（新教材）2022版高中物理人教版必修第三册课件：11.1电源和电流 .ppt

1、第十一章第十一章 电路及其应用电路及其应用 1.1. 电源和电流电源和电流 问题引入：问题引入： 电闪雷鸣时，强大的电流使天空不时发出耀眼的闪光，但它只电闪雷鸣时，强大的电流使天空不时发出耀眼的闪光，但它只 能存在于一瞬间，而手电筒中的小灯泡却能持续发光，这是为什么？能存在于一瞬间，而手电筒中的小灯泡却能持续发光，这是为什么？ 观察并能识别观察并能识别电源电源，了解，了解其其在电路中的作用在电路中的作用 1.1.了解电源的形成过程，明确电源在直流电路中的作用。了解电源的形成过程，明确电源在直流电路中的作用。（物理观念）（物理观念） 2.2.理解导线中恒定电场的建立，掌握恒定电场和恒定电流的形成

2、过程。理解导线中恒定电场的建立，掌握恒定电场和恒定电流的形成过程。 （科学思维）（科学思维） 3.3.知道描述电流强弱程度的物理量知道描述电流强弱程度的物理量电流。电流。（科学思维）（科学思维） 体会课堂探究的乐趣，体会课堂探究的乐趣， 汲取新知识的营养，汲取新知识的营养， 让我们一起让我们一起 吧！吧！ 进进 走走 课课 堂堂 【探究一：产生电流的条件】【探究一：产生电流的条件】 问题问题1 1：什么是电流？：什么是电流？ 电荷的定向移动形成电流电荷的定向移动形成电流 金属导体金属导体自由电子，自由电子， 电解液电解液正、负离子。正、负离子。 问题问题2 2：哪里存在自由电荷呢？：哪里存在自

3、由电荷呢？ 问题问题3 3：有自由电荷就形成电流吗？：有自由电荷就形成电流吗？ 无电压时，导体中的自由电荷做无电压时，导体中的自由电荷做无规则运动无规则运动，在一段时间内在一段时间内向左、向左、 向右向右穿过横截面的自由电荷数穿过横截面的自由电荷数相等相等，从宏观上看，不能形成电流从宏观上看，不能形成电流。 - A + + + + + + + + _ B _ _ _ _ _ _ _ 导体导体A A、B B之间之间 有电势差有电势差 当导体两端存在电势差时，导体内建立了电场，导体中的自由电荷当导体两端存在电势差时，导体内建立了电场，导体中的自由电荷 在电场力的作用下发生定向移动，形成电流。在电场

4、力的作用下发生定向移动，形成电流。 【探究二：导体中产生持续电流的条件】【探究二：导体中产生持续电流的条件】 A B 连通器连通器 水势水势A 水势水势B 抽水机抽水机 水流水流 - - P - + A + + + + + + + _ _ _ B _ _ _ _ _ - - 1.1.能把电子从能把电子从A A搬运到搬运到B B的装置。的装置。 2.2.作用作用: :保持保持导体两端的电势差导体两端的电势差( (电压电压) )，使电路有，使电路有持续持续的电流。的电流。 这个装置就是电源。这个装置就是电源。A A、B B就是电源的两个极。就是电源的两个极。 正极正极 负极负极 电源电源 + -

5、E 有有自由移动的自由移动的电荷电荷 两端有两端有电势差电势差 内因内因 外因外因 一、电流形成的条件：一、电流形成的条件： 【探究结论】【探究结论】 问题问题1 1：导线中电子为什么能从电源的负极沿导线定向移到正极：导线中电子为什么能从电源的负极沿导线定向移到正极? ?在有在有 电源的电路中电源的电路中, ,导线内部的电场又有何特点导线内部的电场又有何特点? ? 【探究三：电路中电场分布规律】【探究三：电路中电场分布规律】 - - + A + + + + + + + _ _ _ B _ _ _ _ _ P M N E0 Fn Ft F 导线内的电场是由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成

