第三章恒定电流
2018年高中物理选修3-1课件：第3章 恒定电流 第1节 电 流 精品
解析：选 D．因为金属导体中已经存在大量的自由电荷，故选 项 A 错误．把导体放在匀强电场中，导体只能产生瞬间感应电 流，故选项 B 错误．只是让导体一端连接电源正极时，导体两 端无电压，此时不能形成电流，故选项 C 错误．只有让导体两 端保持恒定的电压才能产生恒定电流，故选项 D 正确．
2．(多选)关于电流的速度，下列说法正确的是( ) A．电荷的定向移动形成电流，所以电流的传导速率等于自由电 荷的定向移动的速率 B．电流的传导速率等于自由电荷的无规则热运动的速率 C．电流的传导速率等于电场的传播速率 D．电流的传导速率近似等于光速 解析：选 CD．电流的传导速率等于电场的传播速率，近似等于 光速 c，大于自由电荷定向移动的速率(数量级为 10－5 m/s)和自 由电荷无规则热运动的速率(数量级为 105 m/s)，故 A、B 均错 误，C、D 均正确．
3．电流的速度 (1)电流的速度：是电场的传播速度，它等于_3_×___1_0_8 _m/s.
(2)导体中有电流时同时存在着的三种速率
三种 电场的传播速 电子无规则热运动
电子定向移动的速率
速率 率
的速率
数值 光速_3_×__1_0_8m/s 数量级约为_1_0_5_m/s 数量级约为_1_0_－__5 m/s
金属导体中电流的方向与自由电荷的移动方向一致吗？为什 么？ 提示：不一致，电流的方向是指正电荷定向移动的方向，而金 属导体中自由电荷是电子，电子的定向移动方向与电流方向相 反．
三、电流的大小和单位
1．定义：电荷定向移动时，在单位时间内通过导体任一横截面 的__电__荷__量__称为电流，用符号 I 表示．
[解析] 导体中有大量的自由电荷，总是在不停地做无规则运动， 没有定向运动，在一段时间内，通过导体某一横截面的电荷是 双向的，数值是相等的，电荷量为零，故 A 错误．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方向为电流的方向，以区别于负电 荷的定向移动，故 B 错误．在国际单位制中，电流是一个基本 量，其单位安培是基本单位，故 C 正确．对于导体，其两端电 势差为零时，导体内无电场，电荷不能定向移动，故电流为零， D 正确． [答案] CD
第三章+恒定电流+讲义 高二上学期物理粤教版(2019)必修第三册
恒定电流一、电流1、形成电流的条件及电流方向（1）导体两端存在电压。
（2）导体内存在自由电荷（比如金属导体中的自由电子、电解液中的正、负电荷），电荷的定向移动形成电流。
（3）电流的方向：规定正电荷定向移动的方向为电流的方向，负电荷定向移动的方向为电流的反方向。
2、电流定义：通过某段导体横截面的电量Q与所用时间t之比。
即：QIt=。
微观表达式：I nqsv=3、恒定电流（直流）：大小和方向都不随时间变化的电流。
【例1】某电解池中，若在2s内各有1.0×1019个二价正离子和2.0×1019个一价负离子通过某截面，那么通过这个截面的电流是（）A．0 B．0.8A C．1.6A D．3.2A【例2】一灯泡的额定电压为220V、额定功率为100W，当其正常工作时，则11分钟内通过灯丝横截面的电荷量为（）A．300C B．200C C．10C D．5C二、欧姆定律内容：导体中的电流强度跟它两端电压U成正比，跟它的电阻R成反比。
即：UIR=。
（适用于金属和电解质溶液导电，对气态导体和半导体元件不适用）三、导体的伏安特性曲线1、定义：用纵轴表示电流，横轴表示电压，画出的导体的IU图线。
2、线性元件和非线性元件（1）线性元件：I—U图线是过原点的直线。
即I与U成正比。
（2）非线性元件：I—U图线是曲线（小灯泡的伏安特性曲线）。
3、实验电路设计和仪器选取原则（1）安全性：无论电路是何种连接方式，首先要保证所用仪器的安全，如要考虑电源的电压、电表的量程、滑动变阻允许通过的最大量程等。
（2）精确性：尽量减小实验误差。
选择电表时，在未超量程的前提下，指针偏转三分之一以上。
选择滑动变阻器时应注意阻值大小对实验操作及过程的影响。
（3）方便性：在保证实验正常进行的前提下，选用电路和仪器应便于操作，所得实验数据要便于处理。
4、滑动变阻器的限流式接法和分压式接法比较限流式接法分压式接法电路图R上电压调节范围REU ER R≤≤+0U E≤≤R上电流调节范围E EIR R R≤≤+EIR≤≤选择原则①两种接法都可以用时，优先考虑限流式；②滑动变阻器的最大阻值接近或大于待测电阻的阻值。
高中物理必修3第三章恒定电流基本电路
C.R
D．R
3
9
突破训练 1 根据 R＝ρ l 可以导出电阻率 的表达式ρ＝RS，对温度一定的某种金属导线来说，它的电阻
S
l
率( )
A．跟导线的电阻 R 成正比
B．跟导线的横截面积 S 成正比
C．跟导线的长度 l 成反比
D．只由其材料的性质决定
考点二 对伏安特性曲线的理解
1．图中，图线 a、b 表示线性元件，图线 c、d 表示非线性元件．
