高二物理 第2章 第1节 电源和电流课件 新人教版选修3-1

1、同步导学方案课后强化演练本章为电学的基础知识，它是在初中学过的电学知本章为电学的基础知识，它是在初中学过的电学知识的基础上，进行加深和拓展，主要讨论了电源的作识的基础上，进行加深和拓展，主要讨论了电源的作用、电路的组成结构、电流、电压和功率的分配、电路用、电路的组成结构、电流、电压和功率的分配、电路中的能量转化以及电路的简单设计等中的能量转化以及电路的简单设计等对应学生用书对应学生用书P40本章的重点是理解电动势、路端电压和内电压的关本章的重点是理解电动势、路端电压和内电压的关系，理解闭合电路欧姆定律的内容和表达式，电路的分系，理解闭合电路欧姆定律的内容和表达式，电路的分析和计算，理解测量电源

2、电动势和内阻的方法难点是析和计算，理解测量电源电动势和内阻的方法难点是负载对电源输出功率的影响、电路的设计以及电阻测量负载对电源输出功率的影响、电路的设计以及电阻测量等电学实验等电学实验(包括灵活应用实验的基本方法和技能解决实包括灵活应用实验的基本方法和技能解决实验问题、电路的设计等验问题、电路的设计等)本章内容可分为三部分：第一部分以部分电路欧姆本章内容可分为三部分：第一部分以部分电路欧姆定律为中心，主要研究直流电路的基本参量、串并联电定律为中心，主要研究直流电路的基本参量、串并联电路的规律、伏安法测电阻、电功和电热等问题；第二部路的规律、伏安法测电阻、电功和电热等问题；第二部分以闭合电路的

3、欧姆定律为中心，主要研究了电源的作分以闭合电路的欧姆定律为中心，主要研究了电源的作用、闭合电路中功率的分配和能量转化关系、电路的分用、闭合电路中功率的分配和能量转化关系、电路的分析和计算等问题；第三部分以电流表、电压表、滑动变析和计算等问题；第三部分以电流表、电压表、滑动变阻器的使用为中心，结合学生实验，研究了仪器的选择阻器的使用为中心，结合学生实验，研究了仪器的选择和使用、数据的处理和误差分析等问题和使用、数据的处理和误差分析等问题本章重点：本章重点：理解电动势、路端电压和内电压的关理解电动势、路端电压和内电压的关系，理解闭合电路欧姆定律的内容和表达式，电路的分系，理解闭合电路欧姆定律的内容

4、和表达式，电路的分析和计算，理解测量电源电动势和内阻的方法析和计算，理解测量电源电动势和内阻的方法本章难点：本章难点：负载对电源输出功率的影响、电路的设负载对电源输出功率的影响、电路的设计以及电阻测量等电学实验计以及电阻测量等电学实验(包括灵活应用实验的基本方包括灵活应用实验的基本方法和技能解决实验问题、电路的设计等法和技能解决实验问题、电路的设计等).1.在本章学习中要掌握分析解决问题的方法，比如动在本章学习中要掌握分析解决问题的方法，比如动态分析法、等效法的应用，模型的转化，非电学量和电态分析法、等效法的应用，模型的转化，非电学量和电学量的转化，以及极限法、赋值法的应用技巧等学量的转化，以

5、及极限法、赋值法的应用技巧等对应学生用书对应学生用书P402还要注意用能量的观点分析问题要从能量转化还要注意用能量的观点分析问题要从能量转化和守恒的角度去分析和解决问题在纯电阻电路中，电和守恒的角度去分析和解决问题在纯电阻电路中，电路消耗的电能只能转化为内能，如果是非纯电阻电路，路消耗的电能只能转化为内能，如果是非纯电阻电路，电能大部分要转化为机械能或化学能等另外功率问电能大部分要转化为机械能或化学能等另外功率问题、闭合电路欧姆定律的推导等都用到了能量守恒定题、闭合电路欧姆定律的推导等都用到了能量守恒定律律3对于有关的电学实验，要从基本原理、基本方法对于有关的电学实验，要从基本原理、基本方法入

