1、新教材 新高考新人教版新人教版 必修三必修三第十一章 电路及其应用第1节 电源和电流新教材 新高考 雷鸣电闪时,强大的电流使天空发出耀眼的闪光。新教材 新高考问题引入：问题引入：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？新教材 新高考-BA-A+_B_（1 1）存在）存在自由电荷自由电荷金属导体金属导体自由电子自由电子电电 解解 液液正、负离子正、负离子（2 2）导体两端存在）导体两端存在电压电压当导体两端存在电压时，导体内建立了电场，导体中的自由电当导体两端存在电压时，导体内建立了电场，导体中的自由电荷在电场力的作用下发
2、生定向移动，形成电流荷在电场力的作用下发生定向移动，形成电流A、B之间有电势差A、B电势差为零一.电源新教材 新高考AB连通器连通器水势水势A水势水势B抽水机抽水机水流-P-+A+_B_-正极负极2.怎么才能让导线中有持续电流呢？怎么才能让导线中有持续电流呢？1.电源：电源：能把自由电子从正极搬到负极的装置能把自由电子从正极搬到负极的装置.2.作用作用:保持导体两端的电势差保持导体两端的电势差(电压电压),使电路有持续的电流使电路有持续的电流.电源相当于电源相当于抽水机抽水机新教材 新高考-+A+_B_P 假设在电源正、负极之间连一根导线假设在电源正、负极之间连一根导线MNE0FFnFt在有电
3、源的电路中，导线内部的电场强度有何特点？在有电源的电路中，导线内部的电场强度有何特点？新教材 新高考-+A+_B_P假设在电源正、负极之间假设在电源正、负极之间连一根导线连一根导线MNE0FFnFtMNE0E0E MNE导线内很快形导线内很快形成沿导线方向成沿导线方向的的稳定稳定电场电场导体内的电场线保持和导线平行导体内的电场线保持和导线平行dUE 新教材 新高考-+A+_B_P-导线内的电场，是由电源、导线等电路元件所积累的电荷共导线内的电场，是由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成的。尽管这些电荷也在运动，但同形成的。尽管这些电荷也在运动，但有的流走了，另外的又来有的流走了，另外的又来
4、补充补充，所以电荷的分布是稳定的，电场的分布也稳定。，所以电荷的分布是稳定的，电场的分布也稳定。由由稳定分布稳定分布的电荷产生的电荷产生稳定稳定的电场称为恒定电场的电场称为恒定电场.恒定电场恒定电场新教材 新高考恒定电场恒定电场电场强度不变电场强度不变自由电子在各个位置的定向运动速率也不变自由电子在各个位置的定向运动速率也不变串一个电流表串一个电流表,读数不会变读数不会变恒定电流恒定电流大小、方向都不变大小、方向都不变新教材 新高考二二.恒定电流恒定电流 1.1.恒定电流：大小、方向都恒定电流：大小、方向都不随时间变化不随时间变化的电流的电流.2.电流电流(I):表示电流的强弱程度表示电流的强
5、弱程度.1)定义定义:通过导体横截面的电量通过导体横截面的电量q跟通过这些电量所用时间跟通过这些电量所用时间t的比值的比值.2)公式公式:3)单位单位:国际单位国际单位 安培安培(A)1A=1C/s 常用单位：毫安（常用单位：毫安（mA）、微安（）、微安（A）注：注：电流是标量电流是标量tqI 4)4)方向方向:正电荷定向移动的方向正电荷定向移动的方向 新教材 新高考【特别提醒】（1）适用于任何电荷定向移动形成的电流。（2）在金属导体中，电流方向与自由电荷（电子）定向移动的方向相反（3）在电解液中，电流方向与正离子定向移动的方向相同，与负离子定向移动的方向相反。导电时，是正、负离子向相反方向定
6、向移动形成电流，电荷量q表示通过横截面的正、负离子电荷量的绝对值之和。新教材 新高考例例1.某电解质溶液，如果在某电解质溶液，如果在1s内共有内共有5.01018个二价正离子和个二价正离子和1.01019个个一价负离子通过某横截面，那么通过电解质溶液的电流是多大？一价负离子通过某横截面，那么通过电解质溶液的电流是多大？解：解：1s1s内通过横截面正离子的电荷量为内通过横截面正离子的电荷量为q1=2n1e，负离子的电荷量绝对负离子的电荷量绝对值为值为q2=n2e，将将n1=51018个，个，n2=11019个，个，e=1.610-19C 解得，解得，I=3.2A则电流为则电流为 ，tqI t=1
