高中物理人教版课件选修3-1 2.1电源和电流（数理化网 为您收集整理）

1、1 电源和电流1.1.知道什么是电源，电源在直流电路中的作用。知道什么是电源，电源在直流电路中的作用。2.2.理解有电源的电路中导线内部电场强度的特点。理解有电源的电路中导线内部电场强度的特点。3.3.了解电流形成的条件，理解电流的定义，知道电流的单位，了解电流形成的条件，理解电流的定义，知道电流的单位，方向的规定。方向的规定。4.4.从微观意义上理解电流的强弱与自由电子平均速率的关系。从微观意义上理解电流的强弱与自由电子平均速率的关系。重点：重点：1.1.理解电源的形成过程及电流的产生。理解电源的形成过程及电流的产生。 2.2.根据电荷的定向移动计算电流的大小。根据电荷的定向移动计算电流的大

2、小。难点：难点：1.1.区分电子定向移动的速率和在导线中电场的速率这区分电子定向移动的速率和在导线中电场的速率这 两个不同的概念。两个不同的概念。 2.2.会灵活运用公式计算电流的大小。会灵活运用公式计算电流的大小。一、电源一、电源1.1.定义定义能把电路中的电子从能把电路中的电子从_搬到搬到_的装置。的装置。2 2作用作用(1)(1)维持电源两端有一定的维持电源两端有一定的_。(2)(2)使闭合电路中保持使闭合电路中保持_。正极正极负极负极电势差电势差持续的电流持续的电流二、恒定电流二、恒定电流1.1.恒定电场恒定电场(1)(1)定义：由电路中稳定分布的电荷所产生的定义：由电路中稳定分布的电

3、荷所产生的_。(2)(2)形成：当电路达到稳定时，由电源、导线等电路元件所积累形成：当电路达到稳定时，由电源、导线等电路元件所积累的的_在导线内共同形成的电场。在导线内共同形成的电场。(3)(3)特点：任何位置的特点：任何位置的_和和_都不随时间变化。都不随时间变化。稳定的电场稳定的电场电荷电荷电荷分布电荷分布电场强度电场强度2.2.电流电流(1)(1)物理意义：表示电流的物理意义：表示电流的_。(2)(2)单位及符号：在国际单位制中，电流的单位是单位及符号：在国际单位制中，电流的单位是_，简称，简称_，符号，符号_。(3)(3)电流与电量的关系：电流与电量的关系：_。(4)(4)恒定电流定义

4、：恒定电流定义：_、_都不随时间变化的电流。都不随时间变化的电流。(5)(5)恒定电流的形成：由于恒定电流的形成：由于_的作用，使自由电荷定向移的作用，使自由电荷定向移动的速率增加，运动过程中与导体内不动的粒子碰撞，使自由电动的速率增加，运动过程中与导体内不动的粒子碰撞，使自由电荷速率减小，最终表现为平均速率荷速率减小，最终表现为平均速率_。强弱程度强弱程度安培安培安安A Aq=Itq=It大小大小方向方向恒定电场恒定电场不变不变【判一判】【判一判】(1)(1)电源是将电能转化为其他形式能的装置。电源是将电能转化为其他形式能的装置。( )( )(2)(2)电源能把自由电子从正极搬运到负极。电源

5、能把自由电子从正极搬运到负极。( )( )(3)(3)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。( )( )(4)(4)通过导体截面的电荷量越多，电流越大。通过导体截面的电荷量越多，电流越大。( )( )提示：提示：(1)(1)电源是将其他形式的能转化为电能的装置，故电源是将其他形式的能转化为电能的装置，故(1)(1)错；错；(2)(2)电源把电子从电源正极电源把电子从电源正极“搬运搬运”到负极，以增加其电势到负极，以增加其电势能，能，(2)(2)对；对；(3)(3)电流虽然有方向但不是矢量，其运算遵从代数电流虽然有方向但不是矢量，其运算遵从代数法则，故法则，故(3)(3

