11.1 電源和電流（教學課件+課后練習）高二物理同步備課系列（人教版2019必修第三冊）

第1節(jié)

電源和電流第十一章

人教版

高中物理必修三電源01恒定電場02恒定電流03拓展學習04鞏固提升05

電閃雷鳴時，強大的電流使天空不時發(fā)出耀眼的閃光，但它只能存在于一瞬間，而手電筒中的小燈泡卻能持續(xù)發(fā)光，這是為什么?新課導入電

源PART01-BA-A++++++++_B_______當導體兩端存在電壓時，導體內(nèi)建立了電場，導體中的自由電荷在電場力的作用下發(fā)生定向移動，形成電流。自由電子的定向移動使兩個帶電體成為等勢體，達到靜電平衡，導線中會產(chǎn)生一個瞬時電流。電流的產(chǎn)生01怎么才能讓電路中有持續(xù)電流呢？AB連通器水勢A水勢B抽水機水流正極負極1.電源：能把自由電子從正極搬到負極的裝置；2.作用:保持導體兩端的電勢差(電壓),使電路有持續(xù)的電流。---+A++++++___B_____P--+電源02電源相當于抽水機電源中電勢高的一極是正極，電勢低的一極是負極。太陽電池干電池鉛蓄電池鋰電池常見電源03電源是如何做到讓導線電流持續(xù)的呢？恒定電場PART02導體中自由電荷定向移動的原因--+A+++++++___B_____PMNE0FFnFtMNE0EE′

MNE導線內(nèi)很快形成沿導線方向的穩(wěn)定電場電場形成011.恒定電場：導線內(nèi)的電場是由電源、導線等電路元件所積累的電荷共同形成的。盡管這些電荷也在運動，但有的流走了，另外的又來補充，所以電荷的分布是穩(wěn)定的，電場的分布也穩(wěn)定——恒定電場。2.特點：任何位置的電荷分布和電場強度都不會隨時間變化，基本性質與靜電場相同;3.適用情況：在靜電場中所講的電勢、電勢差及其與電場強度的關系同樣適用于恒定電場。恒定電場02恒定電流PART03

由于恒定電場的作用,導體中自由電荷定向運動的速率增加;而在運動過程中會與導體內(nèi)不動的粒子碰撞從而減速,因此自由電荷定向運動的平均速率不隨時間變化.如果我們在這個電路中串聯(lián)一個電流表,電流表的讀數(shù)保持恒定。恒定電流：大小、方向都不隨時間變化的電流恒定電流的形成013.公式：2.物理意義:表示電流的強弱程度1.定義:通過導體橫截面的電荷量q跟通過這些電荷量所用時間t的比值叫做電流。（單位時間內(nèi)通過導體橫截面積的電荷量）4.單位:國際單位安培(A)1A=1C/s常用單位：毫安（mA）、微安（μA）恒定電流02定義式：適用于任何電荷定向移動形成的電流（1）電流方向：規(guī)定正電荷定向移動的方向為電流方向。在電源外部,電流從正極流向負極；電源的內(nèi)部,電流從負極流向正極；（2）金屬導體中電流的方向與自由電子定向移動的方向相反。（3）電解液中正、負離子定向移動方向雖然相反，但正、負離子定向移動形成的電流方向是相同的，此時：（4）電流強度雖然有大小和方向，是標量。I幾點說明03

電池放電時能輸出的總電荷量叫作電池的容量，通常以"安時"（A·h）或"毫安時"（mA·h）作單位。單體鋰離子電池的容量極為有限，為了滿足需要，常用由若干單體鋰離子電池構成的電池組。電動汽車中的電池04拓展學習PART04【問題】有一條橫截面積S=1mm2的銅導線,通過的電流I=1A,已知銅的密度ρ=8.9×103kg/m3,銅的摩爾質量M=6.4×10-2kg/mol,阿伏加德羅常數(shù)NA=6.02×1023mol-1,電子的電量e=-1.6×10-19C,求銅導線中自由電子定向移動的速率?？烧J為銅導線中平均每個銅原子貢獻一個自由電子。提出問題01

