11.1 電源和電流 課件高二上學(xué)期物理人教版（2019）必修第三冊(cè)-1

11.1電源和電流人教版（2019）高中物理

必修

第三冊(cè)新知導(dǎo)入電學(xué)已經(jīng)改變了我們的生活方式，并且產(chǎn)生了一個(gè)巨大的工程應(yīng)用領(lǐng)域?！窭滓獯罄崦兰锢韺W(xué)家塞格雷今天我們就來(lái)學(xué)習(xí)電學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)電源和電流。新知導(dǎo)入思考：電閃雷鳴時(shí)，強(qiáng)大的電流使天空不時(shí)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？手電筒中的小燈泡卻能持續(xù)發(fā)光主要原因就是電路中有電源，今天我們就先從電源的知識(shí)學(xué)起。新知講解一、電源思考1：如圖所示分別帶正、負(fù)電荷的A、B兩個(gè)導(dǎo)體球，如果用一條導(dǎo)線H將它們連接起來(lái)會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？導(dǎo)線H中的自由電子在靜電力的作用下沿導(dǎo)線做定向運(yùn)動(dòng)，形成電流。_-A++++++++B_______新知講解思考2：導(dǎo)線H中的電流能夠持續(xù)嗎？請(qǐng)解釋原因。導(dǎo)線H中的自由電子由B向A移動(dòng)，B失去電子，A得到電子，A、B之間的電勢(shì)差很快消失，兩導(dǎo)體成為一個(gè)等勢(shì)體，達(dá)到靜電平衡，以后自由電子不再移動(dòng)，所以導(dǎo)線H中的電流只是瞬間的。不能持續(xù)。BA-A++++++++B_______HH等勢(shì)體新知講解思考3：如何才能使導(dǎo)線H中存在持續(xù)的電流呢？如果在A、B之間連接一個(gè)裝置P它能在B失去電子的過(guò)程中，不斷地從A取走電子，補(bǔ)充給B，使A、B始終帶一定數(shù)量的正、負(fù)電荷。這樣，A、B之間始終存在電勢(shì)差，H內(nèi)就會(huì)存在持續(xù)的電流。-B______A+++++++----

P裝置P新知講解1．電源定義：能把電子從A搬運(yùn)到B的裝置。裝置P就是電源。A、B就是電源的正負(fù)兩個(gè)極。-B______A+++++++----

P電源負(fù)極正極2.電源的作用：保持導(dǎo)體兩端的電勢(shì)差（電壓），使電路有持續(xù)的電流。新知講解二、恒定電流1.恒定電場(chǎng)（1）電荷和電場(chǎng)的分布不隨時(shí)間變化，即由穩(wěn)定分布的電荷所產(chǎn)生的穩(wěn)定的電場(chǎng)，叫作恒定電場(chǎng)。（2）A、B周圍空間的電場(chǎng)就是恒定電場(chǎng)，它是由電源、導(dǎo)線等電路元件所積累的電荷共同形成的。注意：恒定電場(chǎng)不是靜電場(chǎng)，但靜電場(chǎng)中的一些規(guī)律同樣適用于恒定電場(chǎng)。新知講解2.恒定電流（1）把大小、方向都不隨時(shí)間變化的電流叫作恒定電流。（2）電流①物理意義：表示電流強(qiáng)弱的物理量。電流就越大，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量越多。②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。③公式：I—電流q—電荷量新知講解④單位：在國(guó)際單位制中，電流的單位是安培簡(jiǎn)稱安，符號(hào)是A。1A=1C/s常用單位：毫安（mA）、微安（μA）它們與安培的關(guān)系是：1mA＝10-3A1μA＝10-6A⑤方向：導(dǎo)體內(nèi)正電荷定向移動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞯姆较?。金屬?dǎo)體中自由移動(dòng)的電荷是自由電子，電流的方向與自由電子定向移動(dòng)的方向相反。注意：電流雖然有方向，但電流是標(biāo)量，它遵循代數(shù)運(yùn)算法則，不遵循平行四邊形定則。新知講解3.對(duì)公式的理解（1）q是時(shí)間t內(nèi)通過(guò)某橫截面的電荷量，不是單位橫截面的電荷量。用該式計(jì)算出的電流是時(shí)間t內(nèi)的平均值。對(duì)于恒定電流，電流的瞬時(shí)值與平均值相等。（2）電解液中正、負(fù)離子定向移動(dòng)的方向雖然相反，但正負(fù)離子定向移動(dòng)形成的電流方向是相同的，q為正電荷總電荷量和負(fù)電荷總電荷量的絕對(duì)值之和。新知講解例題:某電解池，如果在1s內(nèi)共有5×1018個(gè)二價(jià)正離子和1×1019個(gè)一價(jià)負(fù)離子通過(guò)面積為0.1m2的某截面，那么通過(guò)這個(gè)截面的電流是（）A.0B.0.8AC.1.6AD.3.2A解析：由題，1s內(nèi)通過(guò)截面正離子的電量為q1=2n1e，負(fù)離子的電量絕對(duì)值為q2=n2e，則電流為I=（q1+q2