6、)错；错；(4)(4)由由 知知I I还与还与t t有关，有关，q q大大I I不一定大，故不一定大，故(4)(4)错。错。 qIt 电源的作用电源的作用1.1.如图为分别带正、负电荷的如图为分别带正、负电荷的A A、B B两个两个导体球，如果用一条导线将它们连接起导体球，如果用一条导线将它们连接起来，来，A A、B B之间的电势差会发生什么变化？之间的电势差会发生什么变化？最后最后A A、B B两个导体球会达到什么状态？两个导体球会达到什么状态？导线中能否出现电流？这个电流有什么特点？导线中能否出现电流？这个电流有什么特点？提示：提示：A A、B B之间的电势差会减小，最终之间的电势差会减小

7、，最终A A、B B两个导体球会达到两个导体球会达到静电平衡状态，导线中会出现电流，电流只能是瞬时的。静电平衡状态，导线中会出现电流，电流只能是瞬时的。2.2.在图甲中，为使水池在图甲中，为使水池A A中的水源源不中的水源源不断地流向水池断地流向水池B B中，可在中，可在A A、B B之间连接之间连接一台抽水机，将水池一台抽水机，将水池B B中的水抽到水池中的水抽到水池A A中，这样可保持中，这样可保持A A、B B之间有一定的高度差，从而使水管中有源之间有一定的高度差，从而使水管中有源源不断的水流，如图乙。那么对上面的探究问题源不断的水流，如图乙。那么对上面的探究问题1 1，若要在导体，若要

8、在导体球球A A、B B间的导线中保持一个稳定的电流可采取什么样的措施？间的导线中保持一个稳定的电流可采取什么样的措施？ 提示：提示：可在可在A A、B B之间连接一个装置之间连接一个装置P P，如图，如图所示。它能源源不断地把经过导线流到所示。它能源源不断地把经过导线流到A A的的电子取走电子取走, ,补充给补充给B,B,使使A A、B B始终分别保持一始终分别保持一定数量的正、负电荷定数量的正、负电荷, ,这样这样,A,A、B B周围空间周围空间( (包括导线之中包括导线之中) )始终存在一定的电场；始终存在一定的电场；A A、B B之间始终维持着一之间始终维持着一定的电势差。由于存在电势

9、差定的电势差。由于存在电势差, ,导线中的自由电子就能不断地导线中的自由电子就能不断地在静电力作用下由在静电力作用下由B B经过经过R R向向A A定向移动定向移动, ,使电路中保持持续的电使电路中保持持续的电流。能把电子从流。能把电子从A A搬运到搬运到B B的装置的装置P P就是电源。就是电源。【知识点拨【知识点拨】电流形成的条件电流形成的条件(1)(1)回路中存在自由电荷回路中存在自由电荷金属导体中的自由电荷是电子。金属导体中的自由电荷是电子。电解液中的自由电荷是正、负离子。电解液中的自由电荷是正、负离子。气体被电离后，自由电荷是正、负离子。气体被电离后，自由电荷是正、负离子。(2)(2

10、)导体两端有电压导体两端有电压导体两端有电压时，导体内存在电场，自由电荷在电场力的作导体两端有电压时，导体内存在电场，自由电荷在电场力的作用下定向移动形成电流。用下定向移动形成电流。要使导体中有持续的电流，必须在导体两端加上持续的电压。要使导体中有持续的电流，必须在导体两端加上持续的电压。【探究归纳【探究归纳】电源的作用电源的作用(1)(1)从电荷移动角度看：电源的作用就是移送电荷，维持电源从电荷移动角度看：电源的作用就是移送电荷，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电流。正、负极间有一定的电势差，从而保持电路中有持续电流。(2)(2)从能量转化的角度看：搬运电荷的过程就是将