6、手，循序渐进，逐步掌握对于每个实验，都要从实入手，循序渐进，逐步掌握对于每个实验，都要从实验原理、实验方法、实验步骤、注意事项、数据处理和验原理、实验方法、实验步骤、注意事项、数据处理和误差分析等方面去分析，还要注意重要仪器的使用方法误差分析等方面去分析，还要注意重要仪器的使用方法和读数规则等和读数规则等第第1节电源和电流节电源和电流电源电源1电源的定义电源的定义电源是不断把负电荷从正极搬运到负极从而维持正电源是不断把负电荷从正极搬运到负极从而维持正负极之间存在一定电势差的装置。负极之间存在一定电势差的装置。2电源的作用电源的作用(1)从电荷移动角度看从电荷移动角度看电源的作用就是移送电荷，维

7、持电源正、负极间有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一定的电势差，从而保持电路中有持续电流教 材 要 点 解 读对应学生用书对应学生用书P40电源在内部能把电子从正极电源在内部能把电子从正极A搬运到负极搬运到负极B，如图所，如图所示示(2)从能量转化的角度看从能量转化的角度看搬运电荷的过程就是克服静电力做功的过程，是将搬运电荷的过程就是克服静电力做功的过程，是将其他形式的能转化为电能的过程其他形式的能转化为电能的过程有电源不一定得到持续的电流，要得到持续的电流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：需要同时满足两个条件：

8、(1)电路中有电源电路中有电源(2)电路还必须是闭合的，即必须用导体将电源连接电路还必须是闭合的，即必须用导体将电源连接起来起来所以只有电源，电路不闭合也不会有持续电流所以只有电源，电路不闭合也不会有持续电流恒定电场恒定电场1形成形成导线中的电场是由电源、导线等电路元件所积累的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合电场电荷共同形成的合电场2特点特点导线内的电场线和导线平行；电荷的分布是稳定导线内的电场线和导线平行；电荷的分布是稳定的；导线内的电场是沿导线切线方向的稳定电场的；导线内的电场是沿导线切线方向的稳定电场 3恒定电场与静电场的关系恒定电场与静电场的关系在恒定电场中

9、，任何位置的电场强度都不随时间变在恒定电场中，任何位置的电场强度都不随时间变化，其基本性质与静电场相同在静电场中所学的电化，其基本性质与静电场相同在静电场中所学的电势、电势差及其与电场强度的关系，在恒定电场中同样势、电势差及其与电场强度的关系，在恒定电场中同样适用适用(1)两种电场的共性两种电场的共性它们都是物质的一种客观存在形式，都储存着电它们都是物质的一种客观存在形式，都储存着电能；能；它们对处于其中的电荷都有静电力的作用；它们对处于其中的电荷都有静电力的作用；在这两种电场中移动电荷时相应的静电力一般都在这两种电场中移动电荷时相应的静电力一般都要做功要做功(2)两种电场的区别两种电场的区别

10、导体中要建立稳恒电流就必须将导体与电源相连导体中要建立稳恒电流就必须将导体与电源相连接，形成一闭合的回路而静电场的建立只需要有电荷接，形成一闭合的回路而静电场的建立只需要有电荷存在；存在；静电平衡状态下的导体内部场强为零，而在稳恒静电平衡状态下的导体内部场强为零，而在稳恒电流条件下导体内部场强不为零；电流条件下导体内部场强不为零；在一般情况下，静电场的电场线并不是电荷运动在一般情况下，静电场的电场线并不是电荷运动的轨迹线，但是导体中恒定电场的电场线就是电荷运动的轨迹线，但是导体中恒定电场的电场线就是电荷运动的轨迹线的轨迹线(1)产生恒定电流的电路中的电场是合电场产生恒定电流的电路中的电场是合电

11、场(E)，它由，它由两部分组成：一是电源的电场两部分组成：一是电源的电场(E0)；二是导线两侧的堆积；二是导线两侧的堆积电荷的电场电荷的电场(E)(2)恒定电流电路中的电场是稳定电场，即电路中的恒定电流电路中的电场是稳定电场，即电路中的电荷分布是稳定的，但不是静态的绝对稳定，而是动态电荷分布是稳定的，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等量的电荷，所以不能认为恒定电场是匀强电场恒定电流恒定电流1电流电流(1)电流的形成：电荷的定向移动形成电流电流的形成：电荷的定向

