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高中物理鲁科版 (2019)必修 第三册第1节 电流课堂教学ppt课件
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这是一份高中物理鲁科版 (2019)必修 第三册第1节 电流课堂教学ppt课件，共31页。PPT课件主要包含了课前自主学习，自由电荷，-5ms，×108ms，课堂合作探究等内容，欢迎下载使用。
一、电流的形成条件 任务驱动 用橡胶线把充电后的电容器两个极板和电流计连接起来，是否有电流通过？把橡胶线换成金属导线呢？提示：用橡胶线时，没有电流通过。换成金属导线，有电流通过。
1.电流的形成条件：(1)回路中存在_________。(2)_____也是导体中形成电流的条件。2.自由电荷的三种速率：(1)电子定向移动的速率：数量级约为_______。(2)电子热运动的平均速率：数量级约为_______。 (3)电场的传播速率：为__________。
二、电流的大小与方向 任务驱动 导体两端加上电压时，导体内部的自由电荷就会发生定向移动，从而形成电流。请问形成的电流的大小和方向如何表达？提示：电流的大小等于流过导体横截面的电量与所用时间的比值。电流方向与正电荷定向移动的方向相同，与负电荷定向移动的方向相反。
1.电流的大小：(1)定义：物理学中流过导体某一横截面的电荷量与所用_____的比值。(2)表达式：I= _____ 。(3)国际单位制单位：安培，符号__。2.电流的方向：(1)电流方向与正电荷定向移动的方向_____；电流方向与负电荷定向移动的方向_____。(2)在电源外部，电流从电源的_____流向_____；在电源内部，电流从电源的_____流向_____。(3)电流虽然有方向，但电流是_____，其运算不符合平行四边形定则。
3.直流电流和恒定电流：(1)直流电流：_____不随时间改变的电流。(2)恒定电流：_____和_____都不随时间改变的电流。
主题一 电流的形成条件【实验情境】 情境1：用橡胶线把充电后的电容器的两个极板和电流计连接起来，观察有无电流通过电流计。情境2：把情境1中的橡胶线换成金属导线，观察有无电流通过电流计。
【问题探究】 (1)情境1中，观察到怎样的实验现象，这说明什么结论？提示：电流计的指针没有偏转，没有电流通过电流计。(2)情境2中，观察到怎样的实验现象，这说明什么结论？提示：开始的瞬间电流计指针偏转，说明有电流通过电流计。然后指针指到0刻度，电流计中没有电流。(3)通过上述实验，结合对生活实际的认识，要想得到持续稳定的电流，应该怎样做？提示：我们可以把情境2中的电容器换成电源，就可以得到持续稳定的电流。
【结论生成】 电流的形成条件1.回路中存在自由电荷(导体)：(物理观念)(1)金属导体的自由电荷是电子。(2)电解液中的自由电荷是正、负离子。2.导体两端有电压：(物理观念)(1)导体两端有电压，导体内部才会形成电场，自由电荷才会发生定向移动。(2)导体两端有持续电压是导体中形成持续电流的条件。
【典例示范】 关于形成电流的条件下列说法中正确的是( )A.导体两端存在电压B.导体接在电路中C.导体两端存在电流D.导体中的自由电荷不停地运动【解析】选A。电流的形成条件是：有自由移动的电荷和存在电势差。故可以说只要导体两端存在电压即可形成电流，故A正确。导体接在电路中如果没有电压则不能形成电流，故B错误。导体两端存在电流时，如果其两端的电压为零，则不能形成电流，故C错误。自由电荷即在物体内部能够自由运动的电荷，不受束缚，如果这些电荷的运动杂乱无章，也不会产生电流，故D错误。
【探究训练】1.下列有关电流的说法中正确的是( )A.导体中电荷的热运动形成了电流B.导体中电荷的定向移动形成了电流C.电流的方向就是电子运动的方向D.电流强度是矢量【解析】选B。导体中电荷的定向移动形成了电流，故A错误，B正确；我们规定正电荷定向移动的方向为电流的方向，与电子运动方向相反，故C错误；电流强度是标量，故D错误。
