电流和电源最新版

[学习目标] 1.[物理观念]了解电流的形成，知道电源的作用和导体中的恒定电场。

2.[物理观念]知道电流的定义及单位、方向的规定，理解恒定电流。

(重点)3.[科学思维]理解电流形成的微观实质。

(难点)一、电源1．定义：电源是能不断把电子从正极搬运到负极的装置。

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。

二、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．形成：当电路达到稳定时，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。

3．特点：任何位置的电荷分布和电场强度都不随时间变化。

三、恒定电流1．电流(1)概念：电荷的定向移动形成电流。

(2)物理意义：反映了电流的强弱程度。

(3)符号及单位：符号是I，单位有安培、毫安、微安(单位符号分别为A、mA、μA)。

(4)表达式：I＝qt(5)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。

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。

1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)恒定电场与静电场基本性质相同，两者没有区别。

(×)(2)电源的作用就是将其他形式的能转化为电能。

(√)(3)电流既有大小，又有方向，是矢量。

(×)(4)电流越大，单位时间内通过导体横截面的电荷量就越多。

(√)(5)导体中的电流，实际是正电荷的定向移动形成的。

(×)2．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AC．电流有方向，它是一个矢量D．任何物体，只要其两端的电势差不为零，就有电流存在B[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能形成电流，故选项A错误；形成电流的条件是导体两端有电势差，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。

电流和电源教学方案目标：1、了解电流的微观机理及其定义式，知道电流的方向是如何规定的。

2、了解电源的发明对人类的生活产生的巨大的影响。

3、了解电源在电路中的作用。

了解电动势的概念和单位。

了解常见电池电动势的大小。

过程一、电流问：怎样才能产生电流？（电荷的定向移动）问：产生电流需要有什么样的条件呢？（①自由电荷②导体两端有电压）说明：金属中的自由电子，酸、碱、盐水溶液中的正、负离子，都是自由电荷，干电池、蓄电池、发电机等电源，它们在电路中的作用是保持导体上的电压。

问：如何规定电流的方向？（规定正电荷定向移动的方向为电流的方向）问：金属中自由电荷是电子，那么金属中的电流方向和电子运动的方向有何关系？（相反）问：导体中电流的流向如何？（在电源外部电流从正极流向负极，在内部是由负极流向正极）问：电流有强弱的不同，如何比较电流的强弱？(用通过导线横截面的电荷量Q 与所用时间t的比值来描述电流的强弱)说明：我们把通过导线横截面的电荷量Q 与所用时间t的比值定义为电流，用I表示，I＝Q/t问：在国际单位制中，电流的单位是什么？（安培简称安，符号A ）问：还有什么常用单位？（毫安mA 1mA=10-3A 微安μA 1μA=10-6A ）二、电源和电动势说明：一个闭合电路由电源、用电器和导线、开关构成，问：那么电源的作用是什么呢？（使导体两端建立电场，电场力使导体中的自由电荷做定向运动，形成持续的电流）说明：生活中有各种各样的电源，不同的电源，两极间电压的`大小不一样。

不接用电器时，常用干电池两极间的电压大约是l.5V ，铅蓄电池两极间的电压大约是2V 。

电源两极间电压的大小是由电源本身的性质决定的．电源的这种特性，物理学中用电动势来描述，符号是E ，电源的电动势等于电源没有接入电路时两极间的电压，电动势的单位与电压的单位相同，也是伏特。

问：从能量转化的角度看，电源的作用是什么？（把其他形式的能转化为电能，化学电池把化学能转化为电能，发电机把机械能转化为电能，太阳电池把太阳能转化为电能）【电流和电源教学方案】。

电源和电流(建议用时：40分钟)◎题组一对电源的理解1．现代生活离不开电源，电子表、照相机、手机、计算器及许多电子产品都需要配备各式各样的电源。

关于电源，以下说法正确的是( )A．电源的作用是在电源内部把自由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．电源内部电流的方向是从低电势一端流向高电势一端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B[电源能把正极上的电子搬运到负极，从而保持两极间稳定的电势差，故A错误；在闭合电路中，电流的方向：电源外部由正极流向负极，电源内部由负极流向正极，则电源供电的外部电路中，电流的方向是从高电势一端流向低电势一端，内部电流的方向是从低电势一端流向高电势一端，故B正确；有电源和闭合回路才能形成电流，故C错误；电源是提供电能的装置，不再需要外界提供能量，故D错误。