12、移动形成电流(2)产生电流的条件产生电流的条件内因：存在自由电荷内因：存在自由电荷外因：导体两端存在电势差外因：导体两端存在电势差导体两端存在电压时，导体内建立了电场，导体中导体两端存在电压时，导体内建立了电场，导体中的自由电荷在电场力作用下发生定向移动，形成电流的自由电荷在电场力作用下发生定向移动，形成电流 (3)电流的方向：人们规定正电荷移动的方向为电流电流的方向：人们规定正电荷移动的方向为电流的方向的方向在金属导体中，电流的方向与自由电子的定向移在金属导体中，电流的方向与自由电子的定向移动方向相反在电解液中，电流的方向与正离子定向移动方向相反在电解液中，电流的方向与正离子定向移动方向相同

13、，与负离子定向移动方向相反动方向相同，与负离子定向移动方向相反电流是标量电流是标量(4)电流的定义电流的定义定义：通过导体横截面的电荷量定义：通过导体横截面的电荷量q与通过这些电荷与通过这些电荷量所用时间量所用时间t的比值的比值定义式：定义式：Iq/t.单位：在国际单位制中，电流的单位是安培，符单位：在国际单位制中，电流的单位是安培，符号是号是A，通常用的单位还有毫安、微安，通常用的单位还有毫安、微安，1 A103 mA106 A.(5)恒定电流：大小方向都不随时间变化的电流称为恒定电流：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电流的微观表达式电流的微观表达式(1)建立模型：如图所示

14、，建立模型：如图所示，AD表示粗细均匀的一段长表示粗细均匀的一段长为为l的导体，两端加一定的电压，导体中的自由电荷沿导的导体，两端加一定的电压，导体中的自由电荷沿导体定向移动的速率为体定向移动的速率为v，设导体的横截面积为，设导体的横截面积为S，导体每，导体每单位体积内的自由电荷数为单位体积内的自由电荷数为n，每个自由电荷的电荷量为，每个自由电荷的电荷量为q.(3)结论：由此可见，从微观上看，电流决定于导体结论：由此可见，从微观上看，电流决定于导体中单位体积内的自由电荷数、每个自由电荷的电荷量、定中单位体积内的自由电荷数、每个自由电荷的电荷量、定向移动速率的大小，还与导体的横截面积有关向移动速

15、率的大小，还与导体的横截面积有关使用公式使用公式InqSv计算时，一定要注意以下几点：计算时，一定要注意以下几点：(1)各个物理量都要用国际单位各个物理量都要用国际单位(2)正确理解各符号的意义，特别是正确理解各符号的意义，特别是n表示导体中单位表示导体中单位体积内的自由电荷数，体积内的自由电荷数，v表示自由电荷定向移动速度的大表示自由电荷定向移动速度的大小小(3)若已知单位长度的自由电荷数为若已知单位长度的自由电荷数为n，则电流的微观，则电流的微观表达式为表达式为Inqv.3.导体内三种速率的比较导体内三种速率的比较电流微观表达式为电流微观表达式为InqSv，其中，其中v表示电荷定向移表示电

16、荷定向移动的速率实际上电荷的运动存在三种速率，下面对电荷动的速率实际上电荷的运动存在三种速率，下面对电荷的三种速率进行区别的三种速率进行区别.自由电荷定自由电荷定向移动速率向移动速率自由电荷定向移动形成电流，其中电荷定自由电荷定向移动形成电流，其中电荷定向移动的速率一般为向移动的速率一般为105 m/s的数量级的数量级无规则热无规则热运动速率运动速率导体中的自由电子在不停地做无规则运导体中的自由电子在不停地做无规则运动，由于沿各个方向无规则运动的机会相动，由于沿各个方向无规则运动的机会相等，故不能形成电流常温下自由电子热等，故不能形成电流常温下自由电子热运动的速率的数量级为运动的速率的数量级为

17、105 m/s电场传播速电场传播速率率(或电流或电流传导速率传导速率)等于光速，闭合开关的瞬间，电路中各处等于光速，闭合开关的瞬间，电路中各处以真空中的光速以真空中的光速c形成恒定电场，在恒定电形成恒定电场，在恒定电场的作用下，电路中各处的自由电子几乎场的作用下，电路中各处的自由电子几乎同时开始定向移动，整个电路也几乎同时同时开始定向移动，整个电路也几乎同时形成了电流形成了电流由由InqSv可以看出，同一段导体，横截面积越大的可以看出，同一段导体，横截面积越大的位置，自由电荷定向移动的速率越小，如图所示位置，自由电荷定向移动的速率越小，如图所示对电流的理解与辨析对电流的理解与辨析 关于电流的概

