人教版高中物理高中物理必修三《电源和电流》教学
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《电源和电流》教学
人教版高中物理高中物理必修三
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[学习目标] 1.了解电流的形成，知道电源的作用和导体中的恒 定电场。2.知道电流的定义及单位、方向的规定，理解恒定电流。(重 点)3.理解电流形成的微观解释。(难点)
自主预习 探新知
一、电源
1．定义：能够把电___子_从正极搬运到负极的装置。 2．作用：(1)维持电源正、负极间始终存在电___势__差_。 (2)使电路中的电流能够_持__续_存在。
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)I＝neSv 是由 I＝qt 导出的，若 n 的含义不同，表达式的形式 也会不同。
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，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( )
二、恒定电流
1．恒定电场：由稳___定_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
电荷定向加___速_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向移动的平移速率不随时___间_变化。
3．恒定电流：大小、方___向_都不随时间变化的电流。
(2)单位体积内的电子数已知，只要求出 Δt 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＝Δqt，所以 q＝I·Δt，自由电子数目为 N＝qe＝IΔe t， C 正确，D 错误；又因为电流的微观表达式为 I＝nevS，所以自由电 子数目为 N＝qe＝IΔe t＝neveSΔt＝nvSΔt，A 正确，B 错误。]
1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)恒定电场与静电场基本性质相同，两者没有区别。 ( × )
(2)电源的作用就是将其他形式的能转化为电能。
(√ )
(3)电流既有大小，又有方向，是矢量。
(× )
(4)电流越大，单位时间内通过导体横截面的电荷量就越多。
(√ )
(5)导体中的电流，实际是正电荷的定向移动形成的。 ( × )
A．正离子定向移动形成电流方向从 A→B，负离子定向移动形 成电流方向从 B→A
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 A→B，电流强度 I＝nt1e D．溶液内电流方向从 A→B，电流强度 I＝n1＋t n2e
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。
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。]
Thank you for watching !
(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、负电荷反向经过同一截面 时，I＝qt 公式中 q 应是正、负电荷电荷量绝对值之和，故 I＝n1e＋t n2e， 电流方向由 A 指向 B，C 错误，D 正确。]
2．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。
【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 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
【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 Δt 时间内，通过导线横截面的自由
电子数可表示为( )
A．nvSΔt
B．nvΔt
C．IΔe t
D．ISΔet
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。
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，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：
2．满足下面哪一个条件，就能产生持续电流( ) A．有自由电子 B．导体两端有电压 C．任何物体两端有电压 D．导体两端有恒定电压
D [产生持续电流的条件是：物体内有大量自由电荷；两端有 恒定电压。所以 A、B、C 错，D 对。]
3．下列说法正确的是( ) A．导体中电荷运动就形成了电流 B．在国际单位制中，电流的单位是 A C．电流有方向，它是一个矢量 D．任何物体，只要其两端的电势差不为零，就有电流存在
D
[由电流的定义知
I＝Qt ＝3
C＋3 1s
C＝6
A，故
D
项正确。]
电流的微观表达式
1．推导过程 如图所示，设导体的横截面积为 S，单位体积内的自由电子数为 n，自由电子定向移动的平均速率为 v，电子的电荷量为 e，则时间 t 内通过导体横截面的电荷量 q＝neSvt，由 I＝qt 可得：
I＝neSv。 导体左端的自由电子到达右端
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 I＝qt ＝Tq求等效电流。
【例 2】 如图所示，电解池内有一价的电解液，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( )
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。
2．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( )
A．0 B．1.5 A C．3 A D．6 A
AD [电源将负电荷从正极搬到负极，维持正、负极间有一定的 电势差，A 正确，B 错误；导体中的电场是电源电场和导体中积累的 电荷形成的电场叠加而成的，C 错误，D 正确。]
不同导体中电流的计算 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 I＝qt 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 I＝qt 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。
2．I＝neSv 与 I＝qt 的区别 I＝neSv 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 I＝qt 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)。
