截面B，若在1
s内垂直地通过它们的电子数相等，那么，通过这两个截面的(　　)
A．电流相等
B．电流不相等
C．自由电子定向移动的速率相等
D．自由电子定向移动的速率不相等
答案：AD
解析：由电流定义知，故A正确，B错误；由电流的微观表达式知，均相等，因为，所以>，故C错误，D正确。
4、如图所示,电解池接入电路后,在秒内有个一价正离子通过溶液内某截面，有个一价负离子通过，设为元电荷，以下说法正确的是(
)
A.电流为零
B.电流为
C.电流为
D.电流方向从
答案：C
解析：根据电路可知，B端与电源正极相连，电流的方向与正离子定向移动方向相同，则溶液内电流方向从B到
A。时间内通过溶液截面的电荷量
则根据电流的定义式
故选C