7、s正电荷电荷量正电荷电荷量负电荷电荷量负电荷电荷量tenenI212新教材 新高考C新教材 新高考三三.电流的微观表达式电流的微观表达式1.建立模型建立模型一段粗细均匀的导体长为一段粗细均匀的导体长为l，两端加一定的电压，自由电荷定向移动的，两端加一定的电压，自由电荷定向移动的速率为速率为v，设导体的横截面积为，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，导体每单位体积内的自由电荷数为n，每个自由电荷量为每个自由电荷量为q。新教材 新高考AB导体中的自由电荷数导体中的自由电荷数总电荷量总电荷量所有这些电荷通过横截面所需要的时间所有这些电荷通过横截面所需要的时间故导体故导体AB中的电流
8、中的电流NnlsQNqnlSqltvQnlSqInqSvltv 由此可见，从微观上看，电流取决于导体中由此可见，从微观上看，电流取决于导体中自由电荷数自由电荷数、每个自由电、每个自由电荷所带的荷所带的电荷量电荷量、定向移动、定向移动速率速率，还与导体的，还与导体的横截面积横截面积有关。有关。2.理论推导理论推导新教材 新高考vtvSv【例【例3】有一条横截面积】有一条横截面积S=1 mm2的铜导线的铜导线,通过的电流通过的电流I=1 A,已知铜的已知铜的=8.9103kg/m3,铜铜的摩尔质量的摩尔质量M=6.410-2 kg/mol,阿伏加德罗常数阿伏加德罗常数NA=6.021023 mol
9、-1,电子的电量电子的电量e=-1.610-19 C,求铜导线中自由电子定向移动的速率。可认为铜导线中平均每个铜原子贡献求铜导线中自由电子定向移动的速率。可认为铜导线中平均每个铜原子贡献一个自由电子。一个自由电子。新教材 新高考 【解析】设自由电子在导线内定向移动的速率是【解析】设自由电子在导线内定向移动的速率是v。取一段导。取一段导线（如图），自由电子从它的左端定向移动到右端的时间为线（如图），自由电子从它的左端定向移动到右端的时间为t，则这段导线的长度为，则这段导线的长度为vt，体积为，体积为vtS，质量为，质量为vtS，则，则这段导线中的原子数为这段导线中的原子数为则这段导线中的自由电子
10、数也为则这段导线中的自由电子数也为n，t时间内通过导体横截面的电荷量是时间内通过导体横截面的电荷量是把这个式子代入把这个式子代入 ,得得解得解得vtvtv vv vANMsvtneNMsvtneqAtqI eNMsvIAsmesNIMvA/105.75新教材 新高考 既然电子的定向运动速率很小，为什么闭合开既然电子的定向运动速率很小，为什么闭合开关时电路中的电灯立刻就亮了呢？关时电路中的电灯立刻就亮了呢？实际上，闭合开关的瞬间，电路中的各个位置以光速迅速建立了实际上，闭合开关的瞬间，电路中的各个位置以光速迅速建立了电场。随着电场的建立，电路中各处的自由电子在静电力的作用下几电场。随着电场的建立
11、，电路中各处的自由电子在静电力的作用下几乎同时开始做定向移动，整个电路也就几乎同时形成了电流。乎同时开始做定向移动，整个电路也就几乎同时形成了电流。电子定向移动的速率约电子定向移动的速率约10-5m/s，电子热运动的平均速率电子热运动的平均速率105m/s电场的传播速率电场的传播速率3108m/s.思考新教材 新高考【例【例4】.在显像管的电子枪中，从炽热的金属丝不断放出的在显像管的电子枪中，从炽热的金属丝不断放出的电子进入电压为电子进入电压为U的加速电场，设其初速度为零，经加速后形的加速电场，设其初速度为零，经加速后形成横截面积为成横截面积为S、电流为、电流为I的电子束。已知电子的电量为的电子束。已知电子的电量为e、质、质量为量为m，则在刚射出加速电场时，一小段长为，则在刚射出加速电场时，一小段长为l的电子束内的的电子束内的电子个数是（电子个数是（）A.B.C.D.eUmeSlI2eUmelI2eUmeSI2eUmelIS2新教材 新高考