3．三种速率 (1)电流的传导速率等于光速，为 3×108 m/s。 (2)电子定向移动速率，其大小与电流有关，约为 10－4 m/s。 (3)电子热运动速率，其大小与温度有关，约为 105 m/s。
2．下列关于电流的说法正确的是( ) A．根据 I＝Qt ，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，电流是矢量 D．电流的单位“安培”是国际单位制中的基本单位
D [依据电流的定义式可知，电流与 Q、t 皆无关，显然选项 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，所以选项 B 错误；电流是标量，故选项 C 错误。]
4．电流
(1)物理意义：表示电流_强__弱_程度的物理量。
q
(2)公式：I＝_t_。
(3)单位：在国际单位制中，电流的单位是_安__培_，简称安__，符号
是 A。 常用的电流单位还有毫安(mA)和微安(μA)。
1 mA＝_1__0_－_3___ A,1 μA＝_1_0_－__6___ A。 (4)方向：_正__电__荷_定向移动的方向规定为电流的方向。
B [自由电荷定向移动才形成电流，仅有电荷移动但不是定向 移动则不能形成电流，故选项 A 错误；形成电流的条件是导体两端 有电势差，且必须是导体而非任何物体，故选项 D 错误；电流有方 向，但它是标量，故选项 C 错误。]
合作探究 攻重难
对电源的理解
1．电源的作用 (1)从电荷转移的角度看，电源的作用是使电路中的自由电荷持 续地定向移动。 (2)从能量转化的角度看，搬运电荷的过程是非静电力做功的过 程，从而将其他形式的能转化为电能。
3．通过一个电阻的电流是 5 A，经过 4 min，通过该电阻的一个
截面的电量是( )
A．20 C
Bቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ50 C
C．1 200 C
D．2 000 C
C [根据 I＝Qt ，得 Q＝It＝5×240 C＝1 200 C，故 C 正确，A、 B、D 错误．]
4．(多选)关于电流的方向，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
知识脉络
当堂达标 固双基
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
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。]
(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。
1．(多选)将一些电学元件用导线连接在某电源的两端，下列描 述正确的是( )
A．电源的作用是使电源的正、负极两端保持一定的电势差 B．电源的作用是能为电路持续地提供自由电荷 C．导体中的电场是由电源正、负极上的电荷形成的 D．导体中的电场是由电源的电场和导体中积累的电荷形成的电 场叠加而形成的
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 I＝qt ＝nte，故 A 正确，B 错误；由电流的 微观表达式 I＝nSqv 知，I、n、q 均相等，因为 SA<SB，所以 vA>vB， 故 C 错误，D 正确。]
课堂小结
1.对电源的理解，电源在电路中的 作用。 2．电流的定义式及大小计算方法。 3．电流的微观表达式及应用。
人教版高中物理高中物理必修三
超多互动！超多素材！总有你喜欢的。为教学插上翅膀！
[学习目标] 1.了解电流的形成，知道电源的作用和导体中的恒 定电场。2.知道电流的定义及单位、方向的规定，理解恒定电流。(重 点)3.理解电流形成的微观解释。(难点)
自主预习 探新知
一、电源
1．定义：能够把电___子_从正极搬运到负极的装置。 2．作用：(1)维持电源正、负极间始终存在电___势__差_。 (2)使电路中的电流能够_持__续_存在。
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)I＝neSv 是由 I＝qt 导出的，若 n 的含义不同，表达式的形式 也会不同。
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，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( )
二、恒定电流
1．恒定电场：由稳___定_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
电荷定向加___速_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向移动的平移速率不随时___间_变化。
3．恒定电流：大小、方___向_都不随时间变化的电流。
(2)单位体积内的电子数已知，只要求出 Δt 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＝Δqt，所以 q＝I·Δt，自由电子数目为 N＝qe＝IΔe t， C 正确，D 错误；又因为电流的微观表达式为 I＝nevS，所以自由电 子数目为 N＝qe＝IΔe t＝neveSΔt＝nvSΔt，A 正确，B 错误。]
1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)恒定电场与静电场基本性质相同，两者没有区别。 ( × )
(2)电源的作用就是将其他形式的能转化为电能。
(√ )
(3)电流既有大小，又有方向，是矢量。
(× )
(4)电流越大，单位时间内通过导体横截面的电荷量就越多。
(√ )
(5)导体中的电流，实际是正电荷的定向移动形成的。 ( × )
A．正离子定向移动形成电流方向从 A→B，负离子定向移动形 成电流方向从 B→A
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 A→B，电流强度 I＝nt1e D．溶液内电流方向从 A→B，电流强度 I＝n1＋t n2e
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。
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。]
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(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、负电荷反向经过同一截面 时，I＝qt 公式中 q 应是正、负电荷电荷量绝对值之和，故 I＝n1e＋t n2e， 电流方向由 A 指向 B，C 错误，D 正确。]
