1、1电源和电流 第十一章 电路及其应用 核心素养明目标 核心素养学习目标 物理观念(1)了解电流的概念，知道电流的单位。(2)知道电源的作用和导体中的恒定电场。科学思维(1)通过实例分析，理解电流形成的条件。(2)通过对比静电平衡条件，理解导体中的恒定电场和电流。核心素养学习目标 科学探究通过分析数据，得到几种不同的电流的微观表达式，并能用公式 Iqt和 IneSv 分析、处理有关问题。科学态度与责任能做到实事求是，对导体中三种速度进行比较。自主预习探新知 NO.1知识点一 知识点二 知识点一 电源 1形成电流的条件(1)存在_，比如金属导体中的自由电子、电解液中的_。(2)导体两端存在_。自由
2、电荷正、负离子电压2电源(1)在电源内部，能把_从电源正极搬运到电源负极的装置。(2)电源的作用：能把电子从电源_搬运到电源_，保持电源正、负极间有一定的_，使导体中有_的电流。电子正极负极电压持续1：思考辨析(正确的打“”，错误的打“”)(1)电源的作用是使电路中的电荷发生定向移动。()(2)只要电路中有电源，电路中就会形成持续的电流。()(3)导线中的电场是由电源两极在空间直接形成的。()知识点二 恒定电流 1恒定电场：由_分布的电荷所产生的稳定的电场。2自由电荷定向移动的平均速率：在恒定电场的作用下，自由电荷定向_运动，但在运动过程中与导体内不动的粒子不断碰撞，碰撞的结果是大量自由电荷定
3、向移动的平均速率不随_变化。稳定加速时间恒定电流电路中的电场是恒定电场，但不是静态的绝对稳定，而是动态稳定，就电路中任一微元来讲，流走多少电荷，就补充等量的电荷，所以不能认为恒定电场是匀强电场。3恒定电流：大小、_都不随时间变化的电流。4电流(1)物理意义：表示电流_程度的物理量。(2)公式：I_。方向强弱qt(3)单位：在国际单位制中，电流的单位是_，简称_，符号是 A。常用的电流单位还有毫安(mA)和微安(A)。1 mA_ A，1 A_ A。(4)方向：_定向移动的方向规定为电流的方向。安培安103106正电荷2：思考辨析(正确的打“”，错误的打“”)(1)恒定电场与静电场基本性质相同，两
4、者没有区别。()(2)电流越大，单位时间内通过导体横截面的电荷量就越多。()(3)导体中的电流，实际是正电荷的定向移动形成的。()合作探究提素养 NO.2考点1 考点2 考点3 考点 1 对电源的理解 (1)如图所示，电闪雷鸣时，天空发出耀眼的闪光，耀眼的闪光为什么只持续一瞬间？提示：云层与大地或云层之间放电结束后不再产生电流。(2)打开开关后，手电筒中的小灯泡能持续发光，为什么？提示：手电筒中有电源，电源能给小灯泡提供持续的电流。1电源(1)定义：电源是能把电子从正极搬运到负极的装置。如图所示，P 为电源，A 是电源的正极，B 是电源的负极。(2)电源的作用 从电荷移动的角度看，电源的作用就
5、是移送电荷，维持电源正、负极间有一定的电势差，从而保持电路中有持续的电流。2电流的形成(1)形成原因：电荷的定向移动。(2)形成条件：导体两端有电压。(3)电路中产生持续电流的条件：电路中有电源且电路闭合。3电流的方向 规定正电荷定向移动的方向为电流的方向，则负电荷定向移动的方向与电流的方向相反。4形成电流的三种电荷 形成电流的三种电荷为自由电子、正离子和负离子，其中金属导体导电时定向移动的电荷是自由电子，液体导电时定向移动的电荷有正离子和负离子，气体导电时定向移动的电荷有自由电子、正离子和负离子。【典例 1】下列关于电源的说法正确的是()A电源的作用是在电源内部把电子由负极搬运到正极，保持两