2.电流是电荷定向移动形成的，对金属导体导电来说，当导体中有电流时，在电路中定向移动的是( )A.带负电荷的电子 B.带负电荷的分子C.正电荷的原子D.带正电荷的电子【解析】选A。金属导体里面能自由移动的是电子，故形成电流的是带负电荷的电子，故A正确，B、C、D错误。
主题二 电流的大小和方向【实验情境】如图所示的电解槽接入电路后，在t秒内有n1个1价正离子通过溶液内截面S，有n2个1价负离子通过溶液内截面S。
【问题探究】(1)在上述情境中，1价正离子和1价负离子分别带多少电荷量？提示：1价正离子和1价负离子所带电荷量都是元电荷e。(2)根据上述情境，表述正电荷定向移动产生的电流I1的大小与方向。提示：电流方向是正电荷定向移动的方向，所以I1方向向右。大小I1= (3)根据上述情境，表述负电荷定向移动产生的电流I2的大小与方向。提示：电流方向是负电荷定向移动的反方向，所以I2方向向右。大小I2= (4)根据(2)、(3)的结论，试求电解液中电流的大小与方向。提示：因为(2)、(3)电流的方向都向右，所以电解液中电流方向向右。并且大小I=I1+I2=
【结论生成】1.电流的方向：(物理观念)(1)规定正电荷定向移动的方向为电流方向，则负电荷定向移动的方向与电流方向相反。(2)金属导体中自由电荷是电子，故电流方向与电子定向移动的方向相反。(3)电源外部：电流从电源正极流向负极；电源内部：电流从电源的负极流向正极。
2.电流大小：(物理观念)(1)电流大小I= ，其中q是指t时间通过某横截面的电荷量。(2)电解液中正、负离子的运动方向虽然相反，但正、负离子定向移动形成的电流方向是相同的，所以公式I= 中的q是指正、负电荷电荷量的绝对值之和。
【典例示范】 在某种带有一价离子的水溶液中，正、负离子发生定向移动，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，则关于溶液中电流的方向，电流的大小描述正确的是( )A.方向由A指向B；大小为 0.16 AB.方向由A指向B；大小为 0.08 AC.方向由B指向A；大小为 0.16 AD.无电流
【解析】选A。根据题意可知，2 s内流过的电量为：q=1.0×1018×1.6×10-19 C+1.0×1018×1.6×10-19 C=0.32 C。则电流的大小为：I= =0.16 A，方向与正电荷的运动方向相同，故电流由A指向B。故A正确，B、C、D错误。
【探究训练】 某金属导线，如果在10 s时间内有5.0×1019个自由电子通过面积为0.1 m2的某截面，那么通过这个截面的电流强度是( )A.0 B.0.8 A C.1.6 A D.3.2 A【解析】选B。由电流的定义可知I= A=0.8 A。故A、C、D错误，B正确。
【补偿训练】 1.某电解池中，若在2 s内有1.0×1019个二价正离子和2.0×1019个一价负离子通过某截面，那么通过这个截面的电流是( )A.0 B.0.8 A C.1.6 A D.3.2 A【解析】选D。2 s内流过的电量为：q=1.0×1019×2×1.6×10-19 C+2.0×1019×1.6×10-19 C=6.4 C。则由电流的定义可知：I= A=3.2 A。故选D。
2.安培提出了著名的分子电流假说。根据这一假说，电子绕核运动可等效为一环形电流。设电量为e的电子以速率v绕原子核沿顺时针方向做半径为r的匀速圆周运动，下列关于该环形电流的说法正确的是( )A.电流大小为 ，电流方向为顺时针B.电流大小为 ，电流方向为逆时针C.电流大小为 ，电流方向为顺时针D.电流大小为 ，电流方向为逆时针
【解析】选D。电子绕核运动可等效为一环形电流，电子运动周期为：T= 。根据电流的定义式得I= 。因为电子带负电，所以电流方向与电子定向移动方向相反，即沿逆时针方向，故D正确，A、B、C错误。
