1、第第1节电源和电流节电源和电流 一、电源一、电源 观图助学观图助学：如图所示，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分别带正、负电荷，如果在它们之间连接一条导线R，导线，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？流，我们想在导线中产生持续的电流，应该怎样解决呢？ 1.定义定义：在电路中把在：在电路中把在_作用下移动到导体作用下移动到导体A的电子的电子_到导体到导体B的装置。的装置。 （或将其它形式的能转化为电
2、能的装置或能给电路提供持续稳定电压的装置）（或将其它形式的能转化为电能的装置或能给电路提供持续稳定电压的装置） 2.作用：作用： (1)在导体在导体A、B两端维持一定的两端维持一定的_。 (2)使电路中保持使电路中保持_的电流。的电流。 静电力静电力搬运搬运 电势差电势差 持续持续 3.常见的电源常见的电源 思考判断思考判断 (1)电源能把其他形式的能转化为电能。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。必须有电源，自由电荷才能在电路中移动。() 观图助学观图助学 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，而手电筒中雷鸣电闪时，强
3、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？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？ 二、恒定电流二、恒定电流 1.恒定电场恒定电场 (1)定义：由定义：由_的电荷所产生的稳定的电场。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。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特点：导线内的电场线与导线_，电荷的分布是，电荷的分布是_的，导线内的电场是的，导线
4、内的电场是 沿导线切线方向的恒定电场。沿导线切线方向的恒定电场。 (4)注注:恒定电场与静电场的基本性质相同，静电场中的关系式同样适用于恒定电场。 稳定分布稳定分布 平行平行稳定稳定 2.电流电流（物理学中的七个基本物理量之一）（物理学中的七个基本物理量之一） 定向移动定向移动 电流强弱程度电流强弱程度 毫安毫安微安微安103106 正电荷正电荷 4.恒定电流恒定电流 (1)定义定义：大小、方向都：大小、方向都_的电流。的电流。 (2)形成：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
5、速率不变。自由电荷速率减小，最终表现为平均速率不变。 不随时间变化不随时间变化 恒定电场恒定电场 实例分析：实例分析：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，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， 在时间在时间t 内通过细管某截面的正电荷为内通过细管某截面的正电荷为q1，通过此截面的负电荷为，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；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。计算导电液体中电流的大小。 三、电流的微观表达式三、电流的微观表达式（课本（课本55页拓展学习页拓展学习） 例：如图所示
6、,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。 (1)AD导体中有多少个自由电荷?总电荷量是多少? (2)这些电荷都通过横截面D所需的时间是多少? (3)导体AD中的电流是多大? 要点提示:(1)AD导体中的自由电荷总数:N=nlS。总电荷量Q=Nq=nlSq。 对电流微观表达式和三种速率的理解 (1)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、定向移动平均速率、导体的横截面积。 (2)电流的微观表达式:I=nevS。式中
7、n为导体中单位体积内的自由电荷数、e 为每个自由电荷的电荷量、v为自由电荷定向移动的平均速率,S为导体的横截 面积。 (3)三种速率的比较 电子定向移动平均速率:电子在金属导体中的平均运动速率,也是公式 I=neSv中的v,大小约为10-5 m/s。 电流的传导速率:电流在导体中的传导速率等于光速,为3108 m/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。 电子热运动速率:电子做无规则热运动的速率,大小约为105 m/s。由于热运 动向各个方向运动的机会相等,故此运动不能形成电流。 例例1 下列说法中正确的是下列说
8、法中正确的是() A.导体中电荷运动就形成了电流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，就有电流存在任何物体，只要其两端电势差不为零，就有电流存在 解析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
9、D 错误；电流有方向，但它是标量，故选项错误；电流有方向，但它是标量，故选项C错误。错误。 答案答案B 例例2 如图所示，电解池内有一价的电解液，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时间内通过溶液内面积为S的截面的正的截面的正 离子数是离子数是n1，负离子数是，负离子数是n2，设元电荷为，设元电荷为e，以下说法中正确的是，以下说法中正确的是() 答案答案D 针对训练针对训练1 (多选多选)下列关于电流方向的说法中，正确的是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
10、方向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，荷定向移动的方向相反，A错误，错误，B、D正确；金属导体中，自由正确；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
11、动的方向相反，电子定向移动的方向相反，C正确。正确。 答案答案BCD 针对训练针对训练2 某电解池中，若在某电解池中，若在2 s内各有内各有1.01019个二价正离子和个二价正离子和2.01019个一价负离子个一价负离子 通过某截面，那么通过这个截面的电流是通过某截面，那么通过这个截面的电流是() A.0 B.0.8 A C.1.6 A D.3.2 A 答案答案D 例例3 (多选多选)一横截面积为一横截面积为S的铜导线，流过的电流为的铜导线，流过的电流为I，设每单位体积的导线中有，设每单位体积的导线中有n个自由个自由 电子，电子的电荷量为电子，电子的电荷量为q，此时电子的定向移动速率为，此时电
12、子的定向移动速率为v，在，在t时间内，通过导线横截面时间内，通过导线横截面 的自由电子数目可表示为的自由电子数目可表示为() 答案答案AC 方法归纳利用方法归纳利用InqSv分析问题应注意的三个方面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。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，表示导体中单位体积内的自由电荷数，v表示自由电表示自由电 荷定向移动速度的大小。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，则电流的微观表达式为Inq
13、v 针对训练针对训练3 一段粗细均匀的导线的横截面积为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，导线内自由电子的电荷量为e，导线单，导线单 位长度内自由电子数为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，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，单位时间内通过某一横 截面的自由电子数为截面的自由电子数为N。则导线中的电流为。则导线中的电流为() A.neSv B.nev C.N D.Ne 答案答案D 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
14、是() A.单位体积内自由电子数较多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自由电子的热运动速率较大 D.电流的传导速度较大电流的传导速度较大 解析解析对同一根导线单位体积内的自由电子数是一样的，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，正确，C错误；错误； 电流的传导速度是电场的形成速度等于光速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，和电流
15、的大小无关，选项D错误。错误。 答案答案B 针对训练针对训练4 导线中的电流是导线中的电流是1 A，导线的横截面积为，导线的横截面积为1 mm2。 (1)在在1 s内，有多少个电子通过导线的横截面内，有多少个电子通过导线的横截面(电子电荷量电子电荷量e1.610 19 C)? (2)自由电子的平均移动速率是多大自由电子的平均移动速率是多大(设导体每立方米内有设导体每立方米内有8.51028个自由电子个自由电子)? (3)自由电子沿导线定向移动自由电子沿导线定向移动1 m，平均要多少时间？，平均要多少时间？ (2)由公式由公式IneSv， 答案答案(1)6.251018个个(2)7.3510 5 m/s (3)3.78 h