）/t=(2n1+n2)e/t，將n1=5×1018個(gè)，n2=1×1019個(gè)，e=1.6×10-19C代入解得，I=3.2A故選：D新知講解拓展學(xué)習(xí)電流的微觀解釋通常情況下，金屬中的自由電子不斷地做無(wú)規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)，它們朝任何方向運(yùn)動(dòng)的機(jī)會(huì)都一樣。從宏觀上看，沒(méi)有電荷（自由電子）的定向移動(dòng)，因而也沒(méi)有電流。新知講解如果導(dǎo)體兩端有電勢(shì)差，導(dǎo)體中的自由電子就要受到靜電力的作用。除了做無(wú)規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)外，還要在靜電力的作用下定向移動(dòng)，從而形成電流。金屬導(dǎo)體中的電流跟自由電子的定向移動(dòng)速率有關(guān)，下面就來(lái)推導(dǎo)它們之間的關(guān)系。新知講解如圖設(shè)導(dǎo)體的橫截面積為S，自由電子數(shù)密度（單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)）為n，自由電子定向移動(dòng)的平均速率為v電子電荷量為e。I=neSV解：時(shí)間t內(nèi)通過(guò)橫截面的電荷量q＝ne（Svt）。根據(jù)電流的公式I＝q/t，得到電流和自由電子定向移動(dòng)平均速導(dǎo)體左端的自由電子到達(dá)右端說(shuō)明①根據(jù)電流的微觀表達(dá)式可以看出，電流決定于導(dǎo)體中單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)、自由電荷的電荷量、自由電荷定向移動(dòng)的速度，還與導(dǎo)體的橫截面積有關(guān)。②由I=neSV可以看出，同種導(dǎo)體橫截面積越大的位置，電荷定向移動(dòng)的速率越小。思考討論1：電子的定向運(yùn)動(dòng)速率、電流的傳導(dǎo)速率、電子熱運(yùn)動(dòng)的速率一樣嗎？新知講解新知講解電子的定向運(yùn)動(dòng)速率:電子在金屬導(dǎo)體中的平均運(yùn)動(dòng)速率。平均速率約為1×10-4m/s。電流的傳導(dǎo)速率:電流在導(dǎo)體中的傳導(dǎo)速率等于光速，平均速率約為3×108m/s。電子熱運(yùn)動(dòng)的速率:自由電子在導(dǎo)體內(nèi)做無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)的速率，平均速率約為3×108m/s。思考討論2：如果認(rèn)為電子的定向運(yùn)動(dòng)速率就是電流的傳導(dǎo)速率，和我們的生活經(jīng)驗(yàn)是否相符？參考答案:導(dǎo)體兩端加上電壓，自由電子定向移動(dòng)的平均速率約為10-4m/s。按這個(gè)定向移動(dòng)平均速率計(jì)算，一個(gè)電子通過(guò)一條1m長(zhǎng)的導(dǎo)體需要幾個(gè)小時(shí)！這與我們平時(shí)開(kāi)關(guān)電燈時(shí)的感覺(jué)不符。實(shí)際上，閉合開(kāi)關(guān)的瞬間，電路中的各個(gè)位置以光速迅速建立了電場(chǎng)。隨著電場(chǎng)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(shí)開(kāi)始做定向移動(dòng)，整個(gè)電路也就幾乎同時(shí)形成了電流。