R 3．适用条件：适用于金属导体和电解质溶液导电，适用于纯电阻电路． 三、电功、电热、电功率 1．电功
(1)定义：导体中的恒定电场对自由电荷的电场力做的功． (2)公式：W＝qU＝IUt(适用于任何电路)． (3)电流做功的实质：电能转化成其他形式能的过程． 2．电功率 (1)定义：单位时间内电流做的功，表示电流做功的快慢． (2)公式：P＝W/t＝IU(适用于任何电路)．
R (2)非纯电阻电路：如含有电动机、电解槽等的电路，电流做功除将电能转化为内能外，还转化为机 械能、化学能等，此时有 W>Q.电功只能用公式 W＝UIt 来计算，焦耳热只能用公式 Q＝I2Rt 来计算．对 于非纯电阻电路，欧姆定律不再适用． 例 3 一只电饭煲和一台洗衣机并联接在输出电压为 220 V 的交流电源上(其内电阻可忽略不计)，均正 常工作．用电流表分别测得通过电饭煲的电流是 5.0 A，通过洗衣机电动机的电流是 0.50 A，则下列 说法中正确的是( ) A．电饭煲的电阻为 44 Ω，洗衣机电动机线圈的电阻为 440 Ω B．电饭煲消耗的电功率为 1 555 W，洗衣机电动机消耗的电功率为 155.5 W C．1 min 内电饭煲消耗的电能为 6.6×104 J，洗衣机电动机消耗的电能为 6.6×103 J D．电饭煲发热功率是洗衣机电动机发热功率的 10 倍
电磁场与电磁波(王家礼 西电第三版)第三章 恒定电流的电场和磁场
3-7 所示)。设土壤的电导率为σ；接地半球的电导率为无穷大。
第三章 恒定电流的电场和磁场
图 3-7 半球形接地器
第三章 恒定电流的电场和磁场
解：导体球的电导率一般总是远大于土壤的电导率，可 将导体球看作等位体。在土壤内，半径r等于常数的半球面是 等位面。假设从接地线流入大地的总电流为I，可以容易地求 出，在土壤内任意点处的电流密度，等于电流I均匀分布在半 个球面上。即：
图 3-5 同轴线横截面
第三章 恒定电流的电场和磁场
两导体间的电位差为
b
U Edr
I
lnb
a
2π a
这样，可求出单位长度的漏电导为
G0
I U
2π
ln b
a
例 3-2 一个同心球电容器的内、外半径为a、b，其间媒质
的电导率为σ，求该电容器的漏电导。
解：媒质内的漏电电流沿径向从内导体流向外导体，设流
过半径为r的任一同心球面的漏电电流为I，则媒质内任一点的
RIP2 4π1(a11b)
第三章 恒定电流的电场和磁场
3.1.7 恒定电流场与静电场的比拟 如果我们把导电媒质中电源外部的恒定电场与不存在体电荷
区域的静电场加以比较,则会发现两者有许多相似之处,如表 3-2 。 可见，恒定电场中的E、j、J、I和σ分别与静电场中的E、 j 、
D、q和ε相互对应，它们在方程和边界中处于相同的地位，因而 它们是对偶量。由于二者的电位都满足拉普拉斯方程，只要两种 情况下的边界条件相同，二者的电位必定是相同的。因此，当某 一特定的静电问题的解已知时，与其相应的恒定电场的解可以通 过对偶量的代换(将静电场中的D、q和ε换为J、I和σ)直接得出。 这种方法称为静电比拟法。例如，将金属导体 1、2 作为正、负极 板置于无限大电介质或无限大导电媒质中，如图 3-6 所示，可以 用静电比拟法从电容计算极板间的电导。因为电容为
第三章 恒定电流的电场典型例题
3.2 流过细导线的电流沿轴向下流到中心在与轴垂直的导体薄片 上。求薄片上的电流密度矢量，并求在平面的扇形区域内的电流。
题图3.2
解：由前面的分析可知，时，电流密度矢量为 那么，在扇形区域内的电流为 需要注意的是，这里的电流密度只存在于导体薄层上，为面电流密度， 因此在求电流的时候，用的是公式，而不是，但两者本质是相同的。
所以总电阻
3.7 一铜棒的横截面积为，长为，两端的电位差为。已知铜的电导
率为，铜内自由电子的电荷密度。求：
(1)电阻；(2) 电流；(3) 电流密度；(4) 棒内的电场强度；(5) 所消耗的功
率
解：(1) 铜棒电阻
(2) 铜棒内电流
(3) 铜棒内电流密度
(4) 棒内的电场强度
(5) 消耗的功率ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
3.8 试推导不同导电媒质的分界面上存在自由面电荷的条件
第三章 恒定电流的电场
3.1 已知电流密度矢量， 试求：(1)穿过面积，，， 沿方向的总电流。(2)在上述面积中心处电流密度的大小。 (3)在上述面积上电流密度方向的分量的平均值。 解：(1)因为，则
， 则所求总电流为
题图3.1
(2)容易得到该面积中心点的坐标为：，，，代入的表达式后可得 到该点的电流密度矢量为 其大小为。
向外导体的电流为，则
在分界上，即时，，得
由此两种媒质中的电场强度为
题图3.16
利用得
由此得：
方法二：设两种导电媒质中的电位函数分别为和，它们满足的边值问题
为
微分方程的通解为 代入边界条件决定待定系数，得到 （2）两种媒质分界面上自由电荷的面密度，可利用分界面上的边界条 件来求。
恒定电流的电场
如果导体的横截面不均匀，上式应写成积分式
式中的σ称为电导率，它由导体的材料决定。
