【公開課】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+

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,強大的電流使天空發(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而形成的。既然電流是由電荷的定向移動而形成的，所以，要形成電流，首先必須要有能夠自由移動的電荷——自由電荷。不過，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)體兩端沒有加上電壓時，自由電子只能在各自的平衡位置附近做雜亂無章的熱運動，從宏觀上看，電荷的熱運動，不能形成電流．一旦在導(dǎo)體兩端加上一個電壓，導(dǎo)體內(nèi)部就會形成一個電場，導(dǎo)體內(nèi)部的自由電子將會受到一個與場強方向相反的電場力作用而發(fā)生定向移動，從而形成電流?？梢?，要形成電流，導(dǎo)體兩端還必須有電勢差。+-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，導(dǎo)體內(nèi)建立了電場，導(dǎo)體中的自由電荷在電場力的作用下發(fā)生定向移動，形成電流導(dǎo)體中自由電子的定向移動使兩個帶電體成為等勢體，達(dá)到靜電平衡，導(dǎo)線R中會產(chǎn)生一個瞬時電流。A、B之間有電勢差A(yù)、B電勢差為零二、導(dǎo)體中產(chǎn)生持續(xù)電流的條件AB連通器水勢A水勢B抽水機水流--P-+A+++++++___B_____--1.能把電子從A搬運到B的裝置。2.作用:保持導(dǎo)體兩端的電勢差(電壓)，使電路有持續(xù)的電流。電源相當(dāng)于抽水機這個裝置就是電源。A、B就是電源的兩個極。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）從物理過程分析：就是通過非靜電力把電子從正極搬運到負(fù)極，使電源兩極間保持一定的電勢差。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.電場力做負(fù)功，電子的電勢能增加，通過電源把其它形式的能轉(zhuǎn)化為電能.1.通過非靜電力把電子從正極運到負(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)線中的電場如何變化，最終又會達(dá)到哪個狀態(tài)？MNE0FFnFt當(dāng)導(dǎo)體兩端有恒定的電勢差，導(dǎo)體內(nèi)建立了電場MNE0E0E′

MNE導(dǎo)線內(nèi)很快形成沿導(dǎo)線方向的電場導(dǎo)體內(nèi)的電場線保持和導(dǎo)線平行導(dǎo)線內(nèi)的電場是由電源和導(dǎo)體中積累的電荷共同形成的。當(dāng)導(dǎo)體兩端的電勢差恒定時，導(dǎo)體中產(chǎn)生恒定的電場、恒定的電流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。由穩(wěn)定分布的電荷產(chǎn)生穩(wěn)定的電場稱為恒定電場。由于恒定電場的作用,導(dǎo)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(dǎo)體內(nèi)不動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.大小方向都不隨時間變化的電流稱為恒定電流。恒定電場電場強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電流表,讀數(shù)不會變恒定電流由穩(wěn)定分布的電荷產(chǎn)生穩(wěn)定的電場稱為恒定電場.

四、電流強度物理學(xué)中規(guī)定：正電荷定向移動的方向為電流方向。4.電流強度是標(biāo)量：它的方向是環(huán)流方向。運算遵循算術(shù)法則導(dǎo)電時，是正負(fù)離子向相反方向定向移動形成電流，電量q表示通過截面的正、負(fù)離子電量絕對值之和。3.公式:I=q/t2.定義:通過導(dǎo)體橫截面的電量q跟通過這些電量所用時間t的比值叫做電流強度.1.物理意義：反映電流的強弱程度。5.國際單位：安培（A）1A=1C/s1A=103mA=106μA6.測量方法：電流表等。電流的微觀表達(dá)式一段粗細(xì)均勻的導(dǎo)體長為l,兩端加一定的電壓，自由電荷定向移動的速率為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，每個自由電荷量為q。SBCqqqvvt

設(shè)想在導(dǎo)體中取兩個橫截面B和C，則在時間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)、每個自由電荷的電量、導(dǎo)體的橫截面積和自由電荷定向運動速率四個量成正比。例1.下列關(guān)于電源的說法中正確的是 (