2．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。
【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 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
【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 Δt 时间内，通过导线横截面的自由
电子数可表示为( )
A．nvSΔt
B．nvΔt
C．IΔe t
D．ISΔet
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。
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，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：
2．满足下面哪一个条件，就能产生持续电流( ) A．有自由电子 B．导体两端有电压 C．任何物体两端有电压 D．导体两端有恒定电压
D [产生持续电流的条件是：物体内有大量自由电荷；两端有 恒定电压。所以 A、B、C 错，D 对。]
3．下列说法正确的是( ) A．导体中电荷运动就形成了电流 B．在国际单位制中，电流的单位是 A C．电流有方向，它是一个矢量 D．任何物体，只要其两端的电势差不为零，就有电流存在
D
[由电流的定义知
I＝Qt ＝3
C＋3 1s
C＝6
A，故
D
项正确。]
电流的微观表达式
1．推导过程 如图所示，设导体的横截面积为 S，单位体积内的自由电子数为 n，自由电子定向移动的平均速率为 v，电子的电荷量为 e，则时间 t 内通过导体横截面的电荷量 q＝neSvt，由 I＝qt 可得：
I＝neSv。 导体左端的自由电子到达右端
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 I＝qt ＝Tq求等效电流。
【例 2】 如图所示，电解池内有一价的电解液，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( )
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。
2．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( )
A．0 B．1.5 A C．3 A D．6 A
AD [电源将负电荷从正极搬到负极，维持正、负极间有一定的 电势差，A 正确，B 错误；导体中的电场是电源电场和导体中积累的 电荷形成的电场叠加而成的，C 错误，D 正确。]
不同导体中电流的计算 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 I＝qt 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 I＝qt 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。
2．I＝neSv 与 I＝qt 的区别 I＝neSv 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 I＝qt 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)。
3．三种速率 (1)电流的传导速率等于光速，为 3×108 m/s。 (2)电子定向移动速率，其大小与电流有关，约为 10－4 m/s。 (3)电子热运动速率，其大小与温度有关，约为 105 m/s。
2．下列关于电流的说法正确的是( ) A．根据 I＝Qt ，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，电流是矢量 D．电流的单位“安培”是国际单位制中的基本单位
D [依据电流的定义式可知，电流与 Q、t 皆无关，显然选项 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，所以选项 B 错误；电流是标量，故选项 C 错误。]
4．电流
(1)物理意义：表示电流_强__弱_程度的物理量。
q
(2)公式：I＝_t_。
(3)单位：在国际单位制中，电流的单位是_安__培_，简称安__，符号
是 A。 常用的电流单位还有毫安(mA)和微安(μA)。
1 mA＝_1__0_－_3___ A,1 μA＝_1_0_－__6___ A。 (4)方向：_正__电__荷_定向移动的方向规定为电流的方向。
B [自由电荷定向移动才形成电流，仅有电荷移动但不是定向 移动则不能形成电流，故选项 A 错误；形成电流的条件是导体两端 有电势差，且必须是导体而非任何物体，故选项 D 错误；电流有方 向，但它是标量，故选项 C 错误。]
合作探究 攻重难
对电源的理解
1．电源的作用 (1)从电荷转移的角度看，电源的作用是使电路中的自由电荷持 续地定向移动。 (2)从能量转化的角度看，搬运电荷的过程是非静电力做功的过 程，从而将其他形式的能转化为电能。
3．通过一个电阻的电流是 5 A，经过 4 min，通过该电阻的一个
截面的电量是( )
A．20 C
Bቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ50 C
C．1 200 C
D．2 000 C
C [根据 I＝Qt ，得 Q＝It＝5×240 C＝1 200 C，故 C 正确，A、 B、D 错误．]
4．(多选)关于电流的方向，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
知识脉络
当堂达标 固双基
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
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。]
(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。
1．(多选)将一些电学元件用导线连接在某电源的两端，下列描 述正确的是( )
A．电源的作用是使电源的正、负极两端保持一定的电势差 B．电源的作用是能为电路持续地提供自由电荷 C．导体中的电场是由电源正、负极上的电荷形成的 D．导体中的电场是由电源的电场和导体中积累的电荷形成的电 场叠加而形成的
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 I＝qt ＝nte，故 A 正确，B 错误；由电流的 微观表达式 I＝nSqv 知，I、n、q 均相等，因为 SA<SB，所以 vA>vB， 故 C 错误，D 正确。]
课堂小结
1.对电源的理解，电源在电路中的 作用。 2．电流的定义式及大小计算方法。 3．电流的微观表达式及应用。