【公開(kāi)課】電源和電流+課件-2023-2024學(xué)年高二上學(xué)期物理人教版（2019）必修第三冊(cè)+

人教版物理必修三第十一章

電路及其應(yīng)用第一節(jié)

電源和電流雷鳴電閃時(shí),強(qiáng)大的電流使天空發(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?復(fù)習(xí)回顧：電流是怎樣形成的？電流是由電荷的定向移動(dòng)而形成的。既然電流是由電荷的定向移動(dòng)而形成的，所以，要形成電流，首先必須要有能夠自由移動(dòng)的電荷——自由電荷。不過(guò)，有了自由電荷，并不一定就能形成電流！討論交流：產(chǎn)生電流的條件一般的導(dǎo)體內(nèi)都有大量的自由電荷（自由電子），但當(dāng)導(dǎo)體兩端沒(méi)有加上電壓時(shí)，自由電子只能在各自的平衡位置附近做雜亂無(wú)章的熱運(yùn)動(dòng)，從宏觀上看，電荷的熱運(yùn)動(dòng)，不能形成電流．一旦在導(dǎo)體兩端加上一個(gè)電壓，導(dǎo)體內(nèi)部就會(huì)形成一個(gè)電場(chǎng)，導(dǎo)體內(nèi)部的自由電子將會(huì)受到一個(gè)與場(chǎng)強(qiáng)方向相反的電場(chǎng)力作用而發(fā)生定向移動(dòng)，從而形成電流?？梢?jiàn)，要形成電流，導(dǎo)體兩端還必須有電勢(shì)差。+-U一、產(chǎn)生電流的條件-BA-A++++++++_B_______（1）存在自由電荷金屬導(dǎo)體——自由電子電解液——正、負(fù)離子（2）導(dǎo)體兩端存在電壓當(dāng)導(dǎo)體兩端存在電壓時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)建立了電場(chǎng)，導(dǎo)體中的自由電荷在電場(chǎng)力的作用下發(fā)生定向移動(dòng)，形成電流導(dǎo)體中自由電子的定向移動(dòng)使兩個(gè)帶電體成為等勢(shì)體，達(dá)到靜電平衡，導(dǎo)線R中會(huì)產(chǎn)生一個(gè)瞬時(shí)電流。A、B之間有電勢(shì)差A(yù)、B電勢(shì)差為零二、導(dǎo)體中產(chǎn)生持續(xù)電流的條件AB連通器水勢(shì)A水勢(shì)B抽水機(jī)水流--P-+A+++++++___B_____--1.能把電子從A搬運(yùn)到B的裝置。2.作用:保持導(dǎo)體兩端的電勢(shì)差(電壓)，使電路有持續(xù)的電流。電源相當(dāng)于抽水機(jī)這個(gè)裝置就是電源。A、B就是電源的兩個(gè)極。正極負(fù)極必須有電源，必須是閉合電路三、電源的作用電源+正極負(fù)極電源的作用：（1）從物理過(guò)程分析：就是通過(guò)非靜電力把電子從正極搬運(yùn)到負(fù)極，使電源兩極間保持一定的電勢(shì)差。使電路有持續(xù)的電流；（2）從能量轉(zhuǎn)化和守恒的角度就是電源把其它形式的能轉(zhuǎn)化為電能。F2.電場(chǎng)力做負(fù)功，電子的電勢(shì)能增加，通過(guò)電源把其它形式的能轉(zhuǎn)化為電能.1.通過(guò)非靜電力把電子從正極運(yùn)到負(fù)極。---+A+++++++___B_____P------+A+++++++___B_____P假設(shè)在電源正、負(fù)極之間連一根導(dǎo)線，導(dǎo)線中的電場(chǎng)如何變化，最終又會(huì)達(dá)到哪個(gè)狀態(tài)？MNE0FFnFt當(dāng)導(dǎo)體兩端有恒定的電勢(shì)差，導(dǎo)體內(nèi)建立了電場(chǎng)MNE0E0E′