从欧姆定律，可导出载流导体内任一点 上电流密度与电场强度的关系。 如图所示，在电导率为σ的导体内沿电流 线取一极微小的直圆柱体，它的长度是 Δ l ，截面积是Δ s，则圆柱体两端面 之间的电阻 。通过截面Δ s的电 流Δ I＝J Δ s ，圆柱体两端面之间的电 压是Δ U =E Δ l，根据式有
这就是电流连续性方程的积分形式。由高斯散度定理，上式中的 面积分可化为体积分 闭合曲面s是任意选的，因此，它所限定的体积v也是任意的。
这是电流连续性方程的微分形式
恒定电流的电流强度是恒定的，电荷的分布也是恒定 的。任一闭合面内都不能有电荷的增减，即
这就是恒定电流的连续性方程的积分形式。 它的物理含义是，单位时间内流入任一闭合面的电荷 等于流出该面的电荷。电流线是连续的闭合曲线。由 上式，应用高斯散度定理可得恒定电流的连续性方程的 微分形式。这说明恒定的电流场是无源场（管形场）
电流的强弱用电流强度来描述。 它的定义是，单位时间内通过导体任一横截面 的电荷量。 如果在时间Δ t内流过导体任一横 截面的电量是Δ q，便取下式作为时变电流强 度的定义。 恒定电流的电流强度的定义是
式中的q是在时间t内流过导体任一横截面的电 荷。I是个常量。电流强度一般简称为电流。
二、电流密度
J表示传导电流密度，如果所取的面积元的法线方向n0与电流方 向不垂直而成任意角度θ，则通过该面积元的电流是
通过导体中任意截面s的电流强度I与电流密度矢量J的关系是
电流密度矢量J在导体中各点有不同的方向和数值，从而构成一个 矢量场，称为电流场。这种场的矢量线称为电流线。电流线上每 点的切线方向就是该点的电流密度矢量J的方向。 从电流强度I与电流密度矢量J的关系看出，穿过任意截面s的电流 等于电流密度矢量J穿过该截面的通量．如图所示。
2024-2025学年新教材高中物理第三章恒定电流第1节导体的伏安特性曲线教案粤教版必修3
B.电流随电压的增加而减小
C.电压随电流的增加而减小
D.电流与电压之间的关系不再是线性的
（2）以下哪个选项描述了电阻的计算方法？（）
A.电阻等于电流除以电压
B.电阻等于电压除以电流
C.电阻等于电流乘以电压
D.电阻等于电压加上电流
3.简答题：
（1）请简述伏安特性曲线的实验现象。
（2）请写出电阻的计算公式。
（3）请说明如何应用伏安特性曲线分析电路问题。
4.应用题：
已知一段导体的电阻为5Ω，当通过它的电流为2A时，导体两端的电压为10V。求导体的电阻。
答案：
1.（1）√（2）√（3）√
2.（1）A（2）B
3.（1）伏安特性曲线描述了导体在恒定电压下电流与电压之间的关系，实验现象包括线性区域、非线性区域和饱和区域的特点。
2.伏安特性曲线的实验现象：用简洁的语言描述电压与电流之间的关系，包括线性区域、非线性区域和饱和区域的特点。
3.电阻的定义与计算方法：用简洁的语言写出电阻的定义和计算公式，以及电阻与电压、电流的关系。
4.应用伏安特性曲线分析电路问题：用简洁的语言介绍如何利用伏安特性曲线分析电路问题，包括判断导体的导电性能和解决电流、电压计算问题。
核心素养目标
本节课的核心素养目标包括：
1.科学探究能力：通过实验观察和数据分析，学生能够自主发现伏安特性曲线的规律，培养学生的观察能力和实验能力。
2.逻辑思维能力：学生能够理解电阻的定义和计算方法，并能运用逻辑推理分析伏安特性曲线与电阻之间的关系。
3.问题解决能力：学生能够运用伏安特性曲线分析电路问题，培养学生的实际问题解决能力。
当堂检测：
1.判断题：
（1）伏安特性曲线是描述导体在恒定电压下电流与电压之间的关系的一条曲线。（）
恒定电流的电场
在各向同性的导电媒质中，电流密度矢量和电场强度的方向相同，都是 正电荷运动的方向，上式可写成矢量形式 这就是欧姆定律的微分形式。 但要注意，面电流密度。 最后必须指出，运流电流不服从欧姆定律。 设在空间一点，电荷的运动 速度是v(米／秒)，该点的电荷密度是ρ(库／米3)，过该点取一垂直于电 荷运动方向的面积元ds，并沿电荷运动的方向取长度元dl，则体积元dv ＝dsdl内的电量dq= ρ dsdl ，这些电荷在dt=dl/v的时间内全部流过ds， 由电流强度的定义
说明在分界面上电流密度的法向分量是连续的。
E的边界条件
将 应用于图中的矩形闭合路径上得
说明分界面上电场强度的切向分量是连 续的。
电场方向的关系
3—5 恒定电场与静电场的比较
通过前面几节的讨论，我们发现导电媒 质中的恒定电场(电源外)与电介质中的静 电场(体电荷密度为0的区域)在许多方面 有相似之处。为了清楚起见，列表比较 如下。
有时电荷在一很薄的导体片上流动，称为面电流，如 图 所示。这时，与电流方向垂直的横截面积s近似为零， 面积元Δ s变为线元Δ l。为了描述面电流在横截面上 的分布，取面电流密度Js的定义为
面电流密度的方向仍然是正电荷运动的方向。为区别 起见，J又称为体电流密度。
3—2欧姆定律
实验证明，导体的温度不变时，通过一段导体的电流强度和导体 两端的电压成正比，这就是欧姆定律
第三章恒定电流的电场