6、极之间有电压 B电源把正、负电荷分开的过程是把其他形式的能转化为电势能的过程 C电荷的移动形成电流 D只要电路中有电源，电路中就会形成持续的电流 B 在电源内部，电源把电子由正极搬运到负极，这一过程要克服静电力做功，把其他形式的能转化为电势能，故选项 A 错误，选项 B 正确；电荷的定向移动才形成电流，故选项 C 错误；电路中要形成持续的电流，既要有电源，电路又要闭合，两者缺一不可，故选项 D 错误。有电源不一定得到持续的电流，要得到持续的电流需要同时满足两个条件：(1)电路中有电源。(2)电路还必须是闭合的，即必须用导体将电源连接起来。跟进训练 1如图所示，两个带绝缘柄的金属球 A、B，A
7、带负电，B 不带电，用导体棒连接 A、B 的瞬间，下列说法中错误的是()A有瞬时电流形成，方向由 A 到 B BA、B 两端的电势不相等 C导体棒内的电场强度不等于 0 D导体棒内的自由电荷受电场力作用定向移动 A A、B 两个金属球，由于 A 带负电，在 A 金属球周围存在指向 A 的电场，故 B 球所在处的电势应高于 A 球所在处的电势，故B 正确；连接后的瞬间导体棒内的电场强度不等于 0，棒中的自由电荷在电场力的作用下发生定向移动，故 C、D 正确；由于导体棒中的自由电荷为电子，故移动方向为由 A 指向 B，电流方向应由 B 指向A，故 A 错误。A 符合题意。考点 2 对电流的理解 如
8、图所示，把电源用导线连接在插入食盐水中的两个金属电极上，电路中形成电流。(1)盐水中的电流和金属导线中的电流形成机制有什么不同？(2)盐水中的电流沿什么方向？(3)假设 t s 内有 N 个 Cl和 N 个 Na通过图中虚面，则电路中的电流多大？提示：(1)盐水中的电流是 Cl和 Na同时反向定向移动形成的，金属导线中的电流是自由电子定向移动形成的。(2)向左(3)I2Net 1对电流的理解(1)电流虽然有方向，但它是标量，其计算遵循代数运算法则。(2)在外电路中电流方向由电源正极到负极，在电源内部电流方向由电源负极到正极。(3)Iqt是电流的定义式，或者说是求解电流的一种方法，电流 I与 q
9、、t 无正反比关系。(4)qIt 是电量的计算式。2电流大小的计算(1)金属导体中电流的计算 金属导体中的自由电荷只有自由电子，运用 Iqt计算时，q 是某一时间内通过金属导体横截面的电子的电荷量。(2)电解液中电流的计算 电解液中的自由电荷是正、负离子，运用 Iqt计算时，q 应是同一时间内正、负两种离子通过横截面的电荷量的绝对值之和。(3)环形电流的计算 环形电流的计算采用等效的观点分析。所谓等效电流，就是把电子周期性地通过圆周上各处形成的电流看成持续不断地通过圆周上各处时所形成的电流。对周期性运动的电荷，常取一个周期来计算等效电流。利用 IqtqT求等效电流。【典例 2】如图所示，电解池
10、内有一价的电解液，时间 t 内通过溶液内截面 S 的正离子数是 n1，负离子数是 n2，设元电荷为 e，以下解释中正确的是()A正离子定向移动形成电流方向从 AB，负离子定向移动形成电流方向从 BA B溶液内正、负离子向相反方向移动，电流抵消 C溶液内电流方向从 AB，电流强度 In1et D溶液内电流方向从 AB，电流强度 In1n2et 思路点拨：(1)电流的方向：与正离子定向移动方向相同，与负离子定向移动方向相反。(2)通过某一截面的电荷量为通过该截面正、负离子电荷量的绝对值之和。D 正电荷定向移动的方向就是电流方向，负电荷定向移动的反方向也是电流方向，A、B 错误；有正、负电荷反向经过
11、同一截面时，Iqt公式中 q 应是正、负电荷电荷量绝对值之和，故 In1en2et，电流方向由 A 指向 B，C 错误，D 正确。求电流的技巧(1)要分清形成电流的电荷种类，是只有正电荷或负电荷，还是正、负电荷同时定向移动。(2)当正、负电荷都参与定向移动时，正、负电荷对电流的形成都有贡献。跟进训练 2安培提出了著名的分子电流假说，根据这一假说，电子绕核运动可等效为一环形电流。设带电荷量为 e 的电子以速率 v 绕原子核沿顺时针方向做半径为 r 的匀速圆周运动，其电流的等效电流强度I 和方向为()A ve2r 顺时针 Bver 顺时针 C ve2r 逆时针Dver 逆时针 C 电子绕核运动可等