18、念，下列说法中正确的有关于电流的概念，下列说法中正确的有()A导体中有电荷运动就形成电流导体中有电荷运动就形成电流B电流是一个矢量，其方向就是正电荷定向移动的电流是一个矢量，其方向就是正电荷定向移动的方向方向C在国际单位制中，电流是一个基本物理量，其单在国际单位制中，电流是一个基本物理量，其单位安培是基本单位位安培是基本单位D对于导体，只要其两端电势差为零，电流也必为对于导体，只要其两端电势差为零，电流也必为零零解 题 方 法 指 导对应学生用书对应学生用书P42【解析【解析】导体中有大量的自由电子，总在不停地做导体中有大量的自由电子，总在不停地做无规则运动，没有定向运动，在一段时间无规则运动

19、，没有定向运动，在一段时间t内，通过导体内，通过导体某一截面的电荷是双向的，其数值又是相等的，电流是某一截面的电荷是双向的，其数值又是相等的，电流是0，故，故A错电流是一个标量，因为其运算不符合矢量运错电流是一个标量，因为其运算不符合矢量运算法则为了便于研究电流，人们规定正电荷定向移动的算法则为了便于研究电流，人们规定正电荷定向移动的方向为电流的正方向，以区别于负电荷的定向移动，故方向为电流的正方向，以区别于负电荷的定向移动，故B错在国际单位制中，共有七个基本量，电流是其中之错在国际单位制中，共有七个基本量，电流是其中之一，故一，故C正确对于导体，其两端电势差是正确对于导体，其两端电势差是0时

20、，导体内时，导体内无电场，电子不能定向移动，故电流是无电场，电子不能定向移动，故电流是0，D正确正确【答案【答案】CD【方法总结【方法总结】(1)导体内电荷的无规则运动与电荷的定向移动不是导体内电荷的无规则运动与电荷的定向移动不是一回事，导体两端存在电势差时，导体内的电荷才会定向一回事，导体两端存在电势差时，导体内的电荷才会定向移动，但电荷的无规则运动是不需要条件的移动，但电荷的无规则运动是不需要条件的(2)电流是描述电流强弱的物理量，它有方向但为标电流是描述电流强弱的物理量，它有方向但为标量习惯上规定正电荷定向移动的方向为电流的方向量习惯上规定正电荷定向移动的方向为电流的方向以下说法正确的是

21、以下说法正确的是()A只要有可以自由移动的电荷，就能存在持续电流只要有可以自由移动的电荷，就能存在持续电流B金属导体内的持续电流是自由电子在导体内的电金属导体内的持续电流是自由电子在导体内的电场作用下形成的场作用下形成的C电流的传导速率就是导体内自由电子的定向移动电流的传导速率就是导体内自由电子的定向移动速率速率D在金属导体内当自由电子定向移动时，它们的热在金属导体内当自由电子定向移动时，它们的热运动就消失了运动就消失了 解析：解析：要有持续电流必须有持续的电压，要有持续电流必须有持续的电压，A不对；导不对；导体中形成电流的原因是导体两端加上电压，于是在导体内体中形成电流的原因是导体两端加上电

22、压，于是在导体内形成了电场，导体内的自由电子将在电场力作用下定向移形成了电场，导体内的自由电子将在电场力作用下定向移动，形成电流，动，形成电流，B正确；电流的传导速度等于光速，电子正确；电流的传导速度等于光速，电子定向移动的速率很小，定向移动的速率很小，C不对；在形成电流时电子定向移不对；在形成电流时电子定向移动，但是热运动并没有消失，其实电子仍然做无规则的热动，但是热运动并没有消失，其实电子仍然做无规则的热运动，运动，D不对不对答案：答案：B电流大小的计算方法电流大小的计算方法如果导线中的电流为如果导线中的电流为1 mA，那么，那么1 s内通过内通过导体横截面的自由电子数是多少？若导体横截面