电荷在电场作用下的宏观定向运动就形成电流。不随时间变化的电流称为 恒定电流(直流)。随时间变化的电流称为时变电流(交流).如果在一个导 体回路中有恒定电流，回路中必然有一个推动电荷流动的恒定电场．这 是静电场以外的又一种不随时间变化的电场。这个恒定电场是由电源产 生的。我们知道，在静电场中，导体内部的电场强度等于零，但通有恒 定电流的导体内部的电场强度却不等于零。因此，有关导体在静电场中 的一些结论，例如电力线必须与导体表面垂直，导体表面是一个等位面 等概念，在恒定电流的电场中是否仍然成立，就需要重新研究。 导体表面上的恒定电荷分布在导体周围的电介质中也要产生一个恒定的 电场，达与静电场没有什么区别。 本章主要研究导体中恒定电场的基本性质，同时，还要由此推导出直流 电路理论中的一些基本定律，如欧姆定律，焦耳定律，基尔霍夫电流定 律和电压定律等。 当导体中有恒定电流时，导体内外还有磁场，这将在第四章中讨论。
2021_2022年新教材高中物理第3章恒定电流1电流课件鲁科版必修第三册202106043157
3.直流电流和恒定电流： (1)直流电流：_方__向__不随时间改变的电流。 (2)恒定电流：_大__小__和_方__向__都不随时间改变的电流。
课堂合作探究
主题一 电流的形成条件 【实验情境】
情境1：用橡胶线把充电后的电容器的两个极板和电流计连接起来，观察有 无电流通过电流计。 情境2：把情境1中的橡胶线换成金属导线，观察有无电流通过电流计。
【探究训练】
1.下列有关电流的说法中正确的是
()
A.导体中电荷的热运动形成了电流
B.导体中电荷的定向移动形成了电流
C.电流的方向就是电子运动的方向
D.电流强度是矢量
【解析】选B。导体中电荷的定向移动形成了电流，故A错误，B正确；我们规定
正电荷定向移动的方向为电流的方向，与电子运动方向相反，故C错误；电流强
【结论生成】 电流的形成条件
1.回路中存在自由电荷(导体)：(物理观念) (1)金属导体的自由电荷是电子。 (2)电解液中的自由电荷是正、负离子。 2.导体两端有电压：(物理观念) (1)导体两端有电压，导体内部才会形成电场，自由电荷才会发生定向移动。 (2)导体两端有持续电压是导体中形成持续电流的条件。
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。设电量为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，下列关于该环形电流的说法正确的是 ( )
A.电流大小为
ve r
，电流方向为顺时针
B.电流大小为 v e ，电流方向为逆时针
r
C.电流大小为 v e ，电流方向为顺时针
子通过某截面，那么通过这个截面的电流是 ( )
B.0.8 A
C.1.6 A
D.3.2 A
选修3-1 第3章 恒定电流
恒定电流一．电流（标量）（1）概念：电荷的定向移动形成电流。
（2）电流的方向：规定为正电荷定向移动的方向。
（3）定义：通过导体横截面的电量跟通过这些电量所用的时间的比值。
定义式：tQI =电流的微观表示：取一段粗细均匀的导体，两端加一定的电压，设导体中的自由电子沿导体定向移动的速率为v 。
设想在导体中取两个横截面B 和C ，横截面积为S ，导体中每单位体积中的自由电荷数为n ，每个自由电荷带的电量为q ，则t 时间内通过横截面C 的电量Q 是多少？电流I 为多少？---推导 归纳：Q=nV=nvtSq I=Q/t=nvqS 这就是电流的微观表示式。
（4）单位：安培（A ），1 A =103mA = 106µA （5）电流的种类① 直流电：方向不随时间而改变的电流。
直流电分为恒定电流和脉动直流电两类：其中大小和方向都不随时间而改变的电流叫恒定电流；方向不随时间改变而大小随时间改变的电流叫脉动直流电。
② 交流电：方向和大小都随时间做周期变化的电流。
【问题】如何用图象表示直流电和交流电？ 二．电阻定律（1）内容：同种材料的导体，其电阻R 与导体的长度L 成正比，与它的横截面积S 成反比；导体的电阻与构成它的材料有关．（2）公式s L R ρ= （3）ρ——材料的电阻率（描述材料的性质），与物体的长度和横截面积无关，与物体的温度有关，对金属材料，电阻率随温度的升高而增大，对半导体材料，电阻率随温度的升高而减小，有些材料当温度降低至某一温度以下时，电阻率减小到零的现象称为超导现象．电阻率的计算公式为：ρ=RS/L R=ρL/S ρ为电阻率——常用单位Ω·m S 为横截面积——常用单位㎡ R 为电阻值——常用单位Ω L 为导线的长度——常用单位m【例1】两根完全相同的金属裸导线A 和B ，如果把导线A 均匀拉长到原来的2倍，电阻为R /A ，导线B 对折后绞合起来，电阻为R /B ，然后分别加上相同的电压，求： （1）它们的电阻之比；（2）相同时间内通过导线横截面的电荷量之比．