6、的。导线内的电场是由电源、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，但尽管这些电荷也在运动，但有的流走了，另外的又来补充有的流走了，另外的又来补充，所以电荷的，所以电荷的 分布是稳定的，电场的分布也是稳定的。分布是稳定的，电场的分布也是稳定的。 【探究结论】【探究结论】由稳定分布的电荷所产生的稳定的电场，称为由稳定分布的电荷所产生的稳定的电场，称为恒定电场恒定电场。 二、恒定电场二、恒定电场 在静电场中所学的电势、电势差及电场强度的关系，在此同样适用。在静电场中所学的电势、电势差及电场强度的关系，在此同样适用。 - - + A + + + + + + + _ _ _ B _

7、 _ _ _ _ P M N E0 F Fn Ft M N E0 E0 E M N E 导线内很快形导线内很快形 成沿导线方向成沿导线方向 的电场的电场 【探究归纳】导体内的电场线保持和导线平行【探究归纳】导体内的电场线保持和导线平行 导线中的电场导线中的电场 【理论探究】【理论探究】 1.1.由于恒定电场的作用由于恒定电场的作用, ,导体中自由电荷定向运动的速率增加。导体中自由电荷定向运动的速率增加。 2.2.在运动过程中会与导体内不动的粒子碰撞从而减速。在运动过程中会与导体内不动的粒子碰撞从而减速。 3.3.因此自由电荷定向运动的平均速率不随时间变化。因此自由电荷定向运动的平均速率不随时间

8、变化。 【探究四：恒定电流的形成】【探究四：恒定电流的形成】 4.4.在这个电路中串联一个电流表在这个电路中串联一个电流表, ,其读数保持恒定。其读数保持恒定。 恒定电场恒定电场 电场强度不变电场强度不变 自由电子在各个位置的定向运动自由电子在各个位置的定向运动速率速率不变不变 串联一个电流表串联一个电流表, ,读数不会变读数不会变 恒定电流恒定电流 三、恒定电流三、恒定电流 1.1.大小、方向都不随时间变化的电流称为大小、方向都不随时间变化的电流称为恒定电流恒定电流。 2.2.电流电流(I)(I)：表示电流的强弱程度。：表示电流的强弱程度。 定义：定义：通过导体横截面的电荷量通过导体横截面的

9、电荷量q q跟通过这些电荷量所用时间跟通过这些电荷量所用时间t t的的 比值叫作电流。比值叫作电流。 公式：公式： 单位单位: :国际单位国际单位 安培安培(A) 1 A=1 C/s(A) 1 A=1 C/s 常用单位：毫安（常用单位：毫安（mAmA）、微安（）、微安（A A） 方向：方向：正电荷定向移动的方向正电荷定向移动的方向 q I t （1 1）适用于）适用于任何电荷任何电荷定向移动形成的电流。定向移动形成的电流。 （2 2）在）在金属导体金属导体中，电流方向与中，电流方向与自由电荷（电子）自由电荷（电子）定向移动的方向定向移动的方向相反相反。 （3 3）在）在电解液中电解液中，电流方

10、向与正离子定向移动的，电流方向与正离子定向移动的方向方向相同，与相同，与负离子负离子定向移定向移 动的方向动的方向相反相反。导电时，是正、负离子向相反方向定向移动形成电流，。导电时，是正、负离子向相反方向定向移动形成电流，电荷电荷 量量q q表示通过横截面的正、负离子表示通过横截面的正、负离子电荷量的绝对值之和电荷量的绝对值之和。 注意：注意： 四四、电流的微观表达电流的微观表达 1 1. .建立模型建立模型 一段粗细均匀的导体长为一段粗细均匀的导体长为l，两端加一定的电压两端加一定的电压，自由电荷定向移动的速自由电荷定向移动的速 率为率为v v，设导体的横截面积为设导体的横截面积为S S，导

