人教版高中物理必修三 （电源和电流）新课件

第1节电源和电流

核心素养物理观念科学思维1.了解电流的形成条件、电源的作用和导体中的恒定电场。2.理解电流的定义、定义式、单位及方向的规定，会用公式q＝It分析相关问题。会推导电流的微观表达式，从微观的角度认识影响电流大小的因素。知识点一电源[观图助学]

如图所示，A、B分别带正、负电荷，如果在它们之间连接一条导线R，导线R中自由电子会在静电力的作用下定向移动，电子在导线中定向移动，导线中有瞬间电流，我们想在导线中产生持续的电流，应该怎样解决呢？1.电源的概念：在电路中把在________作用下移动到导体A的电子________到导体B的装置。2.电源的作用 (1)在导体A、B两端维持一定的________。 (2)使电路中保持________的电流。静电力搬运电势差持续3.常见的电源[思考判断](1)电源能把其他形式的能转化为电能。(

)(2)必须有电源，自由电荷才能在电路中移动。(

)√×[观图助学]雷鸣电闪时，强大的电流使天空发出耀眼的闪光，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，这是因为有持续的电流流过小灯泡，电流是怎么形成的呢？知识点二恒定电流1.恒定电场(1)定义：由____________的电荷所产生的稳定的电场。(2)形成：导线内的电场，是由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成的。(3)特点：导线内的电场线与导线________，电荷的分布是________的，导线内的电场是沿导线切线方向的恒定电场。稳定分布平行稳定2.电流定向移动电流强弱程度毫安微安103106正电荷3.恒定电流(1)概念：大小、方向都________________的电流。(2)形成：____________使自由电荷速率增加，自由电荷与导体内不动的粒子的碰撞，使自由电荷速率减小，最终表现为平均速率不变。不随时间变化恒定电场××√×[观察探究]

如图所示，在装有导电液体的细管中，有正、负两种电荷向相反的方向运动，在时间t内通过细管某截面的正电荷为q1，通过此截面的负电荷为q2。(1)确定通过导电液体中电流的方向；(2)计算导电液体中电流的大小。核心要点对电流的理解[探究归纳]1.电流的形成电荷的定向移动形成电流。当把导体和电源连接后，导体中形成恒定电场，导体中的自由电荷在静电力的作用下定向移动形成电流。(1)产生电流的条件：导体两端有电压。(2)形成持续电流的条件：电路中有电源且电路闭合。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，金属导体中自由移动的电荷是自由电子，故电流的方向与自由电子定向移动的方向相反。3.电流的大小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。导师点睛判断一个物理量是矢量还是标量，关键是看其运算法则是否满足平行四边形定则。[试题案例][例1]下列说法中正确的是(

) A.导体中电荷运动就形成了电流 B.在国际单位制中，电流的单位是安培(A) C.电流有方向，它是一个矢量 D.任何物体，只要其两端电势差不为零，就有电流存在解析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行，故选项A错误；形成电流的条件是导体两端保持有电压，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。答案B[例2]如图所示，电解池内有一价的电解液，t时间内通过溶液内面积为S的截面的正离子数是n1，负离子数是n2，设元电荷为e，以下说法中正确的是(

)答案D[针对训练1](多选)下列关于电流方向的说法中，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.在电解液中，电流的方向与正离子定向移动的方向相同

解析人们规定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，A错误，B、D正确；金属导体中，自由电子的定向移动形成电流，故在金属导体中，电流的方向与自由电子定向移动的方向相反，C正确。

答案BCD[针对训练2]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答案D[要点归纳]1.电流的微观表达式的推导金属导体中的电流跟自由电子定向移动的速率有关，它们之间的关系可用下述方法简单推导出来。核心要点电流的微观表达式导体左端的自由电子到达右端2.对电流的微观表达式I＝neSv的理解[试题案例][例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(

)思路点拨计算自由电子数目有以下两条思路：(1)Δt时间内通过导线横截面的自由电子数目等于Δt时间内通过导线横截面的电荷量IΔt与自由电子电荷量q的比值。(2)Δt时间内通过导线横截面的自由电子数目等于导线vΔt长度内所含的自由电子数。答案AC方法归纳利用I＝nqSv分析问题应注意的三个方面(1)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n表示导体中单位体积内的自由电荷数，v表示自由电荷定向移动速度的大小。(3)若已知单位长度的自由电荷数为n，则电流的微观表达式为I＝nqv[针对训练3]一段粗细均匀的导线的横截面积为S，导线内自由电子的电荷量为e，导线单位长度内自由电子数为n，自由电子做无规则运动的速率为v，单位时间内通过某一横截面的自由电子数为N。则导线中的电流为(

