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新人教版 必修三
第十一章 電路及其應用
第1節 電源和電流
人類通過對靜電場的研究不僅獲得了許多關于電現象的知識，而且形成了若干重要的電學概念和研究方法，成為電學理論的重要基礎。但是，無論在自然界還是在生產和生活領域，更廣泛存在著的是電荷流動所引起的效應。那么，電荷為什么會流動？電荷流動服從什么規律？產生哪些效應？這些效應對人類的生產、生活方式和社會進步又起著怎樣的作用呢？
新課引入
電閃雷鳴時，強大的電流使天空不時發出耀眼的閃光，但它只能存在于一瞬間，而手電筒中的小燈泡卻能持續發光，這是為什么？
提示：雷電是云層間或云層與地之間的電壓達到一定值時將空氣擊穿所產生的放電現象，所形成的電流是瞬時電流。
手電筒中因為電源的作用，小燈泡中有持續電流而持續發光。
二、光的折射
學習任務一：電源
情景設置1
-
B
A
-
A
+
+
+
+
+
+
+
+
_
B
_
_
_
_
_
_
_
有A、B兩個導體，分別帶正、負電荷，它們的周圍存在著電場。如果在它們之間連接一條導線？
導體中自由電子的定向移動使兩個帶電體成為等勢體，達到靜電平衡，導線R中會產生一個瞬時電流。
怎么才能讓電路中有持續電流呢？
二、光的折射
學習任務一：電源
水從在連通器內向右流動，液面相平后不再流動。
裝置P能源源不斷的把電子從A搬運到B，從而能保持導體兩端的電勢差(電壓),從而使得電路中有持續的電流
情景設置2
打開閥門K，連通器中水怎么流動？
用抽水機把B中的水抽到A中，保持兩邊高度差，可以有恒定的水流。
如何才能在連通器中產生恒定的水流？
二、光的折射
學習任務一：電源
（1）.定義：把自由電子從正極搬到負極的裝置。（也可以說把其它形式的能轉化為電能的裝置）
（2）.作用：保持導體兩端的電勢差(電壓)，使電路有持續的電流.
（3）.電流的形成：電荷的定向移動形成電流
（4）.產生電流的條件：
①存在自由電荷：
金屬導體—自由電子，電解質溶液—正、負離子，氣體導電—正、負離子
②導體兩端有電壓（電勢差）
二、光的折射
學習任務二：恒定電流
導線內的電場，是由電源、導線等電路元件所積累的電荷共同形成的。盡管這些電荷也在運動，但有的流走了，另外的又來補充，所以電荷的分布是穩定的，電場的分布也穩定。
1.恒定電場
恒定電場
電荷分布不變，電場強度大小也不變
自由電子在各個位置的定向運動速率也不變
串一個電流表,讀數不會變
電源和導線
基本性質與靜電場相同
V增加的同時與不動的正離子碰撞而減速，最終達到動態平衡。
恒定電流：大小、方向都不隨時間變化的電流
由穩定分布的電荷產生穩定的電場稱為恒定電場.
二、2光的折射
學習任務二：恒定電流
（1）.恒定電流概念：大小方向都不隨時間變化的電流稱為恒定電流。
(3)物理意義:表示電荷流動的強弱程度（反映了電流的強弱程度的物理量）
(5)單位:
(2)定義:通過導體橫截面的電荷量q跟通過這些電荷量所用時間t的比值叫做電流。（單位時間內通過導體橫截面積的電荷量）
(4)公式:
(比值定義式)
國際單位
安培(A) 1A=1C/s
常用單位：毫安（mA）、微安（μA）
(5)方向:
正電荷定向移動的方向（電子流動的反方向）
＋
＋
＋
2.恒定電流
二、光的折射
學習任務二：恒定電流
3.說明
（1）電流方向的規定：規定正電荷定向移動的方向為電流方向.
在電源外部的電路中,電流從電源的正極流向負極；在電源的內部,電流是從電源的負極流向正極；形成閉合回路。
（2）金屬導體中電流的方向與自由電子定向移動的方向相反.