11、体每单位体积内的自由电荷数为导体每单位体积内的自由电荷数为n n，每每 个自由电荷量为个自由电荷量为q q。 【互动探究】决定电流大小的微观量【互动探究】决定电流大小的微观量 ABAB导体中的自由电荷数导体中的自由电荷数 总电荷量总电荷量 所有这些电荷通过横截面所需要的时间所有这些电荷通过横截面所需要的时间 故导体故导体ABAB中的电流中的电流 Nnls QNqnlSq l t v QnlSq InqSv l t v 由此可见，从微观上看，电流取决于导体中由此可见，从微观上看，电流取决于导体中自由电荷数自由电荷数、每个自由、每个自由 电荷所带的电荷所带的电荷量电荷量、定向移动、定向移动速率速率

12、，还与导体的，还与导体的横截面积横截面积有关有关。 vt v S v 【例【例1 1】有一条横截面积】有一条横截面积S=1 mmS=1 mm2 2的铜导线的铜导线, ,通过的电流通过的电流I=1 A,I=1 A,已知铜的密度已知铜的密度 =8.9=8.910103 3 kg/m kg/m3 3, ,铜的摩尔质量铜的摩尔质量M=6.4M=6.41010- -2 2 kg/mol, kg/mol,阿伏加德罗常数阿伏加德罗常数 N NA A=6.02=6.02101023 23 mol mol- -1 1, ,电子的电量电子的电量e=e=- -1.61.61010- -19 19 C, C,求铜导线

13、中自由电子定向移动求铜导线中自由电子定向移动 的速率。可认为铜导线中平均每个铜原子贡献一个自由电子。的速率。可认为铜导线中平均每个铜原子贡献一个自由电子。 【解析】设自由电子在导线内定向移动的速率是【解析】设自由电子在导线内定向移动的速率是v。取一段导。取一段导 线（如图），自由电子从它的左端定向移动到右端的时间为线（如图），自由电子从它的左端定向移动到右端的时间为 t，则这段导线的长度为，则这段导线的长度为vt，体积为，体积为vtS，质量为，质量为vtS，则，则 这段导线中的原子数为这段导线中的原子数为 则这段导线中的自由电子数也为则这段导线中的自由电子数也为n， t时间内通过导体横截面的电

14、荷量是时间内通过导体横截面的电荷量是 把这个式子代入把这个式子代入 , ,得得 解得解得 vtvt v v v v A N M svt n eN M svt neq A t q I eN M sv I A sm esN IM v A /105 . 7 5 如果认为电子的定向移动速率就是电流的传导速如果认为电子的定向移动速率就是电流的传导速 率，这和我们的生活经验是否相符？怎样解释？率，这和我们的生活经验是否相符？怎样解释？ 电子定向移动的速率约为电子定向移动的速率约为1010- -5 5 m/s m/s， 电子热运动的平均速率约为电子热运动的平均速率约为10105 5 m/s m/s， 电场的

15、传播速率为电场的传播速率为3 310108 8 m/s m/s。 恒定电流恒定电流 维持正负极之间存在一维持正负极之间存在一 定电势差的装置。定电势差的装置。 1.存在自由电荷存在自由电荷 2.导体两端有电压导体两端有电压 定义定义 方向和大小都不随时间变化方向和大小都不随时间变化 数学表达式：数学表达式：I= 标量标量 方向规定：正电荷移动的方向方向规定：正电荷移动的方向 q t 产生产生 电源电源 1.1.关于电流的方向，下列叙述中正确的是（关于电流的方向，下列叙述中正确的是（ ） A A金属导体中电流的方向就是自由电子定向移动的方向金属导体中电流的方向就是自由电子定向移动的方向 B B在

