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新人教版 必修三
第十一章 电路及其应用
第1节 电源和电流
人类通过对静电场的研究不仅获得了许多关于电现象的知识，而且形成了若干重要的电学概念和研究方法，成为电学理论的重要基础。但是，无论在自然界还是在生产和生活领域，更广泛存在着的是电荷流动所引起的效应。那么，电荷为什么会流动？电荷流动服从什么规律？产生哪些效应？这些效应对人类的生产、生活方式和社会进步又起着怎样的作用呢？
新课引入
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？
提示：雷电是云层间或云层与地之间的电压达到一定值时将空气击穿所产生的放电现象，所形成的电流是瞬时电流。
手电筒中因为电源的作用，小灯泡中有持续电流而持续发光。
二、光的折射
学习任务一：电源
情景设置1
-
B
A
-
A
+
+
+
+
+
+
+
+
_
B
_
_
_
_
_
_
_
有A、B两个导体，分别带正、负电荷，它们的周围存在着电场。如果在它们之间连接一条导线？
导体中自由电子的定向移动使两个带电体成为等势体，达到静电平衡，导线R中会产生一个瞬时电流。
怎么才能让电路中有持续电流呢？
二、光的折射
学习任务一：电源
水从在连通器内向右流动，液面相平后不再流动。
装置P能源源不断的把电子从A搬运到B，从而能保持导体两端的电势差(电压),从而使得电路中有持续的电流
情景设置2
打开阀门K，连通器中水怎么流动？
用抽水机把B中的水抽到A中，保持两边高度差，可以有恒定的水流。
如何才能在连通器中产生恒定的水流？
二、光的折射
学习任务一：电源
（1）.定义：把自由电子从正极搬到负极的装置。（也可以说把其它形式的能转化为电能的装置）
（2）.作用：保持导体两端的电势差(电压)，使电路有持续的电流.
（3）.电流的形成：电荷的定向移动形成电流
（4）.产生电流的条件：
①存在自由电荷：
金属导体—自由电子，电解质溶液—正、负离子，气体导电—正、负离子
②导体两端有电压（电势差）
二、光的折射
学习任务二：恒定电流
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，但有的流走了，另外的又来补充，所以电荷的分布是稳定的，电场的分布也稳定。
1.恒定电场
恒定电场
电荷分布不变，电场强度大小也不变
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,读数不会变
电源和导线
基本性质与静电场相同
V增加的同时与不动的正离子碰撞而减速，最终达到动态平衡。
恒定电流：大小、方向都不随时间变化的电流
由稳定分布的电荷产生稳定的电场称为恒定电场.
二、2光的折射
学习任务二：恒定电流
（1）.恒定电流概念：大小方向都不随时间变化的电流称为恒定电流。
(3)物理意义:表示电荷流动的强弱程度（反映了电流的强弱程度的物理量）
(5)单位:
(2)定义:通过导体横截面的电荷量q跟通过这些电荷量所用时间t的比值叫做电流。（单位时间内通过导体横截面积的电荷量）
(4)公式:
(比值定义式)
国际单位
安培(A) 1A=1C/s
常用单位：毫安（mA）、微安（μA）
(5)方向:
正电荷定向移动的方向（电子流动的反方向）
＋
＋
＋
2.恒定电流
二、光的折射
学习任务二：恒定电流
3.说明
（1）电流方向的规定：规定正电荷定向移动的方向为电流方向.
在电源外部的电路中,电流从电源的正极流向负极；在电源的内部,电流是从电源的负极流向正极；形成闭合回路。
（2）金属导体中电流的方向与自由电子定向移动的方向相反.
（3）电解液中正、负离子定向移动方向虽然相反，但正、负离子定向移动形成的电流方向是相同的，此时：
（4）电流强度虽然有大小和方向，但不是矢量，而是一个标量.
即：公式中的q 为正电荷总电荷量和负电荷总电荷量的绝对值之和。
例题
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？

解：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
解得，I=3.2A
二、光的折射
拓展学习
电流的微观表达式
1. 建立模型
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。
拓展学习
AB导体中的自由电荷数
总电荷量
所有这些电荷通过横截面所需要的时间
故导体AB中的电流
由此可见，从微观上看，电流取决于导体中自由电荷数、每个自由电荷所带的电荷量、定向移动速率，还与导体的横截面积有关。
2. 理论推导
二、光的折射
想一想：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？
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
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。
拓展学习
3.三种速率的比较
二、光的折射
电动汽车中的电池
充电过程中：通过化学反应，在电源正极生成锂离子，锂离子通过电解液运动到电池的负极，到达负极的锂离子就嵌在负极中，嵌入的锂离子越多，电池中充入的电荷量也就越多。
放电时，在负极的锂离子又会通过电解液返回正极，回到正极的锂离子越多，则放出的电荷量也就越大。
电池放电时能输出的总电荷量叫作电池的容量，通常以"安时"（A·h）或"毫安时"（mA·h）作单位。单体锂离子电池的容量极为有限，为了满足需要，常用由若干单体锂离子电池构成的电池组。
当堂达标检测
1．一条导线中的电流为 ，在 内通过这条导线某一横截面的电荷量是多少库仑？有多少个电子通过该横截面？
【详解】通过横截面的电荷量为
通过横截面的电子数为 个
当堂达标检测
2．手电筒中的干电池给小灯泡供电时，在某次接通开关的 内通过某一横截面的电荷量为 ，则电流是多少？
【详解】由电流的定义式 可知，电流为
当堂达标检测
【详解】手机的待机电流
播放视频的电流
则
3.某手机的说明书标明该手机电池容量为4000mA·h，待机时间为22d，请估算该手机的待机电流有多大。说明书还标明，用该手机播放视频的时间是17h。
请估算播放视频的电流大约是待机电流的几倍。
二、光的折射
当堂达标检测
4.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。
【详解】 ：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
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
把这个式子代入 , 得
解得

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