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第十一章 电路及其应用
1.电源和电流
c
导入新课
1、结合所学知识解释：视频中的闪电分别是怎样形成的？
2、观察对比：两种闪电有什么不同？原因是什么？
交流讨论
一、电源
对比观看水流和电流形成的动画演示视频
（1）水流形成的原因是什么？
（2）类比水流的形成，再结合观看的闪电视频，思考电流形成的原因。
一、电源
有压力差，在压力差的作用下，水形成定向流动
导体两端有电势差，形成电场，自由电荷在电场力的作用下发生定向移动
（3）水流形成视频中靠什么在水管中形成了稳定的水流？它的作用是什么？试从能量角度分析其作用。
（4）电流形成视频中靠什么在电路中形成了稳定的电流？它的作用是什么？试从能量角度分析其作用。
一、电源
抽水机 给水管中提供稳定的压力差 给水流提供了重力势能
电源（干电池) 给导体两端提供电势差，使电路中形成稳定的电流 给自由电子提供了电势能
1.导体两端存在电势差，形成电场，自由电荷在电场力的作用下发生定向移动，形成电流。
梳理深化
2.电源：能把自由电子从正极搬到负极的装置。
3.电源的作用：保持导体两端的电势差(电压)，使电路有持续的电流。
一、电源
【例1】以下说法正确的是(　　)
A．只要有可以自由移动的电荷，就存在持续电流
B．金属导体内的持续电流是自由电子在导体内的电场作用下形成的
C．任何物体，只要其两端电势差不为零，就有电流存在
D．导体中电荷运动就形成了电流
B
一、电源
巩固提升
练习1、关于电源的以下说法，正确的是(　　)
A． 电源的作用是在电源内部把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． 电源的作用是在电源内部把电子由正极不断地搬运到负极，从而保持两极之间有稳定的电势差
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
一、电源
交流讨论
二、恒定电流
1、在有电源的电路中，导线内部的电场强度有何特点？
-
-
+
A
+
+
+
+
+
+
+
_
_
_
B
_
_
_
_
_
P
假设在电源正、负极之间连一根导线
二、恒定电流
2、在有电源的电路中，导线内部的电场强度有何特点？
红色方框处的导线内电场分布，如图一；
电子在电场力作用下向M端聚集，如图二；
形成垂直于导线方向的反向电场，如图三；
导线内很快形成沿导线方向的稳定电场，如图四。
图一
图二
图三
图四
二、恒定电流
3、根据预习及之前所学，在考虑与不动粒子碰撞的情况下，自由电子在恒定电场将做怎样的运动？
在恒定电场的作用下，导体中的自由电荷做定向运动，在运动过程中与导体内不动的粒子不断碰撞，碰撞阻碍了自由电荷的定向运动，结果是大量自由电荷定向运动的平均速率不随时间变化。
梳理深化
二、恒定电流
1.恒定电流：大小、方向都不随时间变化的电流。
2.电流：
(1)物理意义：表示电流的强弱程度。
(2)公式：
(3)单位：国际单位 安培(A) 1A=1C/s；常用单位：毫安（mA）、微安（μA）
(4)方向：正电荷定向移动的方向 注：电流是标量
二、恒定电流
【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。
【例2】某电解质溶液，如果在1s内共有5.0×1018个二价正离子和1.0×1019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？
巩固提升
二、恒定电流
解析：1s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值为q2=n2e，则电流为
将n1=5×1018个，n2=1×1019个，e=1.6×10-19C 代入解得，I=3.2A。
练习2、(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
BCD
二、恒定电流
交流讨论
三、电流的微观解释
一段粗细均匀的导体AB长为l，两端加一定的电压，自由电荷定向移动的速率为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，每个自由电荷量为q。
(1)这段导体中有多少个自由电荷 总电荷量是多少
结合本节课的“拓展学习”部分，思考并回答以下问题：
这段导体中的自由电荷数
总电荷量
交流讨论
三、电流的微观解释
一段粗细均匀的导体AB长为l，两端加一定的电压，自由电荷定向移动的速率为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，每个自由电荷量为q。
(2)这些电荷都通过横截面B所需的时间是多少
结合本节课的“拓展学习”部分，思考并回答以下问题：
交流讨论
三、电流的微观解释
一段粗细均匀的导体AB长为l，两端加一定的电压，自由电荷定向移动的速率为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，每个自由电荷量为q。
(3)这段导体中的电流是多大
微元思想
结合本节课的“拓展学习”部分，思考并回答以下问题：
三、电流的微观解释
根据课本及以上结论回答：
1、三个速率各是多少？
电子定向移动的速率约10-4m/s，
电子热运动的平均速率105m/s，
电场的传播速率3×108m/s。
2、为什么闭合开关的瞬间，电路中各处几乎同时形成电流？
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。
梳理深化
三、电流的微观解释
1.金属导体中电流的微观计算式：
其中，n为单位体积内自由电荷数目
S 为导体横截面积
v为电荷定向移动速率
q为每个自由电荷的电量。
2.分清三种速率：
（1）电流传导速率等于光速，电路一接通，导体中的电子立即受到电场力作用而定向移动形成电流。（对整体而言）
（2）电子定向移动速率，其大小与电流有关，一般每秒为10-4m的数量级。（对每个电子而言）
（3）电子热运动速率，任何微观粒子都做无规则运动，其速度与温度有关，通常情况为每秒105m。
三、电流的微观解释
【例3】有一条横截面积S=1 mm2的铜导线，通过的电流I=1 A，已知铜的ρ=8.9×103kg/m3，铜的摩尔质量M=6.4×10-2 kg/mol，阿伏加德罗常数NA=6.02×1023 mol-1，电子的电量e=-1.6×10-19 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一个自由电子。
巩固提升
三、电流的微观解释
解析：设自由电子在导线内定向移动的速率是v。取一段导线，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vt，体积为vtS，质量为ρvtS，
则这段导线中的原子数为
【例3】有一条横截面积S=1 mm2的铜导线，通过的电流I=1 A，已知铜的ρ=8.9×103kg/m3，铜的摩尔质量M=6.4×10-2 kg/mol，阿伏加德罗常数NA=6.02×1023 mol-1，电子的电量e=-1.6×10-19 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一个自由电子。
巩固提升
三、电流的微观解释
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
把这个式子代入 ，得
解得
练习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
D
三、电流的微观解释
课堂小结
生活中一些常见的电流：
课外拓展
电子手表 1.5～2μA 空调 5～10A
白炽灯泡 200mA 高压电 200A
手机 100mA 闪电 20000～200000A
人体对电流的反应：
8~10mA 手摆脱电极已感到困难，有剧痛感(手指关节)
20~25mA 手迅速麻痹，不能自动摆脱电极，呼吸困难
50~80mA 呼吸困难，心房开始震颤
90~100mA 呼吸麻痹，三秒钟后心脏开始麻痹，停止跳动

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