主题三 电流的微观表达式 【实验情境】一段粗细均匀的导线长为l，两端加一定的电压后，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。
【问题探究】 (1)在上述情境中，导线内部自由电荷的总数是多少？提示：自由电荷的总数N=n·V体积=n·S·l。(2)依据问题(1)中的结论，试求通过导体横截面的总电荷量。提示：通过导体横截面的总电荷量Q=n·S·l·q。(3)根据电流的定义，求此时通过导体的电流。提示：电流的定义I= =n·S·v·q。
【结论生成】 电流的微观表达式分析(科学思维)(1)电流的微观表达式I=n·S·v·q。(2)从微观上看，电流取决于单位体积内的自由电荷数、单个自由电荷的电荷量、定向移动速率的大小和导体的横截面积。
【典例示范】 一横截面积为S的铜导线，有恒定的电流流经其中，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.nvSΔt B. C. D.nvΔt
【解析】选A。横截面积为S的铜导线，设流经其中的电流为I，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I=nqvS。Δt时间内通过导体横截面的电量为：Q=IΔt，自由电子数目可表示为N= =nvSΔt，故A正确，B、C、D错误。故选A。
【探究训练】导体中电流I的表达式为I=nqSv，其中S为导体的横截面积，n为导体每单位体积内的自由电荷数，q为每个自由电荷所带的电荷量，v是( )A.导体运动的速率B.电流传导的速率C.电子热运动的速率 D.自由电荷定向移动的速率【解析】选D。导体中电流大小I= 。t时间内所通过的长度为vt，则其体积为Svt，通过导体某一截面的自由电子数为nSvt。该时间内通过导体该截面的电量：q=nSvte。联立解得：I=neSv，所以v表示自由电荷定向移动的速率；故D正确，A、B、C错误。故选D。
【补偿训练】一段直导线，单位长度内有n个自由电子，电子电荷量为e。该导线通有电流时，自由电子定向移动的平均速率为v，求导线中的电流I。【解析】设时间Δt内通过导线某一截面的电荷量为ΔQ，则有ΔQ=n(v·Δt)e，所以I= =nev。答案：nev
一、电流的形成条件 任务驱动 用橡胶线把充电后的电容器两个极板和电流计连接起来，是否有电流通过？把橡胶线换成金属导线呢？提示：用橡胶线时，没有电流通过。换成金属导线，有电流通过。
1.电流的形成条件：(1)回路中存在_________。(2)_____也是导体中形成电流的条件。2.自由电荷的三种速率：(1)电子定向移动的速率：数量级约为_______。(2)电子热运动的平均速率：数量级约为_______。 (3)电场的传播速率：为__________。
二、电流的大小与方向 任务驱动 导体两端加上电压时，导体内部的自由电荷就会发生定向移动，从而形成电流。请问形成的电流的大小和方向如何表达？提示：电流的大小等于流过导体横截面的电量与所用时间的比值。电流方向与正电荷定向移动的方向相同，与负电荷定向移动的方向相反。
1.电流的大小：(1)定义：物理学中流过导体某一横截面的电荷量与所用_____的比值。(2)表达式：I= _____ 。(3)国际单位制单位：安培，符号__。2.电流的方向：(1)电流方向与正电荷定向移动的方向_____；电流方向与负电荷定向移动的方向_____。(2)在电源外部，电流从电源的_____流向_____；在电源内部，电流从电源的_____流向_____。(3)电流虽然有方向，但电流是_____，其运算不符合平行四边形定则。
3.直流电流和恒定电流：(1)直流电流：_____不随时间改变的电流。(2)恒定电流：_____和_____都不随时间改变的电流。
主题一 电流的形成条件【实验情境】 情境1：用橡胶线把充电后的电容器的两个极板和电流计连接起来，观察有无电流通过电流计。情境2：把情境1中的橡胶线换成金属导线，观察有无电流通过电流计。