]2．下列有关电源的电路中，导线内部的电场强度的说法正确的是( )A．导线内部的电场就是电源所形成的电场B．在静电平衡时，导体内部的场强为零，而导体外部的场强不为零，所以导体内部的电场不是稳定的C．因为导体处于电源的电场中，所以导体内部的场强处处为零D．导线内部的电场是由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成的，导体内的电荷处于平衡状态，电荷分布是稳定的，电场也是稳定的D[导线内部的电场是电源和导线堆积电荷所形成的两部分电场的矢量和，稳定后不同于静电平衡(内部场强处处为零)，而是场强大小恒定，方向与导线切线一致，是一种动态的平衡，故A错误，D正确；在静电平衡时，导体内部电场是稳定的，故B错误；在导体内部出现感应电荷的电场，该电场与点电荷的电场叠加后为零时，导体内部的场强处处为零，故C错误。

]◎题组二对电流的理解3．关于电流，下列说法正确的是( )A．导体中无电流的原因是其内部自由电荷停止了运动B．同种材料制成的两个金属导体都通电，则电流大的那个导体内自由电荷定向移动速率大C ．由于电荷做无规则热运动的速率比电荷定向移动的速率大得多，故电荷做无规则热运动形成的电流也就大得多D ．电荷做无规则热运动不形成电流D [电流是自由电荷定向移动形成的，导体内的自由电子时刻都在做无规则的热运动，A 错误；由电流的微观表达式I ＝nqSv 可知，同种材料制成的导体，电流大小不单是由自由电荷定向移动速率决定的，B 错误；无规则的热运动不会形成电流，只有电荷定向移动才会形成电流，C 错误，D 正确。

电源和电流同步练习一、单选题1.以下说法正确的是()A. 导体中的电流是正电荷的定向移动形成的B. 电荷定向移动的速率等于电流的传导速率C. 导体中横截面积越大的地方运动电荷的平均速率越大D. 单位时间内通过导体横截面的电荷量越大,电流越大2.如图所示,一根横截面积为S的均匀长直橡胶棒上均匀带有负电荷,每米电荷量为q,当此棒沿轴线方向做速率为v的匀速直线运动时,由于棒运动而形成的等效电流大小为()A. vqB. qv C. qvS D. qvS3.北京正负电子对撞机的储存环是周长为240m的近似圆形轨道．当环中电子以光速的110流动而形成10mA的电流时,环中运行的电子数目为(已知光速c=3×108m/s,电子电荷量e=1.6×10−19C)()A. 5×1010个B. 5×1011个C. 1×102个D. 1×104个4.一横截面积为S的铜导线通有恒定电流。

设每单位体积的导线中有n个自由电子,每个自由电子的电荷量为q,此时电子定向移动的速率为v,则在Δt时间内,通过导体横截面的自由电子数目可表示为()A. nvSΔtB. nqΔtS C. nvSΔtqD. nvΔt5.某款移动充电宝的部分相关参数如图所示:小张同学通过网络查阅得到,额定容量是由制造商标定的移动电源可输出容量。

下面说法错误的是()A. 20000mAℎ指的是充电宝能够储存72000C的电荷量B. 74Wℎ指的是充电宝能够储存266400J的电能C. 该充电宝理论上可以让一个输出口按最大电流输出约5.71ℎD. 输入接口的输入功率为12W6.如图为一种服务型机器人,其额定功率为48W。

额定工作电压为24V。

机器人的锂电池容量为20A·ℎ。

则机器人()A. 额定工作电流为20AB. 充满电后最长工作时间为2hC. 电池充满电后总电量为7.2×104CD. 以额定电流工作时毎秒消耗能量为20J二、多选题7.关于电流强度,下列说法正确的是()A. 根据I=q可知,I与t一定成正比tB. 根据I=q可知,当电流I一定时,q与t成正比tC. 因为电流有方向,所以电流是矢量D. 电流强度的单位“安培”是国际单位8.利用如图所示的方法可以测得金属导体中单位体积内的自由电子数n。

第十一章电路及其应用1、电源和电流一电源和电流的性质1.电源:(1)电源的定义:电源是不断把负电荷从正极搬运到负极从而维持正、负极之间存在一定电势差的装置。

(2)电源的作用:从电荷移动的角度看,电源的作用就是移送电荷,能把电子从电源正极搬运到电源负极,保持电源正、负极间有一定的电压,使导体中有持续的电流。

2.电流的形成:(1)形成原因:电荷的定向移动。

(2)形成条件:导体两端有电压。

(3)电路中产生持续电流的条件:电路中有电源且电路闭合。

【思考·讨论】水为什么能从水池A流到水池B?(科学思维)提示:因为水池A比水池B高【典例示范】关于电流,下列叙述正确的是( )A.只要将导体置于电场中,导体内就有持续电流B.电源的作用可以使电路中有持续电流C.导体内没有电流时,就说明导体内部的电荷没有移动D.只要将电源连接到物体两端,物体中就会有电流【解析】选B。