【解析】（1）一根给定的导线体积不变，若均匀拉长为原来的2倍，则横截面积为原来的1/2，设A 、B 导线原长为L ，横截面积为S ，电阻为R ，则 L /A ＝2L ，S /A ＝S /2，L /B ＝L /2，S /B ＝2SR S L S L R A 4422/===ρρ， 44122/R S L S LR B ===ρρ则R /A ∶R /B ＝16∶1（2）根据I＝q/t，q=It＝Ut/R（此步推导的方向是利用不变量U和已知量R、t），由题意知：U A＝U B，t A=t B，则q A∶q B＝R/B∶R/A＝16∶1【答案】16∶1 16∶1【点拨】某一导体形状改变后，讨论其电阻变化要抓住要点：电阻率不变，总体积不变．加深题1.A、B两地间铺有通讯电缆，长为L，它是由两条并在一起彼此绝缘的均匀导线组成的，通常称为双线电缆，在一次事故中经检查断定是电缆上某处的绝缘保护层损坏，导致两导线之间漏电，相当于该处电缆的两导线之间接入一个电阻．检查人员经过下面的测量可以确定损坏的位置：（1）令B端双线断开，在A处测出双线两端的电阻R A；（2）A端双线断开，在B 处测出双线两端的电阻R B；（3）在A端的双线间加一已知电压U A，在B端的双线间用内阻很大的电压表测量出两线间的电压U B．试由以上测量结果确定损坏处的位置．三.焦耳定律1．理解电功、电功率的概念，公式的物理意义。
新教材鲁科版高中物理必修第三册第三章恒定电流课时练习题含答案解析
第三章恒定电流1、电流 (1)2、电阻 (6)3、电功与电热 (13)4、串联电路和并联电路 (20)1、电流◎题组一电流的理解与计算1．(多选)关于电流的概念，下列说法正确的有( )A．导体中有电荷运动就可以形成电流B．电流是一个矢量，其方向就是正电荷定向移动的方向C．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D．对于导体，只要其两端电势差为零，电流也必为零CD[导体中的电荷定向移动才能形成电流，故A错误；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方向为电流的方向，以区别于负电荷的定向运动，故B错误；国际单位制中共有7个基本量，电流是其中之一，故C正确；对于导体，其两端电势差为零时，导体内无电场，自由电子不能定向移动，故电流为零，故D正确。
] 2．关于电流的方向，下列说法正确的是( )A．在金属导体中电流的方向是自由电子定向移动的方向B．在电解液中，电流的方向为负离子定向移动的方向C．无论在何种导体中，电流的方向都与负电荷定向移动的方向相反D．在电解液中，由于是正负电荷定向移动形成电流，所以电流有两个方向C[电流的方向与正电荷定向移动的方向相同，与负电荷定向移动的方向相反。
在金属导体中电流的方向是自由电子定向移动的反方向，A错误；在电解液中，正离子定向移动的方向或者负离子定向移动的反方向是电流的方向，B、D 错误；无论在何种导体中，电流的方向都与负电荷定向移动的方向相反，C正确。
] 3．(多选)下列关于电流的说法中，正确的是( )A．电路中电流越大，表示通过导体横截面的电荷量越多B．在相同时间内，通过导体横截面的电荷量越多，导体中的电流越大C．通电时间越长，电流越大D．导体中通过一定的电荷量，所用时间越短，电流越大BD[电路中电流越大，由电流的定义式I＝qt知，单位时间内通过导体横截面的电荷量越多，故A错误；由电流的定义式I＝qt知，在相同时间内，通过导体横截面的电荷量越多，导体中的电流越大，故B正确；电流的大小与通电时间无关，由导体两端的电压与电阻决定，故C错误；导体中通过某一横截面电荷量一定，所用时间越短，电流越大，故D正确。
高中物理 第3章 恒定电流 第1节 电流教学案 鲁科版选修3-1-鲁科版高二选修3-1物理教学案
第1节电_流1．回路中存在自由电荷和导体两端存在电压是形成电流的条件。
2．电流的速度是3×108m/s ，区别于电荷定向移动的速率。
3．电荷定向移动时，在单位时间内通过导体任一横截面的电荷量称为电流，I ＝qt。
且规定正电荷定向移动的方向为电流的方向。
4．物理学中把方向不随时间改变的电流叫直流电，方向和强弱都不随时间改变的电流叫做恒定电流。
一、电流的形成 1．形成电流的条件 (1)回路中存在自由电荷； (2)导体两端存在电压。
2．形成持续电流的条件 导体两端有持续电压。
二、电流的速度 1．电流的速度等于电场的传播速度，它等于3×108m/s 。
2．导体中有电流时同时存在着的三种速率三种速率电场的传播速率电子无规那么热运动的速率自由电子定向移动的速率数值 光速3×108m/s数量级约105m/s数量级约10－5m/s三、电流的方向1．规定：正电荷定向移动的方向。
金属内部的电流方向跟负电荷定向移动的方向相反。
2．外电路中，电流总是从电源正极流向电源负极。
四、电流的大小和单位1．定义：电荷定向移动时，在单位时间内通过导体任一横截面的电荷量称为电流。
2．定义式：I ＝q t。
3．单位：安培。
常用单位还有mA 和μA； 换算关系：1 A ＝103mA ＝106μA。
4．(1)直流电：方向不随时间改变的电流。
(2)恒定电流：方向和强弱都不随时间改变的电流。
1．自主思考——判一判(1)金属导体中电子定向移动的速率很大，因为闭合开关，灯泡马上就亮了。
(×) (2)加上电压后，导体中的电场是以光速传播的。