MNE導(dǎo)線內(nèi)很快形成沿導(dǎo)線方向的電場(chǎng)導(dǎo)體內(nèi)的電場(chǎng)線保持和導(dǎo)線平行導(dǎo)線內(nèi)的電場(chǎng)是由電源和導(dǎo)體中積累的電荷共同形成的。當(dāng)導(dǎo)體兩端的電勢(shì)差恒定時(shí)，導(dǎo)體中產(chǎn)生恒定的電場(chǎng)、恒定的電流盡管這些電荷也在運(yùn)動(dòng)，但有的流走了，另外的又來(lái)補(bǔ)充，所以電荷的分布是穩(wěn)定的，電場(chǎng)的分布也穩(wěn)定。由穩(wěn)定分布的電荷產(chǎn)生穩(wěn)定的電場(chǎng)稱為恒定電場(chǎng)。由于恒定電場(chǎng)的作用,導(dǎo)體中自由電荷定向運(yùn)動(dòng)的速率增加;而在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中會(huì)與導(dǎo)體內(nèi)不動(dòng)的粒子碰撞從而減速,因此自由電荷頻繁地交替進(jìn)行加速和減速，自由電荷定向運(yùn)動(dòng)的平均速率不隨時(shí)間變化。如果我們?cè)谶@個(gè)電路中串聯(lián)一個(gè)電流表,電流表的讀數(shù)保持恒定.大小方向都不隨時(shí)間變化的電流稱為恒定電流。恒定電場(chǎng)電場(chǎng)強(qiáng)度不變自由電荷頻繁交替進(jìn)行加速和減速，平均速率不變串一個(gè)電流表,讀數(shù)不會(huì)變恒定電流由穩(wěn)定分布的電荷產(chǎn)生穩(wěn)定的電場(chǎng)稱為恒定電場(chǎng).

四、電流強(qiáng)度物理學(xué)中規(guī)定：正電荷定向移動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞣较颉?.電流強(qiáng)度是標(biāo)量：它的方向是環(huán)流方向。運(yùn)算遵循算術(shù)法則導(dǎo)電時(shí)，是正負(fù)離子向相反方向定向移動(dòng)形成電流，電量q表示通過(guò)截面的正、負(fù)離子電量絕對(duì)值之和。3.公式:I=q/t2.定義:通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電量q跟通過(guò)這些電量所用時(shí)間t的比值叫做電流強(qiáng)度.1.物理意義：反映電流的強(qiáng)弱程度。5.國(guó)際單位：安培（A）1A=1C/s1A=103mA=106μA6.測(cè)量方法：電流表等。電流的微觀表達(dá)式一段粗細(xì)均勻的導(dǎo)體長(zhǎng)為l,兩端加一定的電壓，自由電荷定向移動(dòng)的速率為v,設(shè)導(dǎo)體的橫截面積為s，導(dǎo)體每單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)為n，每個(gè)自由電荷量為q。SBCqqqvvt

設(shè)想在導(dǎo)體中取兩個(gè)橫截面B和C，則在時(shí)間t內(nèi)處于相距為vt的兩截面B、C間的所有自由電荷將通過(guò)截面C．

導(dǎo)體中的電流與導(dǎo)體中單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)、每個(gè)自由電荷的電量、導(dǎo)體的橫截面積和自由電荷定向運(yùn)動(dòng)速率四個(gè)量成正比。例1.下列關(guān)于電源的說(shuō)法中正確的是 (

)A.電源的作用是在電源內(nèi)部把電子由負(fù)極搬運(yùn)到正極,保持兩極之間有電壓B.電源把正、負(fù)電荷分開(kāi)的過(guò)程是把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的過(guò)程C.電荷的移動(dòng)形成電流D.只要電路中有電源,電路中就會(huì)形成持續(xù)的電流解析:選B。在電源內(nèi)部,電源把電子由正極搬運(yùn)到負(fù)極,這一過(guò)程要克服靜電力做功,把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能,故選項(xiàng)A錯(cuò)誤,選項(xiàng)B正確;電荷的定向移動(dòng)才形成電流,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;電路中要形成持續(xù)的電流,既要有電源,電路又要閉合,兩者缺一不可,故選項(xiàng)D錯(cuò)誤。B例2.下列關(guān)于電源和電流的說(shuō)法正確的是 (

)A.因?yàn)殡娏饔蟹较?所以電流是矢量B.通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量越多,電流越大C.電源是將電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能的裝置D.電源能把自由電子從正極搬運(yùn)到負(fù)極解析：選D。電流有方向,但電流的計(jì)算不能根據(jù)平行四邊形定則進(jìn)行計(jì)算,故電流是標(biāo)量,故A項(xiàng)錯(cuò)誤;根據(jù)電流的定義式I=q/t可知,通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量越大,導(dǎo)體中的電流不一定大,還要看時(shí)間長(zhǎng)短,故B項(xiàng)錯(cuò)誤;電源是提供電能的裝置,把其他形式的能轉(zhuǎn)化成電能,故C項(xiàng)錯(cuò)誤;電源能把自由電子從正極搬運(yùn)到負(fù)極,從而形成兩極間的電勢(shì)差,故D項(xiàng)正確。D例3.將一些電學(xué)元件用導(dǎo)線連接在某電源的兩端,下列描述正確的是 (