11、其他形式的从能量转化的角度看：搬运电荷的过程就是将其他形式的能转化为电能的过程。能转化为电能的过程。【典例【典例1 1】关于电源的作用，下列说法正确的是】关于电源的作用，下列说法正确的是( )( )A A电源的作用是为电流提供自由电子电源的作用是为电流提供自由电子B B电源的作用是使导体中形成电场电源的作用是使导体中形成电场C C电源的作用是保持导体两端的电势差电源的作用是保持导体两端的电势差D D电源的作用是使自由电荷做定向移动电源的作用是使自由电荷做定向移动【思路点拨】【思路点拨】解答本题需要把握以下两点：解答本题需要把握以下两点：(1)(1)电路中的电子是金属的核外电子。电路中的电子是金

12、属的核外电子。(2)(2)正确理解电源的作用。正确理解电源的作用。【解析】【解析】选选B B、C C、D D。电源的作用就是保持导体两端的电势差，。电源的作用就是保持导体两端的电势差，使导体中形成电场，使导体中的自由电荷在电场力作用下做定使导体中形成电场，使导体中的自由电荷在电场力作用下做定向移动，故向移动，故B B、C C、D D对；电源不能提供自由电子，对；电源不能提供自由电子，A A错。错。【变式训练】【变式训练】(2012(2012济南高二检测济南高二检测) )形成持续电流的条件是形成持续电流的条件是( )( )A.A.只要有电压加在物体的两端只要有电压加在物体的两端B.B.必须保持导

13、体两端有电压必须保持导体两端有电压C.C.只在导体两端瞬时加电压只在导体两端瞬时加电压D.D.只要有大量的自由电荷只要有大量的自由电荷【解析】【解析】选选B B。形成持续电流的条件是自由电荷和持续的电压，。形成持续电流的条件是自由电荷和持续的电压，两者缺一不可，故两者缺一不可，故A A、D D错误；导体中有大量的自由电荷，所以错误；导体中有大量的自由电荷，所以保持导体两端有电压即可形成持续电流，保持导体两端有电压即可形成持续电流，B B正确；若只在导体正确；若只在导体两端瞬时加电压，只会形成瞬时电流，两端瞬时加电压，只会形成瞬时电流，C C错误。错误。 导线中的电场及电流微观表达式导线中的电场

14、及电流微观表达式1.1.导线中的电场是如何形成的？导线中的电场有何特点？导线中的电场是如何形成的？导线中的电场有何特点？提示：提示：导线中的电场是由电源、导线等电路元件所积累的电荷导线中的电场是由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成的。导线和电源连通后共同形成的。导线和电源连通后, ,在电源两极上的正、负电荷在电源两极上的正、负电荷激发的电场作用下激发的电场作用下, ,导线的表面以及导线的接头处会有电荷积导线的表面以及导线的接头处会有电荷积累累, ,这些电荷激发了导线内部的电场这些电荷激发了导线内部的电场, ,依靠这些电荷保证了导线依靠这些电荷保证了导线内部的场强沿导线方向。导线中的电荷虽

15、然在运动内部的场强沿导线方向。导线中的电荷虽然在运动, ,但有的流但有的流走了走了, ,另外的又来补充另外的又来补充, ,所以电荷的分布是稳定的，电场的分布所以电荷的分布是稳定的，电场的分布也是稳定的。导线中的电场是恒定电场，正是这个恒定电场引也是稳定的。导线中的电场是恒定电场，正是这个恒定电场引起导体内自由电子定向移动，形成电流。起导体内自由电子定向移动，形成电流。2.2.推导电流的微观表达式并讨论决定电流的微观因素。推导电流的微观表达式并讨论决定电流的微观因素。提示：提示：如图所示，设粗细均匀的一段如图所示，设粗细均匀的一段导线长度为导线长度为L L，两端加一定的电压，导，两端加一定的电压

16、，导线中自由电荷定向移动的速率为线中自由电荷定向移动的速率为v v，导，导线的横截面积为线的横截面积为S S，导线单位体积内的自由电荷数为，导线单位体积内的自由电荷数为n n，每个自，每个自由电荷的电荷量为由电荷的电荷量为e e。则导线中自由电荷总数。则导线中自由电荷总数N=nLSN=nLS，总电荷量，总电荷量q=Ne=nLSeq=Ne=nLSe，所有这些电荷都通过导线横截面所用时间，所有这些电荷都通过导线横截面所用时间所以电流所以电流 从微观上看电流取决于单位体积内的自从微观上看电流取决于单位体积内的自由电荷数由电荷数n n、导线的横截面积、导线的横截面积S S和自由电荷定向移动的速率和自由