(√)(3)导体中的自由电荷是在导体中的电场施加的电场力作用下做定向移动的。
(√) (4)电流既有大小又有方向，是矢量。
(×) (5)由I ＝qt可知，I 与q 成正比。
(×) (6)安培是七个国际基本单位之一。
(√) 2．合作探究——议一议(1)电容器放电过程瞬间完成，不会形成持续电流，而干电池可使电路中保持持续的电流，为什么？[提示] 电容器放电过程中正、负电荷中和，放电电流瞬间消失，不能在电路中形成持续的电流，而干电池内部能够通过非静电力的作用维持电池两极电势差不变，使电路中保持持续的电流。
电流 课件-2022-2023学年高二上学期物理鲁科版(2019)必修第三册
是v，则在时间Δt内通过导线横截面的电子数是( )A.nSvΔt
B.nvΔt
C.IΔt/e
D.IΔt/Se
变式 1. 铜的相对原子质量为 M，密度为ρ，每摩尔铜原子有 n 个自由电子．今有一横截面
积为 S 的铜导线，当通过的电流为 I 时，电子定向移动的平Байду номын сангаас速率为( )
A．光速 c
B. I neS
C. ρI neSM
变式1. (1)在金属导体中，若10 s内通过横截面的电荷量为10 C，则导体中的电 流为多大？(2)某电解液横截面积为0.5 m2，若10 s内沿相反方向通过横截面的正、 负离子的电荷量均为10 C，则电解液中的电流为多大？
变式2：一电子沿一圆周顺时针高速转动，周期为10－10 s，则等效电流 大小为________A，方向为________(选填“顺时针”或“逆时针”)
变式1. 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B．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C．电流
的传导速率就是导体内自由电子的定向移动速率D．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
4、电流的大小和单位
（1）物理意义：表示电流强弱程度的物理量。
（1）形成电流的条件： ①自由电荷； ②电压．
（2）形成持续电流的条件： 导体两端有持续电压．
2、电流的速度 （1）电流的速度： 等于电场的传播速度，它等于3.0×108 m/s.
（2）自由电子的运动速率： 常温下，金属内的自由电子以105 m/s的平均速率在无规则的运动．
（3）电子定向移动的速率： 数量级大约是10－5 m/s，被形象的称为“电子漂移”．
第三章 恒定电流的电场和磁场
又⊿l很小，所以⊿l上电场强 度可看成常数
E dl E1 l0l E 2 l0l 0
l
1 2
或 E 2 t E 1t
20
l 0 ( E 2 E1 ) 0
或 n ( E2 E1 ) 0
• 跨步电压：人跨一步（约0.8m）的两脚间的电压。如 果短路，大的电流流入大地时，接地电极附近地面两 点间电压可能达到相当大的数值。
13
例：求半球形电极的接地电阻 设经引线由O点流入半球形电极的电流为I，则距球心为 r处的地中任一点的电流密度为：
I e 2 r 2r 则电场强度为： E J
欧姆定律微分形式： J E 其中σ 为电导率，单位：西门子/米（S/m）
恒定电场中，仅理想导体（σ →∞ ）内才有： E 0 静电场中，导体内有： E 0
欧姆定律积分形式：U RI 注意：只适用于传导电流、电源外部，不适用于运流电流
8
如右图，考虑一横截面为S，长度为 ，电导率为 的均匀导电媒质。该导电媒质横界面S的总电流为：
I dI 》与I的关系 I J dl J S lim n n l l 0 l dl 》与ρS的关系 J S v
3、线电流密度 如果电流流过一根非常细的导线时，引入线电流密度 J l In l v 6 电流密度动态演示：
V 0
V
补充：接地电阻(无线电仪器或电气装置中常需接地) • 接地：将金属导体埋入地内，而将设备中需要接地的 部分与该导体连接。
• 接地体或接地电极：埋在地内的导体或导体系统。
• 接地电阻：电流由电极流向大地时所遇到的电阻。当 远离电极时，电流流过的面积很大，而在接地电极附 近，电流流过的面积很小，或者说电极附近的电流密 度最大，因此，接地电阻主要集中在电极附近。
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第七章 恒定电流授课时间 2012年11月18日 星期 （一）课型复习课课时（一周半）10课时课 题第七章 恒定电流教学目的 及要求1.掌握电路基本概念，会用欧姆定律、电阻定律、焦耳定律分析问题2.掌握闭合电路欧姆定律，能够结合串、并联电路的特点分析问题，会分析电路动态变化问题3.掌握各种电学仪器的使用、电学各实验的方法和原理，能够设计电路、连接电路、分析电路故障，能够用表格、图像等分析实验数据重 点 电路的分析与计算是本章的重点内容.电路的分析与计算、电路基本概念的理解以及基本规律的掌握情况，是近几年高考考查的重点 难 点 电路的设计是本章的难点，也是高考实验考题的考点，教 具教学光盘 多媒体教 学 过 程备 注 第一讲电阻、电流、电功和电功率考点1 电流电流：通过导体横截面的电量跟所用时间的比值叫电流，表达式tqI =。
