11.1 电源与电流—【新教材】人教版(2019)高中物理必修第三册学案

高二物理导学案

11.1 电源与电流

【情景导入】

电闪雷鸣时，强大的电流使天空不时发出耀眼的闪光，但它只能存在于一瞬间，而手电筒中的小灯泡却能持续发光，这是为什么？

【核心素养】

1、科学思维：根据电荷的移动，定义电流概念。

2、科学探究：根据电荷定向移动条件，探究电流形成条件。

【学习目标】

1、知道电源的作用，掌握电流的形成条件，知道恒定电流的概念。

2、知道电流的定义、单位及方向的规定，会用公式I ＝q t

分析相关问题。 3、电流形成的微观解释及微观表达式的使用。

【导读提纲】

电源：

1、概念：电路中在电场力作用下能把电 子 从A 搬运 到B 的装置。

2、作用

(1)移送电荷，维持电源正、负极间有一定的电势差 。

(2)保持电路中有持续 的电流。

恒定电流：

1、恒定电场

(1)定义：由电路中稳定分布 的电荷所产生的稳定的电场。

(2)特点：电荷的分布是稳定的，电场的分布 不会随时间变化。

2、恒定电流

(1)定义：大小、方向 都不随时间变化的电流。

(2)形成：恒定电场的作用下，导体中自由电荷做定向运动，自由电荷与导体内不动的粒子不断碰撞 ，结果是大量自由电荷定向运动的平均速率 不随时间变化。

3、电流

(1)物理意义：反映了电流的强弱 程度。

(2)表达式：I ＝q 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 。常用单位有毫安 、微安(单位符号分别为mA 、μA )。

(4)电流的方向：规定正电荷定向移动方向或负电荷定向移动的反方向为电流方向。 【思考讨论】 探究一：如图1所示，为什么在两个分别带异种电荷的导体A 、B 之间连接一条导线R ，自由电子就会定向移动产生电流？如图2所示，为什么导线R 中电流很快就消失了？为什么闪电时耀眼的闪光只能存在一瞬间，而手电简的小灯泡却能持续发光？

探究二：如图所示，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。盐水中的电流和金属导线中的电流形成机制有什么不同？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：盐水中的电流是Cl －离子和Na ＋离子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；由电流的定义式可知I ＝2Ne t

。

探究三：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 。则：

(1)导体AD 内的自由电荷全部通过横截面D 所用的时间t 是多少？

(2)导体AD 内的自由电荷的总电荷量Q 是多少？

(3)这段导体上的电流是多大？

提示：(1)t ＝l v 。 (2)导体AD 内的自由电荷总数N ＝nlS ，总电荷量Q ＝Nq ＝nlSq 。

此导体上的电流I ＝Q t ＝nlSq l

v ＝nqS v 。 【成果展示】

分组展示探究成果

【点评精讲】

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。

2、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。

3、电流的大小

(1)I ＝q t 是电流的定义式，I ＝neS v 是电流的决定式，故电流的大小与通过导体横截面的电荷量以及通电时间无关。

(2)公式I ＝q t

求出的是电流在时间t 内的平均值，对于恒定电流其瞬时值与平均值相等。 (3)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方向是相同

的，应用I ＝q t

时，q 为正电荷总电荷量和负电荷总电荷量的绝对值之和。 4、电流是标量

电流虽然有方向，但是它遵循代数运算法则，所以电流不是矢量而是标量。

【随堂检测】

1、关于电源的以下说法，正确的是( B )

A ．电源的作用是在电源内部把电子由负极不断地搬运到正极，从而保持两极之间有稳定的电势差

B ．电源的作用是在电源内部把电子由正极不断地搬运到负极，从而保持两极之间有稳定的电势差

C ．只要电路中有电源，电路中就一定有电流

D ．电源实质上也是一个用电器，也需要外界提供能量

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n 1，负离子数是n 2，设元电荷为e ，以下解释中正确的是( D )

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 ＝n 1e t

D ．溶液内电流方向从A →B ，电流强度I ＝(n 1＋n 2)e t

3、(多选)一横截面积为S 的铜导线，流过的电流为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q ，此时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目可表示为( AC )

A ．n v S Δt

B ．n v Δt C.I Δt q D ．I Δt Sq

4、有甲、乙两导体，甲的横截面积是乙的两倍，而单位时间内通过导体横截面的电荷量，乙是甲的2倍，下列说法中正确的是( B )