) A.neSv B.nev C.N D.Ne答案D[要点归纳]核心要点三种不同速率的比较自由电荷定向移动速率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10－5m/s的数量级无规则热运动速率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105m/s电场传播速率(或电流传导速率)就是导体中建立电场的速率，等于光速，为3×108m/s。闭合开关的瞬间，电路中各处以光速建立恒定电场，电路中各处的自由电子几乎同时定向移动，整个电路也几乎同时形成了电流[试题案例][例4]一根导线，分别通以不同电流，并保持温度不变，当电流较大时，以下说法正确的是(

) A.单位体积内自由电子数较多 B.自由电子定向移动的速率较大 C.自由电子的热运动速率较大 D.电流的传导速度较大解析对同一根导线单位体积内的自由电子数是一样的，A错误；电流和自由电子的定向移动的速率有关，与自由电子的热运动速率无关，故B正确，C错误；电流的传导速度是电场的形成速度等于光速c，和电流的大小无关，选项D错误。答案B[针对训练4]导线中的电流是1A，导线的横截面积为1mm2。 (1)在1s内，有多少个电子通过导线的横截面(电子电荷量e＝1.6×10－19C)? (2)自由电子的平均移动速率是多大(设导体每立方米内有8.5×1028个自由电子)? (3)自由电子沿导线定向移动1m，平均要多少时间？(2)由公式I＝neSv，答案(1)6.25×1018个(2)7.35×10－5m/s

(3)3.78h静电场及其应用——学科素养提升

科学思维1三个自由点电荷的平衡问题1.条件：每个点电荷受到的两个库仑力必须大小相等，方向相反。2.规律 “三点共线”——三个点电荷分布在同一直线上。 “两同夹异”——正负电荷相互间隔。 “两大夹小”——中间电荷的电荷量最小。 “近小远大”——中间电荷靠近电荷量较小的电荷。[例1]在真空中有两个相距r的点电荷A和B，带电荷量分别为q1＝－q，q2＝4q。 (1)若A、B固定，在什么位置放入第三个点电荷q3，可使之处于平衡状态？平衡条件中对q3的电荷量及正负有无要求？ (2)若以上三个点电荷皆可自由移动，要使它们都处于平衡状态，对q3的电荷量及电性有何要求？

解析(1)q3受力平衡，必须和q1、q2在同一条直线上，因为q1、q2带异号电荷，所以q3不可能在它们中间。再根据库仑定律，库仑力和距离的平方成反比，可推知q3应该在q1、q2的连线上，q1的外侧(离带电荷量少的电荷近一点的地方)，如图所示。设q3离q1的距离是x，根据库仑定律和平衡条件列式将q1、q2的已知量代入得x＝r，对q3的电性和电荷量均没有要求。(2)要使三个电荷都处于平衡状态，就对q3的电性和电荷量都有要求，首先q3不能是一个负电荷，若是负电荷，q1、q2都不能平衡，也不能处在它们中间或q2的外侧，设q3离q1的距离是x。根据库仑定律和平衡条件列式如下：解上述两方程得q3＝4q，x＝r。答案(1)在q1的外侧距离为r处，对q3的电性和电荷量均没有要求(2)电荷量为4q带正电方法归纳三个电荷均处于平衡状态，每个电荷所受另外两个电荷的静电力等大反向，相互抵消；三个电荷一定处在同一条直线上，且必定是两同一异，异种电荷的电荷量最小且位于中间，距离两同种电荷中较小的电荷较近。科学思维2巧用“对称法”解电场的叠加问题1.技巧：对称法求电场强度时常利用中心对称、轴对称等。2.方法答案B科学思维3静电及静电屏蔽在科技生活中的应用1.命题素材

静电现象及静电屏蔽在科技及日常生活中有着广泛的应用，如静电喷雾、静电除尘和一些精密的电表或电子设备外面所套的金属罩、通信电缆外面包的一层铅皮，都是用来防止外界电磁场的干扰的。2.信息提取 (1)信息定位：处于静电平衡状态的导体，内部的场强处处为零。这样，导体壳就可以保护它所包围的区域，使这个区域不受外部电场的影响，这种现象叫作静电屏蔽。(2)物理模型①任意形状的导体空腔，腔体内场强不受腔外电荷的影响，如图甲。②接地的导体空腔，外部电场不受腔内电荷的影响，如图乙。(3)物理知识：静电感应、电场的叠加、静电平衡。(4)结果讨论：在静电平衡状态下，不论是空心导体还是实心导体，不论导体本身带电多少，或者导体是否处于外电场中，其内部场强为零。[例3]

(多选)如图所示为静电除尘示意图，在M、N两点间加高压电源时，金属管内的空气电离，电离出的电子在静电力的作用下运动，遇到烟气中的煤粉，使煤粉带负电荷，因而煤粉被