电流的单位：安（A ），1A ＝1C /s ，常用单位还有毫安（mA ）、微安(μA )，1A=103mA=106μA 。
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之一。
电流的方向：规定正电荷定向移动的方向为电流方向。
在金属导体中，电流方向与电子定向移动的方向相反。
但电流是标量，电流的方向表示的是电流的流向，电流的叠加是求代数和，而不是矢量和。
电流的微观表达式：I nqvS =。
对点练习：如图所示，一根截面积为S 的均匀长直橡胶 棒上均匀带有负电荷，每米电荷量为q ，当此棒沿轴线方向做速度为v 的匀速直线运动时，由于棒运动而 形成的等效电流大小为( )A.vqB.C.qvSD.【解析】选A.在电荷的运动方向上假设有一截面，则在t 时间内通过截面的电荷量为Q=vt ·q ，则等效电流为 故选项A 正确. 电流微观表达式的应用【例证1】截面直径为d 、长为L 的导线，两端电压为U ，当这三个量中的一个改变时，对自由电子定向移动平均速率的影响，下列说法正确的是( ) A.电压U 加倍时，自由电子定向移动的平均速率不变B.导线长度L 加倍时，自由电子定向移动的平均速率减为原来的一半C.导线截面直径d 加倍时，自由电子定向移动的平均速率不变D.导线截面直径d 加倍时，自由电子定向移动的平均速率加倍 【互动探究】例证1中，若保持d 、L 、U 不变，而换用其他材料第1课时【解题指南】解答本题应把握以下两点： (1)两地相距l ，则输电线的总长度为2l .(2)根据欧姆定律求出A 到短路处的电阻，结合电阻定律，就可以求出短路处距A 点的距离.【总结提升】输电线问题的规范求解 1.一般解题步骤(1)分析题意画出等效电路图，确定已知条件.如电阻、输电线长度等. (2)根据欧姆定律、电阻定律等规律列出方程.(3)对列出的方程进行分析，找出最简单的解法，如本题采用了比例法. (4)求解方程，并分析计算结果的合理性.考点3 电功和电功率1.电功（1）定义：导体中的恒定电场对自由电荷的静电力做功。
电流做功的过程就是电能转化为其它形式的能的过程。
（2）计算公式：W UIt =。
电流在一段电路上所做的功等于这段电路两端的电压U 、电路中的电流I 和通电时间t 三者的乘积。
电功的单位是焦耳，简称焦，符号是（J ）。
2．电功率： 计算公式：WP UI t== 一段电路上的电功率P 等于这端电路两端的电压U 和电路中的电流I 的乘积。
电功率的单位是瓦特，简称瓦，符号是（W ）。
3．焦耳定律：（1）定义：电流通过导体产生的热量，跟电流的平方、导体电阻和通电时间成正比。
（2）计算公式：Q=I 2Rt 。
焦耳定律是电流热效应的实验定律，凡是要计算电热，都应首选焦耳定律。
4．电功与电热的区别（1）区别：电功是从电场理论出发的概念，是电能减小的量度，所以不论是纯电阻电路还是非纯电阻电路，P=IU 总是成立的。
电热是电路中的热现象（电流的热效应），是电能转化的一部分，焦耳定律Q=I 2Rt 是专门计算电热的实验定律，用Q=I 2Rt 来计算电热，不管是纯电阻电路还是非纯电阻电路，都是适用的。
（2）联系：①在纯电阻电路中，电功与电热相等，电能的减少全部转化为内能，此时有：W t R U Rt I IUt ===22P RU R I IU ===22②在非纯电阻电路中，电功大于电热，电能的减少量等于转化为内能的部分+转化为其它形式的能的部分，即：W=IUt=I 2Rt+E 其它 P=UI>I 2R因此P=IU 是计算电功的唯一形式，P=I 2R 是计算电热功率的唯一形式，而R U 2在此没有任何实际意义（除非U 是专指R 两端的电压）有三个用电器，分别为日光灯、电烙铁和电风扇，它们的额定电压和额定功率均为“220 V ，60 W ”.现让它们在额定电压下工作相同时间，产生的热量( ) A.日光灯最多 B.电烙铁最多 C.电风扇最多 D.一样多【解析】选 B.电烙铁是纯电阻用电器，即以发热为目的，电流通过它就是用来产热,而日光灯和电风扇是非纯电阻用电器，电流通过它们时产生的热量很少，电能主要转化为其他形式的能(光能和动能)，综上所述，只有B正确.电功率和热功率的计算【例证3】如图所示，在一幢居民楼里有各种不同的用电器，如电灯、电视机、洗衣机、微波炉、排油烟机等.停电时，用多用电表测得A、B间的电阻为R；供电后，设各家用电器全都同时使用时，测得A、B间电压为U，进线电流为I；经过一段时间t，从总电能表中测得这段时间内消耗的电能为W，则下列表达式用来计算该幢楼居民用电的总功率，其中正确的是( )A.P=I2R B C.P=IU D.【解题指南】解答本题时，应把握以下两点：(1)明确各种用电器是否为纯电阻用电器，例如本题中只有电灯是纯电阻，而电视机、洗衣机等都不是纯电阻.(2)要分清哪些公式是普遍适用的，哪些公式只适用于纯电阻电路.