23、的自由电子数是多少？若“220 V60W”的白的白炽灯正常发光时的电流为炽灯正常发光时的电流为273 mA，则，则20 s内通过灯丝的横内通过灯丝的横截面的电子数目是多少个？截面的电子数目是多少个？【分析】【分析】根据公式根据公式qIt计算，注意单位的统一，计算，注意单位的统一，记住每个电子所带电荷量记住每个电子所带电荷量e1.61019 C.【答案】【答案】6.2510153.41019 【方法总结【方法总结】(1)认真审题，明确导电的是什么粒子认真审题，明确导电的是什么粒子(2)由题设条件求出时间由题设条件求出时间t内通过某一横截面的电荷量内通过某一横截面的电荷量q.注意若有正、负电荷同时

24、通过某一横截面时，那么在一注意若有正、负电荷同时通过某一横截面时，那么在一段时间内通过这一横截面的电荷量等于正、负电荷电荷量段时间内通过这一横截面的电荷量等于正、负电荷电荷量的绝对值之和的绝对值之和(3)由定义式由定义式Iq/t求出电流大小求出电流大小 如图所示，在如图所示，在NaCl溶液中，溶液中，正、负电荷定向移动，方向如图所示，若测得正、负电荷定向移动，方向如图所示，若测得2 s内有内有1.01018个个Na和和1.01018个个Cl通过溶液内部的横截面通过溶液内部的横截面M，试问：溶液中的电流方向如何？电流多大？，试问：溶液中的电流方向如何？电流多大？解析：解析：NaCl溶液导电是靠自

25、由移动的溶液导电是靠自由移动的Na和和Cl，它，它们在电场力作用下向相反方向运动因为电流方向规定为们在电场力作用下向相反方向运动因为电流方向规定为正电荷定向移动的方向，故溶液中电流方向与正电荷定向移动的方向，故溶液中电流方向与Na定向移定向移动方向相同，即由动方向相同，即由A指向指向B.Na和和Cl都是一价离子，每个离子的电荷量为都是一价离子，每个离子的电荷量为e1.61019 C，NaCl溶液导电时，溶液导电时，Na由由A向向B定向移动，定向移动，Cl由由B向向A运动，运动， 答案：答案：溶液中的电流大小为溶液中的电流大小为0.16 A，方向由，方向由A指向指向B.电流的微观计算方法电流的微

26、观计算方法一段粗细均匀的金属导体的横截面积是一段粗细均匀的金属导体的横截面积是S，导，导体单位长度内的自由电子数为体单位长度内的自由电子数为n，金属内的，金属内的1个自由电子个自由电子所带的电荷量为所带的电荷量为e，自由电子做无规则热运动的速率为，自由电子做无规则热运动的速率为v0，导体中通过的电流为，导体中通过的电流为I.则下列说法中正确的是则下列说法中正确的是() 【答案】【答案】D 【方法总结【方法总结】理解理解InqSv各物理量的含义是解决此类问题的关各物理量的含义是解决此类问题的关键键n为单位体积内自由电荷的个数，为单位体积内自由电荷的个数，v为导体中的自由为导体中的自由电荷定向移动

27、的速率，电荷定向移动的速率，S为导体的横截面积，为导体的横截面积，q为每个自为每个自由电荷的电荷量由电荷的电荷量(2013昆明高二检测昆明高二检测)一根横一根横截面积为截面积为S的均匀长直橡胶棒上均匀带有负电荷，每米电的均匀长直橡胶棒上均匀带有负电荷，每米电荷量为荷量为q，当此棒沿轴线方向做速度为，当此棒沿轴线方向做速度为v的匀速直线运动的匀速直线运动时，由于棒运动而形成的等效电流大小为时，由于棒运动而形成的等效电流大小为()AqvBq/vCqvSDqv/S答案：答案：A 默 读 联 想 记 忆对应学生用书对应学生用书P431.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电源的作用是为电路持续地提供自由电荷电源的作用是为电路持续地提供自由电荷B电源的作用是能直接释放电能电源的作用是能直接释放电能C电源的作用就是保持导体两端的电压，使电路中电源的作用就是保持导体两端的电压，使电路中有持续的电流有持续的电流D电源的作用就是使自由电荷运动起来电