新知講解新知講解STSE電動(dòng)汽車中的電池1.純電動(dòng)汽車使用的能源是什么？電池的材料是什么？純電動(dòng)汽車使用的能源不是汽油，而是電能，提供電能的是鋰離子電池，鋰離子電池以碳材料為負(fù)極，以含鋰的化合物為正極。2.說(shuō)一說(shuō)鋰離子電池的原理。鋰離子電池以碳材料為負(fù)極，以含鋰的化合物為正極。在充電的過(guò)程中，通過(guò)化學(xué)反應(yīng)，電池的正極有鋰離子生成，鋰離子通過(guò)電解。新知講解液運(yùn)動(dòng)到電池的負(fù)極。負(fù)極的碳材料有很多微孔，到達(dá)負(fù)極的鋰離子就嵌在這些微孔中，嵌入的鋰離子越多，電池中充入的電荷量也就越多。當(dāng)汽車開(kāi)動(dòng)時(shí)，在負(fù)極的鋰離子又會(huì)通過(guò)電解液返回正極，回到正極的鋰離子越多，則放出的電荷量也就越大。鋰離子電池原理正極負(fù)極課堂練習(xí)1．以下說(shuō)法正確的是（）A．國(guó)際單位制中，電流是一個(gè)基本物理量，其單位“安培”是基本單位B．導(dǎo)體中沒(méi)有電流，就說(shuō)明導(dǎo)體內(nèi)部的電荷沒(méi)有移動(dòng)C．電流的傳導(dǎo)速率就是導(dǎo)體內(nèi)自由電子的定向移動(dòng)速率D．在金屬導(dǎo)體內(nèi)當(dāng)自由電子定向移動(dòng)時(shí)，它們的熱運(yùn)動(dòng)就消失了A課堂練習(xí)2.雷擊，指打雷時(shí)電流通過(guò)人、畜、樹(shù)木、建筑物等而造成殺傷或破壞，其中一種雷擊形式是帶電的云層與大地上某點(diǎn)之間發(fā)生迅猛的放電現(xiàn)象，叫作“直擊雷”。若某次發(fā)生“直擊雷”前瞬間云層所帶的電荷量為8C，雷擊時(shí)放電時(shí)間為200μs，則此次雷擊時(shí)的平均電流為（）A．0.04AB．4×104AC．0.08AD．8×104AB課堂練習(xí)3．在一段導(dǎo)體兩端加上電壓，已知在10s內(nèi)通過(guò)此導(dǎo)體橫截面的電荷量是4C，則通過(guò)這段導(dǎo)體的電流是（）A．40AB．2.5AC．0.4AD．14AC課堂練習(xí)4.關(guān)于電流，下列說(shuō)法正確的是（）A．電子的運(yùn)動(dòng)速率越大，電流就越大B．單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面積的電量越多，導(dǎo)體中的電流越大C．因?yàn)殡娏饔蟹较?，所以電流是矢量D．導(dǎo)體中的電流，一定是自由電子的定向移動(dòng)形成的B拓展提高1.一根長(zhǎng)為L(zhǎng)，橫截面積為S的金屬棒，棒內(nèi)單位體積自由電子數(shù)為n，電子的質(zhì)量為m，電荷量為e。在棒兩端加上恒定的電壓時(shí)，棒內(nèi)產(chǎn)生電流I，則自由電子定向運(yùn)動(dòng)的平均速率為（）A．neSLmB．C．D．CLS拓展提高2.有一橫截面積為S的銅導(dǎo)線，流經(jīng)其中的電流強(qiáng)度為I；設(shè)每單位體積的導(dǎo)線中有n個(gè)自由電子，電子的電量為e，此電子的定向移動(dòng)速率為v，在Δt時(shí)間內(nèi)，通過(guò)導(dǎo)線橫截面的自由電子數(shù)可表示為（）A．nvSΔt