12、效为一环形电流，电子运动周期为 T2rv，根据电流的定义式得：电流强度为 IqteT ve2r，因为电子带负电，所以电流方向与电子定向移动方向相反，即沿逆时针方向，故 C 正确。考点 3 电流的微观表达式 如图所示，AD 表示粗细均匀的一段长为 l 的导体，两端加一定的电压，导体中的自由电荷沿导体定向移动的平均速率为 v，设导体的横截面积为 S，导体每单位体积内的自由电荷数为 n，每个自由电荷的电荷量为 q。(1)AD 导体中有多少个自由电荷？总电荷量是多少？(2)这些电荷都通过横截面 D 所需的时间是多少？(3)导体 AD 中的电流是多大？提示：(1)AD 导体中的自由电荷总数：NnlS。总
13、电荷量 QNqnlSq。(2)所有这些电荷都通过横截面 D 所需要的时间：tlv。(3)根据公式 qIt 可得：导体 AD 中的电流：IQt nlSqlvnqSv。1IneSv 与 Iqt的区别 IneSv 是电流的决定式，即电流的大小由 n、e、S、v 共同决定，其中 e 是单个自由电荷的电荷量；而 Iqt是电流的定义式，其中 q 是通过导体横截面的电荷量(不是通过单位横截面积的电荷量)。2三种速率的比较(1)电子定向移动平均速率：电子在金属导体中的平均运动速率，也就是公式 IneSv 中的 v，大小约为 104m/s。(2)电流的传导速率：电流在导体中的传导速率等于光速，为3108m/s。
14、闭合开关的瞬间，电路中各处以光速建立恒定电场，电路中各处的自由电子几乎同时定向移动，整个电路也几乎同时形成了电流。(3)电子热运动速率：电子做无规则热运动的速率，大小约为 105m/s。由于热运动向各个方向运动的机会相等，故此运动不能形成电流。【典例 3】(多选)有一横截面积为 S 的铜导线，流经其中的电流为 I；设每单位体积的导线中有 n 个自由电子，电子的电荷量为 e，此电子的定向移动速率为 v，在 t 时间内，通过导线横截面的自由电子数可表示为()AnvSt Bnvt CIte DItSe 思路点拨：(1)电子数等于总电荷量除以每个电子的电荷量，所以求出通过横截面的电荷量，即可求出电子数
15、。(2)单位体积内的电子数已知，只要求出 t 时间内有多少体积的电子通过横截面，即可求出电子数。AC 因为 I qt，所以 qIt，自由电子数目为 NqeIte，C 正确，D 错误；又因为电流的微观表达式为 InevS，所以自由电子数目为 NqeIte nevStenvSt，A 正确，B 错误。用电流的微观表达式求解问题的注意点(1)准确理解公式中各物理量的意义，式中的 v 是指自由电荷定向移动的速率，不是电流的传导速率，也不是电子热运动的速率。(2)IneSv 是由 Iqt导出的，若 n 的含义不同，表达式的形式也会不同。跟进训练 3(多选)如图所示，将左边的细铜导线与右边的粗铜导线连接起来
16、，已知粗铜导线的横截面积是细铜导线横截面积的两倍，在细铜导线上取一个截面 A，在粗铜导线上取一个截面 B，若在 1 s 内垂直地通过它们的电子数相等，那么，通过这两个截面的()A电流相等 B电流不相等 C自由电子定向移动的速率相等 D自由电子定向移动的速率不相等 AD 由电流定义知 Iqtnet，故 A 正确，B 错误；由电流的微观表达式 InSqv 知，I、n、q 均相等，因为 SAvB，故 C 错误，D 正确。当堂达标夯基础 NO.31 2 3 4 1(多选)在由电源、导线等电路元件所组成的电路中，以下说法正确的是()A导线中的电场强度处处为零 B导线中的电场强度方向跟导线方向平行 C导线
