人教版 (2019)必修 第三册1 电源和电流学案设计

11.1 电源和电流

学习目标

1、了解形成电流的条件，知道电源的作用和导体中的恒定电场。初步体会动态平衡的思想。

2、理解电流的定义，知道电流的单位、电流方向的规律；理解恒定电流。

3、经历金属导体内自由电子定向移动速率的推导过程，从微观的角度理解导体中电荷的定向移动与电流之间的关系。

重点难点

1、了解形成电流的条件，知道电源的作用和导体中的恒定电场。（重点）

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以及电流的微观表达式。（难点）

自主探究

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。

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。

4．电流

(1)物理意义：表示电流强弱程度的物理量。

(2)公式：I＝。

(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＝10－3 A，1 μA＝10－6 A。

(4)方向：正电荷定向移动的方向规定为电流的方向。

探究思考

一、对导线中恒定电场的理解

1、导线中电场的形成：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，导线内部的电场方向沿导线的切线方向。

2、导线中的电场是合电场，它由两部分组成：

（1）电源正、负极上的电荷产生的电场E0；

（2）导线表面上堆积的电荷产生的电场E'。二者电场强度的矢量和E合与导线相切，导线内的电场线和导线保持平行。

3、导线中的电场是恒定电场，不是静电场。由于在恒定电场中，各点电场强度都不随时间变化(不一定相同)，所以它的基本性质与静电场相同。在静电场中所讲的电势、电势差及其与电场强度的关系等，在恒定电场中同样适用。

4、导线内的电场是在接通电源后的极短时间内(以光速c传播)建立的。

5、导体内的恒定电场是自由电荷在导体中定向移动的原因。

【典例一】1、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

解题思路：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。

答案：BD

二、电流的微观表达式

1、微观模型

如图，粗细均匀的一段导体，长为l，两端加一定的电压，导体中的自由电荷沿导体定向移动的平均速率为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。

2、公式推导

导体中的自由电荷总数,

总电荷量，

所有这些电荷都通过横截面B所需要的时间，

根据公式可得导体中的电流。

3、结论

由此可见，从微观上看，电流取决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、自由电荷定向移动平均速率的大小，还与导体的横截面积有关。

4、注意

（1）对于公式，要理解每个符号所代表的物理量含义，不要死记公式。

（2）若n表示单位长度内的自由电荷数，则电流的微现表达式为。

【典例二】2、有一条横截面积为的铜导线，通过的电流为.已知铜的密度为，摩尔质量为，阿伏伽德罗常数为，电子的电量为.若认为导线中每个铜原子贡献一个自由电子，则铜导线中自由电子定向移动的速率可表示为(　　)

A.  B. C. D.

解题思路：设铜导线中自由电子定向移动的速率为v，导线中自由电子从一端定向移到另一端所用时间为，则导线的长度为:

体积为

质量为

这段导线中自由电子的数目为

在t时间内这些电子都能通过下一截面，则电流：

代入解得，

解得电子定向移动的速率：

故A正确，BCD错误。

答案：A

随堂训练

1、下列关于电流方向的说法中，不正确的是(　　)

A.电流的方向就是自由电荷定向移动的方向

B.电流的方向就是正电荷定向移动的方向

C.在金属导体中，电流的方向与自由电子定向移动的方向相反

D.电源供电的外部电路中，电流的方向是从正极一端流向负极一端

答案：A

2、如图所示,电解池接入电路后,在秒内有个一价正离子通过溶液内某截面,有个一价负离子通过,设为元电荷,以下说法正确的是(   )

A.电流为零
B.电流为
C.电流为
D.电流方向从

答案：A

3、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(　　)

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

答案：AD

4、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(　　)

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＝

D．溶液内电流方向从A→B，电流强度I＝

答案：D