【问题探究】 (1)情境1中，观察到怎样的实验现象，这说明什么结论？提示：电流计的指针没有偏转，没有电流通过电流计。(2)情境2中，观察到怎样的实验现象，这说明什么结论？提示：开始的瞬间电流计指针偏转，说明有电流通过电流计。然后指针指到0刻度，电流计中没有电流。(3)通过上述实验，结合对生活实际的认识，要想得到持续稳定的电流，应该怎样做？提示：我们可以把情境2中的电容器换成电源，就可以得到持续稳定的电流。
【结论生成】 电流的形成条件1.回路中存在自由电荷(导体)：(物理观念)(1)金属导体的自由电荷是电子。(2)电解液中的自由电荷是正、负离子。2.导体两端有电压：(物理观念)(1)导体两端有电压，导体内部才会形成电场，自由电荷才会发生定向移动。(2)导体两端有持续电压是导体中形成持续电流的条件。
【典例示范】 关于形成电流的条件下列说法中正确的是( )A.导体两端存在电压B.导体接在电路中C.导体两端存在电流D.导体中的自由电荷不停地运动【解析】选A。电流的形成条件是：有自由移动的电荷和存在电势差。故可以说只要导体两端存在电压即可形成电流，故A正确。导体接在电路中如果没有电压则不能形成电流，故B错误。导体两端存在电流时，如果其两端的电压为零，则不能形成电流，故C错误。自由电荷即在物体内部能够自由运动的电荷，不受束缚，如果这些电荷的运动杂乱无章，也不会产生电流，故D错误。
【探究训练】1.下列有关电流的说法中正确的是( )A.导体中电荷的热运动形成了电流B.导体中电荷的定向移动形成了电流C.电流的方向就是电子运动的方向D.电流强度是矢量【解析】选B。导体中电荷的定向移动形成了电流，故A错误，B正确；我们规定正电荷定向移动的方向为电流的方向，与电子运动方向相反，故C错误；电流强度是标量，故D错误。
2.电流是电荷定向移动形成的，对金属导体导电来说，当导体中有电流时，在电路中定向移动的是( )A.带负电荷的电子 B.带负电荷的分子C.正电荷的原子D.带正电荷的电子【解析】选A。金属导体里面能自由移动的是电子，故形成电流的是带负电荷的电子，故A正确，B、C、D错误。
主题二 电流的大小和方向【实验情境】如图所示的电解槽接入电路后，在t秒内有n1个1价正离子通过溶液内截面S，有n2个1价负离子通过溶液内截面S。
【问题探究】(1)在上述情境中，1价正离子和1价负离子分别带多少电荷量？提示：1价正离子和1价负离子所带电荷量都是元电荷e。(2)根据上述情境，表述正电荷定向移动产生的电流I1的大小与方向。提示：电流方向是正电荷定向移动的方向，所以I1方向向右。大小I1= (3)根据上述情境，表述负电荷定向移动产生的电流I2的大小与方向。提示：电流方向是负电荷定向移动的反方向，所以I2方向向右。大小I2= (4)根据(2)、(3)的结论，试求电解液中电流的大小与方向。提示：因为(2)、(3)电流的方向都向右，所以电解液中电流方向向右。并且大小I=I1+I2=
【结论生成】1.电流的方向：(物理观念)(1)规定正电荷定向移动的方向为电流方向，则负电荷定向移动的方向与电流方向相反。(2)金属导体中自由电荷是电子，故电流方向与电子定向移动的方向相反。(3)电源外部：电流从电源正极流向负极；电源内部：电流从电源的负极流向正极。
2.电流大小：(物理观念)(1)电流大小I= ，其中q是指t时间通过某横截面的电荷量。(2)电解液中正、负离子的运动方向虽然相反，但正、负离子定向移动形成的电流方向是相同的，所以公式I= 中的q是指正、负电荷电荷量的绝对值之和。
【典例示范】 在某种带有一价离子的水溶液中，正、负离子发生定向移动，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，则关于溶液中电流的方向，电流的大小描述正确的是( )A.方向由A指向B；大小为 0.16 AB.方向由A指向B；大小为 0.08 AC.方向由B指向A；大小为 0.16 AD.无电流