)A.電源的作用是把負(fù)電荷從負(fù)極搬到正極B.電源的作用是能為電路持續(xù)地提供自由電荷C.導(dǎo)體中的電場(chǎng)是由電源正、負(fù)極上的電荷形成的D.導(dǎo)體中的電場(chǎng)是由電源的電場(chǎng)和導(dǎo)體中積累的電荷形成的電場(chǎng)疊加而形成的D解析：選D。電源將負(fù)電荷從正極搬到負(fù)極,維持正、負(fù)極間有一定的電勢(shì)差,故選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤;導(dǎo)體中的電場(chǎng)是電源電場(chǎng)和導(dǎo)體中積累的電荷形成的電場(chǎng)疊加而成的,故選項(xiàng)C錯(cuò)誤,D正確。例4.如圖所示,電解池內(nèi)有一價(jià)的電解液,時(shí)間t內(nèi)通過(guò)溶液內(nèi)截面S的正離子數(shù)是n1,負(fù)離子數(shù)是n2,設(shè)元電荷為e,以下解釋中正確的是 (

)A.正離子定向移動(dòng)形成的電流方向從A→B,負(fù)離子定向移動(dòng)形成的電流方向從B→AB.溶液內(nèi)正、負(fù)離子向相反方向移動(dòng),電流抵消C.溶液內(nèi)電流方向從A→B,電流強(qiáng)度I=n1e/tD.溶液內(nèi)電流方向從A→B,電流強(qiáng)度I=(n1+n2)e/tD解析:選D。正電荷定向移動(dòng)的方向就是電流方向,負(fù)電荷定向移動(dòng)的反方向也是電流方向,故選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤;有正、負(fù)電荷反向經(jīng)過(guò)同一截面時(shí),I=q/t公式中q應(yīng)是正、負(fù)電荷的電荷量絕對(duì)值之和,故I=(n1+n2)e/t,電流方向由A指向B,故選項(xiàng)C錯(cuò)誤,D正確。例5.在電解槽中,1min內(nèi)通過(guò)橫截面的二價(jià)正離子和一價(jià)負(fù)離子的個(gè)數(shù)分別為7.5×1020個(gè)和1.5×1021個(gè),則通過(guò)電解槽的電流為 (

)A.0

B.8A

C.4A

D.480A解析:選B。電流由正、負(fù)離子的定向移動(dòng)形成,則在60s內(nèi)通過(guò)橫截面的總電荷量應(yīng)為Q=2×1.6×10-19×7.5×1020C+1.6×10-19×1.5×1021C=480C。由電流的定義式可知I=Q/t=480/60A=8A,故選項(xiàng)B正確。B例6.半徑為R的均勻帶電圓環(huán),橫截面積為S,所帶電荷量為Q,現(xiàn)使圓環(huán)繞垂直圓環(huán)所在平面且過(guò)圓心的軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng),則由環(huán)產(chǎn)生的等效電流為 (

)解析：選A。圓環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)的周期為T(mén)=ω/2π，根據(jù)I=Q/T，則圓環(huán)產(chǎn)生的等效電流為I=Q/T=Qω/2π，故選項(xiàng)A正確。A解析:選C。電子繞核運(yùn)動(dòng)可等效為一環(huán)形電流,電子運(yùn)動(dòng)周期為T(mén)=2πr/v,根據(jù)電流的定義式得:電流強(qiáng)度為I=q/t=e/T=ve/2πr,因?yàn)殡娮訋ж?fù)電,所以電流方向與電子定向移動(dòng)方向相反,即沿逆時(shí)針?lè)较?故C項(xiàng)正確。例7.安培提出了著名的分子電流假說(shuō),根據(jù)這一假說(shuō),電子繞核運(yùn)動(dòng)可等效為一環(huán)形電流。設(shè)帶電荷量為e的電子以速率v繞原子核沿順時(shí)針?lè)较蜃霭霃綖閞的勻速圓周運(yùn)動(dòng),其電流的等效電流強(qiáng)度I和方向?yàn)?(

)A.順時(shí)針 B.順時(shí)針C.逆時(shí)針 D.逆時(shí)針C例8.銅的摩爾質(zhì)量為m,密度為ρ,每摩爾銅原子有n個(gè)自由電子,今有一根橫截面積為S的銅導(dǎo)線,當(dāng)通過(guò)的電流為I時(shí),電子定向移動(dòng)的平均速率為 (

)A.光速c

B.C.D.

解析:選D。如圖所示,選長(zhǎng)度為l的銅導(dǎo)線為研究對(duì)象。所選研究對(duì)象的體積為V=lS ①銅的摩爾體積V0=m/ρ ②由①②可得所選研究對(duì)象的物質(zhì)的量N=V/V0=ρls/m③因?yàn)槊磕栥~原子有n個(gè)自由電子,所以所選研究對(duì)象所含自由電子個(gè)數(shù)n1=Nn=nρls/m④電流:I=q/t=n1ev/l