17、处于静电平衡状态 D导线内沿电流方向各点的电势逐渐降低 5 1 2 3 4 BD 在电源和导线中感应电荷的共同作用下，垂直导线方向的电场相互抵消，在导体中形成了沿导线方向的电场，即导线中的电场强度方向跟导线方向平行，B 正确，A 错误；导体内有电场，说明导体不是静电平衡状态，C 错误；沿电场方向电势逐渐降低，电场方向就是正电荷的受力方向，也就是电流的方向，即导线内沿电流方向各点的电势逐渐降低，D 正确。5 1 2 3 4 2下列关于电流的说法正确的是()A根据 Iqt，可知 I 与 q 成正比 B如果在任何相等的时间内通过导体横截面的电荷量相等，则导体中的电流是恒定电流 C电流有方向，电流是矢
18、量 D电流的单位“安培”是国际单位制中的基本单位 5 1 2 3 4 D 依据电流的定义式可知，电流与 q、t 皆无关，故 A 错误；虽然电流是标量，但是却有方向，因此在任何相等的时间内通过导体横截面的电荷量虽然相等，但如果方向变化，电流也不是恒定电流，故 B、C 错误；电流的单位安培是国际单位制中的基本单位，故D 正确。5 1 2 3 4 3如图所示的电解池，通电 1 s，其间共有 3 C 的正离子和 3 C的负离子通过截面 xy，则这个电路中的电流是()A0 B1.5 A C3 A D6 A D 由电流的定义知 Iqt3 C3 C1 s6 A，故 D 正确。5 1 2 3 4 4(多选)关
19、于电流的方向，下列描述正确的是()A规定正电荷定向移动的方向为电流的方向 B规定自由电荷定向移动的方向为电流的方向 C在金属导体中，自由电子定向移动的方向为电流的反方向 D在电解液中，由于正、负离子的电荷量相等，定向移动的方向相反，故无电流 5 1 2 3 4 AC 规定正电荷定向移动的方向为电流的方向，故 A 对，B 错；金属导体中定向移动的是自由电子，电子带负电，故电子运动的方向与电流的方向相反，C 对；在电解液中，正、负离子的电荷量相等，定向移动的方向相反，但有电流，电流的大小等于正、负离子电荷量的绝对值之和与时间的比值，D 错。5 1 2 3 4 5 5情境：锂离子电池以碳素材料为负极
20、，以含锂的化合物作正极，没有金属锂存在，只有锂离子，这就是锂离子电池。当对电池进行充电时，电池的正极上有锂离子生成，生成的锂离子经过电解液运动到负极。而作为负极的碳呈层状结构，它有很多微孔，到达负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中，嵌入的锂离子越多，充电容量越高。同样，当对电池进行放电时(即我们使用电池的过程)，嵌在负极碳层中的锂离子脱出，又运动回正极。回正极的锂离子越多，放电容量越高。1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 问题：一辆电池容量为 120 Ah 的电动汽车，平均工作电流是 5 A，能连续运行多长时间？解析 根据 Iqt，得 tqI1205 h24 h。答案 24 h 回归本节知识，
21、自我完成以下问题：1持续电流是怎样形成的？提示：电路中有电源。2恒定电场与静电场有何异同？提示：不同点：静电场由静止电荷产生，恒定电场由稳定分布的电荷(不是静止电荷)产生。相同点：基本性质相同，对于电势、电势差及其与电场强度的关系，两种电场均适用。3怎样理解电流定义式？提示：(1)电解液中正、负离子定向移动的方向虽然相反，但正、负离子定向移动形成的电流大小是相同的，应用 Iqt求电流时，q为正电荷总电荷量和负电荷总电荷量的绝对值之和。(2)qIt 是 Iqt的变形，是求电荷量的重要公式。其中 I 是电流在时间 t 内的平均值。点击右图进入 课 后 素 养 落 实 谢谢观看 THANK YOU!