导体置于电场中,达到静电平衡后没有电流,故A项错误;导体两端存在持续的电压,导体中才有持续的电流,电源能提供持续的电压,可以使电路中有持续电流,故B项正确;导体中没有电流时,电荷在做无规则的热运动,没有定向移动,故C项错误;将电源连接到绝缘物体两端,物体中不会有电流,故D项错误。

【素养训练】1.下列关于电源和电流的说法正确的是( )A.因为电流有方向,所以电流是矢量B.通过导体横截面的电荷量越多,电流越大C.电源是将电能转化为其他形式的能的装置D.电源能把自由电子从正极搬运到负极【解析】选D。

电流有方向,但电流的计算不能根据平行四边形定则进行计算,故电流是标量,故A项错误;根据电流的定义式I=可知,通过导体横截面的电荷量越大,导体中的电流不一定大,还要看时间长短,故B项错误;电源是提供电能的装置,把其他形式的能转化成电能,故C项错误;电源能把自由电子从正极搬运到负极,从而形成两极间的电势差,故D项正确。

2.下列关于电流的说法中,不正确的是( )A.习惯上规定正电荷定向移动的方向为电流的方向B.国际单位制中,电流的单位是安培,简称安C.电流既有大小又有方向,所以电流是矢量D.由I=可知,电流越大,单位时间内通过导体横截面的电荷量就越多【解析】选C。