一段粗細均勻的導體長為l，兩端加一定的電壓，自由電荷定向移動的速率為v，設導體的橫截面積為S，導體每單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)為n，每個自由電荷量為q。理論推導：故導體AB中的電流導體中的自由電荷數(shù)總電荷量

所有這些電荷通過橫截面所需要的時間lS模型建構02【解析】設自由電子在導線內(nèi)定向移動的速率是v。取一段導線（如圖），自由電子從它的左端定向移動到右端的時間為t，則這段導線的長度為vt，體積為vtS，質量為ρvtS，則這段導線中的原子數(shù)為則這段導線中的自由電子數(shù)也為n，t時間內(nèi)通過導體橫截面的電荷量:把這個式子代入

,得解得vtvSv問題解讀03思考：既然電子的定向運動速率很小，為什么閉合開關時電路中的電燈立刻就亮了呢？

實際上，閉合開關的瞬間，電路中的各個位置以光速迅速建立了電場。隨著電場的建立，電路中各處的自由電子在靜電力的作用下幾乎同時開始做定向移動，整個電路也就幾乎同時形成了電流。電子定向移動的速率約10-5m/s電子熱運動的平均速率105m/s

電場的傳播速率3×108m/s三種不同速率04電源和電流電源能把自由電子從正極搬到負極的裝置恒定電場MNE微觀表達vtvSv電流電荷的定向移動定義式：課堂總結鞏固提升PART05【練習1】北京正負電子對撞機的儲存環(huán)是周長為240m的近似圓形軌道。當環(huán)中電子以光速的百分之一運動而形成10mA的電流時，則環(huán)中運行的電子數(shù)目為（）A．5×1012個 B．5×1011個 C．1×1012個 D．1×1014個課堂練習【正確答案】A【練習2】（2022·天津市第二南開中學高二階段練習）如圖所示的是電解池，在1s的時間內(nèi)，共有3C的正離子和3C的負離子通過截面xy，則這個電路中的電流大小是（）A．0

B．1.5AC．3A

D．6A課堂練習【正確答案】D【練習3】（2022·山東·高密三中高二開學考試）安培提出了著名的分子電流假說，根據(jù)這一假說，電子繞原子核運動可等效為一環(huán)形電流。如圖為一分子電流模型，電量為e的電子以角速度ω繞原子核沿順時針方向做勻速圓周運動，則該環(huán)形電流的大小和方向為（）A．

，逆時針

B．

，順時針 C．

，逆時針

D．

，順時針課堂練習【正確答案】A【練習4】（2022·北京豐臺·高二期末）宏觀現(xiàn)象是由微觀機制所決定的。對同一個物理問題，常?？梢詮暮暧^與微觀兩個不同角度研究，找出其內(nèi)在聯(lián)系，從而更加深刻地理解其物理本質。經(jīng)典電磁理論認為：當金屬導體兩端電壓穩(wěn)定后，導體中產(chǎn)生恒定電場，這種恒定電場的性質與靜電場相同。金屬導體中的自由電子在電場力的作用下開始定向移動形成電流。如圖所示為一塊均勻的長方體金屬導體，長為a，寬為b，厚為c。在導體EF兩側加上電壓U，導體中的自由電子在電場力的作用下開始定向移動，形成電流。根據(jù)電荷守恒定律，單位時間內(nèi)通過導體橫截面的電荷量應相同。設電子的帶電量為e，單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)為n，自由電子定向移動的平均速率為v，則在時間

內(nèi)，通過長方體金屬導體樣品的自由電子數(shù)目N為（）A．

B．C．N=nvabΔt

D．N=nvbcΔt課堂練習【正確答案】A【練習5】（2021·重慶市萬州第二高級中學）某些腫瘤可以用“質子療法”進行治療。在這種療法中，為了能讓質子進入癌細胞，首先要實現(xiàn)質子的高速運動，該過程需要一種被稱作“粒子加速器”的裝置來實現(xiàn)。質子先被加速到較高的速