【变式训练】如图所示的电路中，输入电压U恒为12 V，灯泡L上标有“6 V，12 W”字样，电动机线圈的电阻R M=0.50 Ω.若灯泡恰能正常发光，以下说法中正确的是( )A.电动机的输入功率为12 WB.电动机的输出功率为12 WC.电动机的发热功率为2 WD.整个电路消耗的电功率为22 W1.某电解池，如果在1秒钟内共有5.0×1018个二价正离子和1.0×1019个一价负离子通过某横截面，那么通过这个横截面的电流是( )A.0 AB.0.8 AC.1.6 AD.3.2 A【解析】选D.通过横截面的正离子的电量q1=1.6×10-19×2×5.0×1018 C.通过横截面的负离子的电量q2=-1.6×10-19×1.0×1019 C，则q=|q1|+|q2|=3.2 C，根据故D正确.2.下列四个图像中，最能正确地表示家庭常用的白炽灯泡在不同电压下消耗的电功率P与电压平方U2之间的函数关系的是( )【解析】选C.白炽灯泡为纯电阻，其功率表达式为：而U越大，电阻越大，图像上对应点与原点连线的斜率越小，故选项C正确.第2讲电路电路的基本规律考点1 电阻的串联、并联电路串、并联的比较【见金榜】对串、并联电路电阻的四点说明1.串联电路的总电阻大于电路中任意一个电阻，电路中任意一个电阻变大时，总电阻变大.2.并联电路的总电阻小于电路中任意一个电阻，任意一个电阻变大时，总电阻变大.3.无论电阻怎样连接，每一段电路的总耗电功率P总等于各个电阻耗电功率之和.4.当n个等值电阻R0串联或并联时，R串=nR0，对点练习：有四盏灯，如图所示连接在电路中，L1和L2都标有“220 V 100 W”字样，L3和L4都标有“220 V 40 W”字样，把电路接通后，最暗的是( )第2、3、4课时图1 A.L 1 B.L 2 C.L 3 D.L 4 考点2 部分电路欧姆定律 1.内容：导体中的电流I 跟导体两端的电压成正比，跟导体的电阻成反比。
欧姆定律的适用范围：金属导电和电解液导电，对气体导电不适用。
2.欧姆定律的理解及应用(1)适用范围：适用于金属导体、电解质溶液等纯电阻导电,对于气体导电，电动机、电风扇等非纯电阻则不适用.(2)公式 是电流的决定式，表示通过导体的电流I 由加在导体两端的电压U 和导体的电阻R 共同决定. (3)公式中I 、U 和R 三个物理量必须对应同一段电路或同一段导体,并且U 和I 必须是导体上同一时刻的电压和电流.2．导体的伏安特性曲线：导体中的电流I 随导体两端的电压U 变化的图线，叫做导体的伏安特性曲线，如图1所示。
图线斜率的物理意义：斜率的倒数表示电阻，即R U I 1tan ==αU-I 图像与I-U 图像的比较对点练习：有a 、b 、c 、d 四个电阻，它们的I-U 关系如图所示，其中电阻最小的是( )A.aB.bC.cD.d 【解析】选A.因为在I-U 图像中，图线的斜率故斜率越大，电阻越小，因而a 的电阻最小，故选A. 考点3 闭合电路欧姆定律（1）闭合电路的组成：①内电路：电源内部的电路，其电阻称为内电阻，内电阻所降落的电压称为内电压；②外电路：电源外部的电路,其两端电压称为外电压或路端电压；③内、外电压的关系：E=U+U /.(2)闭合电路欧姆定律的内容：闭合电路里的电流，跟电源的电动势成正比，跟整个电路的电阻成反比.公式：Ir U E r R EI +=+=或，公式的适用条件：外电路为纯电阻电路。
（3）路端电压与电流的关系图象(U —I 图象) 是一条直线．该线与纵轴交点的值表示电源电动势，该线的斜率表示内阻；据U=E-Ir 画出电源的U 一I 图象。
如图l 所示。
2．路端电压U 与外电阻R 之间的关系：①当外电阻R 增大时，根据r R EI +=可知，电流I 减小(E 和r 为定值)，内电压U r 减小，根据U 外=E-U r 可知路端电压增大． ②当外电阻R 减小时，根据rR EI +=可知电流I 增大，内电压U r 增大，根据U 外=E-U r 可知路端电压减小．(4).关于全电路欧姆定律的动态应用全电路欧姆定律之中的动态分析的具体步骤大体如下：(1)判断动态源及动态源总电阻的变化．进而判断闭合电路总电阻的变化情况．UI O图1α图12—7—2E 、rR S (2)依据rR EI +=，判断闭合电路干路电流的变化情况． (3)依据U=E-Ir ，判断外电路电压(路端电压)的变化情况．(4)依据分压、分流原理判断动态部分的物理量的变化． 4．关于电源的功率问题(1)如图2所示，电阻R 与电源构成的一个闭合电路．电源的电动势为E ，内电阻r ，则： 电源消耗的总功率用P 总=r R E +2求解；电源的输出功率用P 出=22)(r R RE +求解； 电源的内耗功率用P 耗=22)(r R rE +求解．定值电阻的发热功率亦可用P R =I 2R 电源的效率为100⨯=总出P P η% 值得注意的是，若外电路是纯电阻电路，部分电路的欧姆定律适用：P=I 2R=U 2／R ．电源的输出功率P 外=UI=I 2R=U 2／R ．同样能量守恒的方程也就有：EI=UI+I 2r 或EI=I 2R+I 2r ,或EI=U 2/R+I 2r 。