第1节电源和电流课程内容要求核心素养提炼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．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．1．物理观念：电源、电流．2．科学思维：(1)电流持续存在的条件．(2)电流的定义和计算．(3)电流的微观意义．一、电源1．电源维持导体(或电路)两端有一定的电势差．2．在闭合电路中，电源能把电子从电源的正极搬运到电源的负极．[判断](1)电源的两极间存在一定的电势差．(√)(2)电源能把正电荷从正极搬到负极．(×)(3)电源的作用就是将其他形式的能转化为电能．(√)二、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)形成：当电路达到稳定时，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．(3)特点：任何位置的电荷分布和电场强度都不随时间变化．2．恒定电流(1)定义：大小、方向都不随时间变化的电流．(2)电流①定义：通过导体横截面的电荷量与通过这些电荷量所用时间的比值．②表达式：I ＝qt．③物理意义：表示电流的强弱程度．④单位：安培，简称安，符号是A ．常用的单位还有：毫安(mA)、微安(μA)．1 A ＝103 mA ＝106 μA ．⑤方向：规定正电荷定向移动的方向为电流的方向． 3．对电流微观表达式的理解(1)建立模型：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 ．(2)理论推导：AD 导体中的自由电荷总数N ＝nlS ．总电荷量Q ＝Nq ＝nlSq ． 所有这些电荷都通过横截面D 所需要的时间t ＝lv ．根据公式q ＝It 可得：导体AD 中的电流I ＝Q t ＝nlSqlv＝nqS v ．(3)结论：由此可见，从微观上看，电流决定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、定向移动速率的大小，还与导体的横截面积有关．[思考]有同学认为“只有在导体中才可以形成电流”，这种说法对吗？谈一谈你的认识． 提示 电荷定向移动形成电流，不论是导体内还是其他空间只要有电荷定向移动就可形成电流，如氢原子中核外电子做匀速圆周运动时，形成了一环形电流等．探究点一 电流的计算如图所示的电解液接入电路后，在t 时间内有n 1个一价正离子通过溶液内面积为S 的横截面，有n 2个二价负离子通过该横截面．思考以下两个问题：(1)t 时间内通过溶液横截面的电荷量是多少？ (2)电路中的电流是多少？提示 (1)q ＝n 1e ＋n 2·2e ＝(n 1＋2n 2)e (2)I ＝q t ＝(n 1＋2n 2)e t不同导体中电流的计算方法1．金属导体中的自由电荷只有自由电子，运用I ＝qt 计算时，q 是某一时间内通过金属导体横截面的电子的电荷量．2．电解液中的自由电荷是正、负离子，运用I ＝qt 计算时，q 应是同一时间内正、负两种离子通过横截面的电荷量的绝对值之和．在某种带有一价离子的水溶液中，正、负离子在定向移动，方向如图所示．如果测得2 s 内分别有1.0×1018个正离子和1.0×1018 个负离子通过溶液内部的横截面M ，则溶液中电流的方向如何？电流为多大？解析 水溶液中导电的是自由移动的正、负离子，它们在电场的作用下向相反方向定向移动．电学中规定，电流的方向为正电荷定向移动的方向，所以溶液中电流的方向与正离子定向移动的方向相同，即由A 指向B ．每个离子的电荷量是e ＝1.60×10－19C ．该水溶液导电时负离子由B 向A 运动，负离子的定向移动可以等效看作是正离子反方向的定向移动．所以，一定时间内通过横截面M 的电荷量应该是正、负两种离子电荷量的绝对值之和．I ＝q t ＝|q 1|＋|q 2|t ＝1.0×1018×1.6×10－19＋1.0×1018×1.6×10－192A＝0.16 A答案 由A 指向B 0.16 A[题后总结] 应用公式I ＝qt解题的三个注意点(1)公式I ＝qt中，q 是通过横截面的电荷量，而不是通过单位面积的电荷量．(2)当导体中有正、负电荷同时向相反的方向定向移动形成电流时，公式中的q 应为通过导体横截面的正、负两种电荷的电荷量绝对值之和．(3)横截面的选取是任意的，电流的大小与横截面无关．[训练1] 电路中有一电阻，通过电阻的电流为5 A ，当通电5分钟时，通过电阻横截面的电子数为( )A ．1 500个B ．9.375×1019个C ．9.375×1021个D ．9.375×1020个C [q ＝It ，n ＝q e ＝Ite＝9.375×1021个．][训练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，元电荷为e ，以下解释正确的是( )A ．正离子定向移动形成的电流方向从A →B ，负离子定向移动形成的电流方向从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I ＝n 1etD ．溶液内电流方向从A →B ，电流I ＝(n 1＋n 2)etD [正电荷定向移动的方向就是电流方向，负电荷定向移动的反方向是电流方向，有正、负电荷反向经过同一截面时，公式I ＝Qt中Q 应该是正、负电荷量绝对值之和，故I ＝n 1e ＋n 2et，电流方向由A 指向B ．] 探究点二 电流的微观表达式从微观上看，金属导体中的电流是由自由电子的定向移动形成的，怎样推导电流的微观表达式？提示 (1)建立模型：如图所示，AD 表示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)理论推导：AD 导体中的自由电荷总数：N ＝nlS ．总电荷量：Q ＝Nq ＝nlSq ．所有这些电荷都通过横截面S 所需要的时间：t ＝l v ．根据公式I ＝qt可得：导体AD 中的电流：I ＝Q t ＝nlSqlv ＝nqS v ．即电流的微观表达式为I ＝nqS v ．1．两个公式比较公式 I ＝q t I ＝nqS v 公式性质 定义式 决定式 电流的意义 时间t 内的平均电流 某时刻的瞬时电流 描述的角度大量电荷定向移 动的宏观表现形成电流的 微观实质联系 由I ＝qt可导出I ＝nqS v2．电流的微观表达式I ＝nqS v ，其中n 为单位体积内的自由电荷数，q 为每个自由电荷的电荷量，S 为导体的横截面积，v 为电荷定向移动的速率．即从微观上看，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、自由电荷定向移动速率的大小，还与导体的横截面积有关．3．区别三种速率(1)电子定向移动的速率：电流就是由电荷的定向移动形成的．电流I ＝nqS v 中的v 就是自由电子定向移动的速率，大小约为10－4 m/s ．(2)电子热运动的速率：导体内部电子在不停地做无规则热运动，不能形成电流，大小约为105 m/s ．(3)电流传导的速率：等于光速．已知铜导线中的电流为1 A ，铜导线的横截面积为1 mm 2，求： (1)在1 s 内，通过铜导线的横截面的电子数(电子电荷量e ＝1.6×10－19C)；(2)自由电子的平均移动速率(设铜导线中每立方米含有8.5×1028个自由电子)． 解析 (1)1 s 内通过铜导线横截面的电荷量为q ′＝It ＝1×1 C ＝1 C ，所以1 s 内，通过铜导线横截面的电子数为N ＝q ′e ＝11.6×10－19个＝6.25×1018 个． (2)由电流的微观表达式I ＝nqS v 得自由电子的平均移动速率 v ＝I nqS ＝18.5×1028×1.6×10－19×1×10－6 m/s ≈7.35×10－5 m/s ．答案 (1)6.25×1018 个 (2)7.35×10－5 m/s ．[训练] 铜的摩尔质量为m ，密度为ρ，每摩尔铜原子有n 个自由电子，每个自由电子的电荷量为e ，今有一根横截面积为S 的铜导线，通过电流为I 时，电子定向移动的平均速率为( )A ．光速cB ．I neSC ．ρI neSmD ．mI neSρD [设电子定向移动的速率为v ，那么在t 秒内通过导体横截面的自由电子数相当于在体积v tS 中的自由电子数，而体积为v tS 的铜的质量为v tSρ，摩尔数为v tSρm ，自由电子数为v tSρn m ，所以电荷量q ＝v tSρne m ，由I ＝q t ＝v Sρne m 得v ＝mIneSρ，故选项D 正确，选项A 、B 、C 错误．]。