17、电荷定向移动的速率v v。Ltv，qIneSvt。【知识点拨】【知识点拨】导体中与电流相关的三个速率导体中与电流相关的三个速率(1)(1)电流的传导速率：等于光速。电流的传导速率：等于光速。(2)(2)电子热运动的速率：数量级为电子热运动的速率：数量级为10105 5 m/s m/s。(3)(3)自由电子定向移动的速率：即漂移速率，远小于电子热运自由电子定向移动的速率：即漂移速率，远小于电子热运动和电流的传导速率，数量级为动和电流的传导速率，数量级为1010-5-5m/sm/s。【探究归纳【探究归纳】导线中的电场及电流微观表达式导线中的电场及电流微观表达式(1)(1)导线中的电场是恒定电场，任

18、何位置的电场强度都不随时导线中的电场是恒定电场，任何位置的电场强度都不随时间发生变化。间发生变化。(2)(2)电流的微观表达式：电流的微观表达式：I=neSvI=neSv。其中其中n n为单位体积内自由电荷的数目，为单位体积内自由电荷的数目，S S为导线的横截面积，为导线的横截面积，v v为自由电荷定向移动的速率为自由电荷定向移动的速率,e,e为每个自由电荷的电量。为每个自由电荷的电量。【典例【典例2 2】(2012(2012温州高二检测温州高二检测)(1)(1)在金属导体中，若在金属导体中，若10 s10 s内内通过横截面的电荷量为通过横截面的电荷量为10 C10 C，则导体中的电流，则导体

19、中的电流I I_ A_ A。(2)(2)某电解槽的横截面积为某电解槽的横截面积为0.5 m0.5 m2 2，若，若10 s10 s内沿相反方向通过内沿相反方向通过横截面的正、负离子的电荷量均为横截面的正、负离子的电荷量均为10 C10 C，则电解液中的电流，则电解液中的电流I I_ A_ A。【思路点拨】【思路点拨】解答本题应把握以下两点：解答本题应把握以下两点：(1)(1)运用公式运用公式 求电流的大小。求电流的大小。(2)(2)正、负离子同时向相反方向定向移动，电荷量正、负离子同时向相反方向定向移动，电荷量q q为正、负离为正、负离子电荷量绝对值之和。子电荷量绝对值之和。qIt【解析】【解

20、析】(1)(1)金属导体中定向移动形成电流的电荷是自由电金属导体中定向移动形成电流的电荷是自由电子，在子，在10 s10 s内通过导体横截面的电荷量内通过导体横截面的电荷量q q1 1=10 C,=10 C,故故 (2)(2)电解槽中定向移动形成电流的电荷是沿相反方向运动的正、电解槽中定向移动形成电流的电荷是沿相反方向运动的正、负离子，在负离子，在10 s10 s内通过横截面的电荷量内通过横截面的电荷量q q2 2=20 C,=20 C,故故答案：答案：(1)1 (2)2(1)1 (2)211qI1 At。22qI2 At。【变式训练】【变式训练】某一探测器因射线照射，内部气体电离，在时间某一探测器因射线照射，内部气体电离，在时间t t内有内有n n个二价正离子到达探测器的阴极，有个二价正离子到达探测器的阴极，有2n2n个电子到达探测个电子到达探测器的阳极，则探测器电路中的电流为器的阳极，则探测器电路中的电流为( ) ( ) A A0 B0 B2ne/t C2ne/t C3ne/t D3ne/t D4ne/t4ne/t【解析解析】选选D D。n n个二价正离子的带电量为个二价正离子的带电量为2ne2ne，2n2n个电子的带个电子的带电量也为电量也为2ne2ne，由于正离子与电子的运动方向相反，探测器电，由于正离子与电子的运动方向相反，探测器电路中的电流为路中的电流为