（3）電解液中正、負離子定向移動方向雖然相反，但正、負離子定向移動形成的電流方向是相同的，此時：
（4）電流強度雖然有大小和方向，但不是矢量，而是一個標量.
即：公式中的q 為正電荷總電荷量和負電荷總電荷量的絕對值之和。
例題
某電解質溶液，如果在1s內共有5.0×1018個二價正離子和1.0×1019個一價負離子通過某橫截面，那么通過電解質溶液的電流是多大？

解：1s內通過橫截面正離子的電荷量為q1=2n1e，負離子的電荷量絕對值為q2=n2e，
則電流為
將n1=5×1018個，n2=1×1019個，e=1.6×10-19C
解得，I=3.2A
二、光的折射
拓展學習
電流的微觀表達式
1. 建立模型
一段粗細均勻的導體長為l，兩端加一定的電壓，自由電荷定向移動的速率為v，設導體的橫截面積為S，導體每單位體積內的自由電荷數為n，每個自由電荷量為q。
拓展學習
AB導體中的自由電荷數
總電荷量
所有這些電荷通過橫截面所需要的時間
故導體AB中的電流
由此可見，從微觀上看，電流取決于導體中自由電荷數、每個自由電荷所帶的電荷量、定向移動速率，還與導體的橫截面積有關。
2. 理論推導
二、光的折射
想一想：既然電子的定向運動速率很小，為什么閉合開關時電路中的電燈立刻就亮了呢？
電子定向移動的速率約10-4m/s
電子熱運動的平均速率105m/s
電場的傳播速率3×108m/s
實際上，閉合開關的瞬間，電路中的各個位置以光速迅速建立了電場。隨著電場的建立，電路中各處的自由電子在靜電力的作用下幾乎同時開始做定向移動，整個電路也就幾乎同時形成了電流。
拓展學習
3.三種速率的比較
二、光的折射
電動汽車中的電池
充電過程中：通過化學反應，在電源正極生成鋰離子，鋰離子通過電解液運動到電池的負極，到達負極的鋰離子就嵌在負極中，嵌入的鋰離子越多，電池中充入的電荷量也就越多。
放電時，在負極的鋰離子又會通過電解液返回正極，回到正極的鋰離子越多，則放出的電荷量也就越大。
電池放電時能輸出的總電荷量叫作電池的容量，通常以"安時"（A·h）或"毫安時"（mA·h）作單位。單體鋰離子電池的容量極為有限，為了滿足需要，常用由若干單體鋰離子電池構成的電池組。
當堂達標檢測
1．一條導線中的電流為 ，在 內通過這條導線某一橫截面的電荷量是多少庫侖？有多少個電子通過該橫截面？
【詳解】通過橫截面的電荷量為
通過橫截面的電子數為 個
當堂達標檢測
2．手電筒中的干電池給小燈泡供電時，在某次接通開關的 內通過某一橫截面的電荷量為 ，則電流是多少？
【詳解】由電流的定義式 可知，電流為
當堂達標檢測
【詳解】手機的待機電流
播放視頻的電流
則
3.某手機的說明書標明該手機電池容量為4000mA·h，待機時間為22d，請估算該手機的待機電流有多大。說明書還標明，用該手機播放視頻的時間是17h。
請估算播放視頻的電流大約是待機電流的幾倍。
二、光的折射
當堂達標檢測
4.有一條橫截面積S=1 mm2的銅導線,通過的電流I=1 A,已知銅的ρ=8.9×103kg/m3,銅的摩爾質量M=6.4×10-2 kg/mol,阿伏加德羅常數NA=6.02×1023 mol-1,電子的電量e=-1.6×10-19 C,求銅導線中自由電子定向移動的速率。可認為銅導線中平均每個銅原子貢獻一個自由電子。
【詳解】 ：設自由電子在導線內定向移動的速率是v。取一段導線自由電子從它的左端定向移動到右端的時間為t，則這段導線的長度為vt，體積為vtS，質量為ρvtS，則這段導線中的原子數為
則這段導線中的自由電子數也為n，t時間內通過導體橫截面的電荷量
把這個式子代入 , 得
解得

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