16、电解质溶液中有自由移动的正离子和负离子，电流方向不能确定在电解质溶液中有自由移动的正离子和负离子，电流方向不能确定 C C不论何种导体，电流的方向规定为正电荷定向移动的方向不论何种导体，电流的方向规定为正电荷定向移动的方向 D D电流的方向有时与正电荷定向移动的方向相同，有时与负电荷定向移电流的方向有时与正电荷定向移动的方向相同，有时与负电荷定向移 动的方向相同动的方向相同 C C 2 2关于电流，下列说法中正确的是（关于电流，下列说法中正确的是（ ） A A通过导线横截面的电荷量越多，电流越大通过导线横截面的电荷量越多，电流越大 B B电子运动的速率越大，电流越大电子运动的速率越大，电流越大

17、 C C单位时间内通过导体横截面的电荷量越多，导体中的电流越大单位时间内通过导体横截面的电荷量越多，导体中的电流越大 D D因为电流有方向，所以电流是矢量因为电流有方向，所以电流是矢量 C C 3 3( (多选多选) )对于有恒定电流通过的导体，下列说法中正确的是对于有恒定电流通过的导体，下列说法中正确的是( )( ) A A导体内部的电场强度为零导体内部的电场强度为零 B B导体是个等势体导体是个等势体 C C导体两端有恒定的电压存在导体两端有恒定的电压存在 D D通过导体某个横截面的电荷量在任何相等的时间内都相等通过导体某个横截面的电荷量在任何相等的时间内都相等 CDCD 4 4. .半径

18、为半径为 R R 的橡胶圆环均匀带正电的橡胶圆环均匀带正电，总电荷量为总电荷量为Q Q，现使圆环绕垂直环现使圆环绕垂直环 所在平面且通过圆心的轴以角速度所在平面且通过圆心的轴以角速度沿逆时针方向匀速转动沿逆时针方向匀速转动，则由环产则由环产 生的等效电流沿什么方向生的等效电流沿什么方向？电流多大电流多大？ 【解题关键】【解题关键】橡胶圆环上正电荷的定向匀速圆周运动即可形成等效电流，橡胶圆环上正电荷的定向匀速圆周运动即可形成等效电流， 依据电流的定义式求得电流大小，选取时间段可为周期依据电流的定义式求得电流大小，选取时间段可为周期T。 解析：解析：依据电流的定义式依据电流的定义式 I I ，截取

19、圆环的任一，截取圆环的任一 截面截面S S，橡胶圆环运动一周的时间，橡胶圆环运动一周的时间 T T 内，通过这个内，通过这个 截面的电荷量为截面的电荷量为Q Q，则：，则： I I I I 方向与正电荷移动方向相同即沿逆时针方向。方向与正电荷移动方向相同即沿逆时针方向。 q t Q2 T T 又 ， Q 2 ， 5 5. .如果导线中的电流为如果导线中的电流为1 1 mAmA，那么那么1 1 s s内通过导体横截面的自由电子数是内通过导体横截面的自由电子数是 多少多少？若若“220220 V V，6060 W”W”的白炽灯正常发光时的电流为的白炽灯正常发光时的电流为273273 mAmA，则则

20、 2020 s s 内通过灯丝的横截面的电子数目是多少个内通过灯丝的横截面的电子数目是多少个？ 解析：解析：q qItIt1 11010 3 3 1 C1 C1 11010 3 3 C C， ， 设电子的数目为设电子的数目为 n n ， 则：则：n n 6.256.25101015 15个。 个。 当“当“220 V 60 W”220 V 60 W”的白炽灯正常发光时，的白炽灯正常发光时， I I273 mA273 mA。 q qItIt2732731010 3 3 20 C20 C5.46 C5.46 C。 设电子的数目为设电子的数目为N N，则，则 N N 3.43.4101019 19个。 个。 q e q e 我们总是梦想着天边的一座奇妙的玫瑰园我们总是梦想着天边的一座奇妙的玫瑰园， 却不去欣赏今天就开在我们窗口的玫瑰却不去欣赏今天就开在我们窗口的玫瑰。