)A.電源的作用是在電源內(nèi)部把電子由負(fù)極搬運到正極,保持兩極之間有電壓B.電源把正、負(fù)電荷分開的過程是把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的過程C.電荷的移動形成電流D.只要電路中有電源,電路中就會形成持續(xù)的電流解析:選B。在電源內(nèi)部,電源把電子由正極搬運到負(fù)極,這一過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A錯誤,選項B正確;電荷的定向移動才形成電流,選項C錯誤;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D錯誤。B例2.下列關(guān)于電源和電流的說法正確的是 (

)A.因為電流有方向,所以電流是矢量B.通過導(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到負(fù)極解析：選D。電流有方向,但電流的計算不能根據(jù)平行四邊形定則進(jìn)行計算,故電流是標(biāo)量,故A項錯誤;根據(jù)電流的定義式I=q/t可知,通過導(dǎo)體橫截面的電荷量越大,導(dǎo)體中的電流不一定大,還要看時間長短,故B項錯誤;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項錯誤;電源能把自由電子從正極搬運到負(fù)極,從而形成兩極間的電勢差,故D項正確。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)體中的電場是由電源正、負(fù)極上的電荷形成的D.導(dǎo)體中的電場是由電源的電場和導(dǎo)體中積累的電荷形成的電場疊加而形成的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)極間有一定的電勢差,故選項A、B錯誤;導(dǎo)體中的電場是電源電場和導(dǎo)體中積累的電荷形成的電場疊加而成的,故選項C錯誤,D正確。例4.如圖所示,電解池內(nèi)有一價的電解液,時間t內(nèi)通過溶液內(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.正離子定向移動形成的電流方向從A→B,負(fù)離子定向移動形成的電流方向從B→AB.溶液內(nèi)正、負(fù)離子向相反方向移動,電流抵消C.溶液內(nèi)電流方向從A→B,電流強度I=n1e/tD.溶液內(nèi)電流方向從A→B,電流強度I=(n1+n2)e/tD解析:選D。正電荷定向移動的方向就是電流方向,負(fù)電荷定向移動的反方向也是電流方向,故選項A、B錯誤;有正、負(fù)電荷反向經(jīng)過同一截面時,I=q/t公式中q應(yīng)是正、負(fù)電荷的電荷量絕對值之和,故I=(n1+n2)e/t,電流方向由A指向B,故選項C錯誤,D正確。例5.在電解槽中,1min內(nèi)通過橫截面的二價正離子和一價負(fù)離子的個數(shù)分別為7.5×1020個和1.5×1021個,則通過電解槽的電流為 (

)A.0

B.8A

C.4A

D.480A解析:選B。電流由正、負(fù)離子的定向移動形成,則在60s內(nèi)通過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)所在平面且過圓心的軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動,則由環(huán)產(chǎn)生的等效電流為 (

)解析：選A。圓環(huán)轉(zhuǎn)動的周期為T=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A正確。A解析:選C。電子繞核運動可等效為一環(huán)形電流,電子運動周期為T=2πr/v,根據(jù)電流的定義式得:電流強度為I=q/t=e/T=ve/2πr,因為電子帶負(fù)電,所以電流方向與電子定向移動方向相反,即沿逆時針方向,故C項正確。例7.安培提出了著名的分子電流假說,根據(jù)這一假說,電子繞核運動可等效為一環(huán)形電流。設(shè)帶電荷量為e的電子以速率v繞原子核沿順時針方向做半徑為r的勻速圓周運動,其電流的等效電流強度I和方向為 (

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

)A.光速c

B.C.D.

解析:選D。如圖所示,選長度為l的銅導(dǎo)線為研究對象。所選研究對象的體積為V=lS ①銅的摩爾體積V0=m/ρ ②由①②可得所選研究對象的物質(zhì)的量N=V/V0=ρls/m③因為每摩爾銅原子有n個自由電子,所以所選研究對象所含自由電子個數(shù)n1=Nn=nρls/m④電流:I=q/t=n1ev/l