【解析】选A。根据题意可知，2 s内流过的电量为：q=1.0×1018×1.6×10-19 C+1.0×1018×1.6×10-19 C=0.32 C。则电流的大小为：I= =0.16 A，方向与正电荷的运动方向相同，故电流由A指向B。故A正确，B、C、D错误。
【探究训练】 某金属导线，如果在10 s时间内有5.0×1019个自由电子通过面积为0.1 m2的某截面，那么通过这个截面的电流强度是( )A.0 B.0.8 A C.1.6 A D.3.2 A【解析】选B。由电流的定义可知I= A=0.8 A。故A、C、D错误，B正确。
【补偿训练】 1.某电解池中，若在2 s内有1.0×1019个二价正离子和2.0×1019个一价负离子通过某截面，那么通过这个截面的电流是( )A.0 B.0.8 A C.1.6 A D.3.2 A【解析】选D。2 s内流过的电量为：q=1.0×1019×2×1.6×10-19 C+2.0×1019×1.6×10-19 C=6.4 C。则由电流的定义可知：I= A=3.2 A。故选D。
2.安培提出了著名的分子电流假说。根据这一假说，电子绕核运动可等效为一环形电流。设电量为e的电子以速率v绕原子核沿顺时针方向做半径为r的匀速圆周运动，下列关于该环形电流的说法正确的是( )A.电流大小为 ，电流方向为顺时针B.电流大小为 ，电流方向为逆时针C.电流大小为 ，电流方向为顺时针D.电流大小为 ，电流方向为逆时针
【解析】选D。电子绕核运动可等效为一环形电流，电子运动周期为：T= 。根据电流的定义式得I= 。因为电子带负电，所以电流方向与电子定向移动方向相反，即沿逆时针方向，故D正确，A、B、C错误。
主题三 电流的微观表达式 【实验情境】一段粗细均匀的导线长为l，两端加一定的电压后，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。
【问题探究】 (1)在上述情境中，导线内部自由电荷的总数是多少？提示：自由电荷的总数N=n·V体积=n·S·l。(2)依据问题(1)中的结论，试求通过导体横截面的总电荷量。提示：通过导体横截面的总电荷量Q=n·S·l·q。(3)根据电流的定义，求此时通过导体的电流。提示：电流的定义I= =n·S·v·q。
【结论生成】 电流的微观表达式分析(科学思维)(1)电流的微观表达式I=n·S·v·q。(2)从微观上看，电流取决于单位体积内的自由电荷数、单个自由电荷的电荷量、定向移动速率的大小和导体的横截面积。
【典例示范】 一横截面积为S的铜导线，有恒定的电流流经其中，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.nvSΔt B. C. D.nvΔt
【解析】选A。横截面积为S的铜导线，设流经其中的电流为I，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I=nqvS。Δt时间内通过导体横截面的电量为：Q=IΔt，自由电子数目可表示为N= =nvSΔt，故A正确，B、C、D错误。故选A。
【探究训练】导体中电流I的表达式为I=nqSv，其中S为导体的横截面积，n为导体每单位体积内的自由电荷数，q为每个自由电荷所带的电荷量，v是( )A.导体运动的速率B.电流传导的速率C.电子热运动的速率 D.自由电荷定向移动的速率【解析】选D。导体中电流大小I= 。t时间内所通过的长度为vt，则其体积为Svt，通过导体某一截面的自由电子数为nSvt。该时间内通过导体该截面的电量：q=nSvte。联立解得：I=neSv，所以v表示自由电荷定向移动的速率；故D正确，A、B、C错误。故选D。
【补偿训练】一段直导线，单位长度内有n个自由电子，电子电荷量为e。该导线通有电流时，自由电子定向移动的平均速率为v，求导线中的电流I。【解析】设时间Δt内通过导线某一截面的电荷量为ΔQ，则有ΔQ=n(v·Δt)e，所以I= =nev。答案：nev
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