高中物理鲁科版 (2019)必修 第三册电流教课内容ppt课件

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1.知道产生持续电流的条件，能从微观视角和宏观表现分析电流的形成。
知识点二　电流的微观表达式
知识点一　电流的形成及其方向与大小
(1)如图所示，用导线连接两个分别带正、负电荷的导体，导线中有无电流？为什么？如果有，这个电流能持续下去吗？
(2)如图所示，如何让导线中保持持续的电流？电源起到了什么作用？
提示　(1)A、B之间有电势差，能形成电流，但不能持续下去。(2)产生持续的电流的条件是导体两端始终存在电势差，电源的作用就是移送电荷，保持导体两端的电势差。
1.电流的形成(1)定义：电流是由自由电荷的______移动形成的。(2)形成电流的条件①回路中存在__________。②导体两端有______。(3)形成持续电流的条件①导体两端有__________是导体中形成持续电流的条件。②电源的作用是提供__________。
(4)电流的速度：等于______的传播速度，它等于________________ m/s。(5)自由电子的运动速率：常温下，金属内的自由电子大约以______________的平均速率做无规则运动。(6)电子定向移动的速率：数量级大约是________________，比电场传播的速度小很多，故被形象地称为“电子漂移”。
2.电流的方向(1)在物理学中，规定________定向移动的方向为电流的方向。(2)在电源外部的电路中，电流的方向是从电源______流向______。(3)在电源内部的电路中，电流的方向是从电源______流向______。
3.电流的大小和单位(1)定义：流过导体某一横截面的________与__________之比定义为电流。
(3)单位：国际单位：______，简称安，符号____；常用单位：mA、μA；换算关系为1 A＝________ mA＝________ μA。(4)直流电：______不随时间变化的电流叫做直流电。恒定电流：______和______都不随时间变化的电流叫做恒定电流。
【思考】 电流有方向，电流就是矢量，这样说法对吗？提示　不对，电流虽然有方向，但是电流是标量，运算遵循代数法则。
角度1　电流的理解例1 (2024·遵义高二检测)关于电流，下列说法正确的是 (　　)A.只要有可以自由移动的电荷，就能存在持续电流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.电流的传导速率就是导体内自由电子的定向移动速率D.在金属导体内当自由电子定向移动时，它们的热运动就消失了
解析　产生电流的条件为：有可以自由移动的电荷及导体两端有持续电压，故只有自由电荷不能形成持续电流，故A错误；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，故B正确；电流的传导速率为电场的传播速率，与自由电子的定向移动速率无关，故C错误；电子定向移动的同时，热运动同样存在，故D错误。
训练1 (2024·贵州镇远县高二期末)以下说法正确的是(　　)A.有电压就一定有电流B.导体中没有电流，就说明导体内部的电荷没有移动C.通过导体横截面的电荷量越多，电流越大D.国际单位制中，电流是一个基本物理量，其单位“安培”是基本单位
例2 电解槽内有一价离子的电解溶液，溶液中插有两根碳棒A、B作为电极，将它们接在直流电源上，溶液中就有电流通过，假设时间t内通过溶液内横截面S的正离子数是n1，负离子数是n2，设元电荷的电荷量为e，以下解释正确的是(　　)
总结提升　不同导体中电流的计算方法
训练2 (2024·山东济宁高二嘉祥县第一中学校考)在潮湿、高温、高压的情况下，绝缘体也有可能变为导体，例如，空气是绝缘体，但在一定条件下可能转变为导体。在雷电现象中，由于两云层形成的平均电流为6.4×104 A，则这次雷电转移电子的个数为(　　)
A.3.2×1023个B.6.4×1024个C.2×1023个D.4×1023个
1.建立模型如图所示，AB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平均速率为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。
3.结论：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。4.注意(1)对于公式I＝nqSv，要理解每个符号所代表的物理量含义，不要死记公式。(2)若n表示单位长度内的自由电荷数，则电流的微观表达式为I＝nqv。
【思考】 利用电流的微观表达式I＝nqSv解释，在其他条件不变的情况下，为什么导电性能好的金属导体形成的电流会更大？提示　其他条件不变的情况下，导电性能好的金属导体在单位体积内的自由电荷数更多，所以形成的电流会更大。
例3 如图所示，来自质子源的质子(初速度为零)，经加速电压为U的加速器加速后，形成细柱形的质子流。已知细柱形的质子流横截面积为S，其等效电流为I，质子的质量为m，其电荷量为e，那么这束质子流内单位体积的质子数n是(　　)
训练3 (多选)有一横截面积为S的铜导线，流经其中的电流为I，设每单位体积的导线内有n个自由电子，电子的电荷量为e，此时电子定向移动的平均速率为v，在t时间内，通过导线横截面的自由电子数可表示为(　　)
1.(电流的方向)下列关于电流方向的说法中正确的是(　　)A.电荷的定向移动方向即为电流的方向B.电流的方向总是从电源的正极流向负极C.在电源内部，电流从负极流向正极D.电流既有大小，又有方向，是一个矢量
解析　规定正电荷定向移动方向即为电流的方向，负电荷定向移动的方向为电流的反方向，外电路中电流的方向是从电源的正极流向负极，在电源内部，电流从负极流向正极，电流是标量，故C正确。
2.(电流的大小)在某电解槽中，如果在1秒内共有5.0×1018 个2价正离子和1.0×1019 个 1 价负离子通过某截面，已知e＝1.6×10－19 C，那么通过这个截面的电流大小为(　　)A.2.4 AB.0.8 A C.3.2 AD.0
3.(等效电流的计算)北京正负电子对撞机的储存环可近似看作周长为240 m的圆形轨道，在整个环中运行的电子数目为5×1011个，电子的速度是3×107m/s，电子电荷量e＝1.6×10－19 C，则环中的等效电流是(　　)A.10 mAB.1 mAC.0.1 mA mA
4.(电流的微观表达式)一根横截面积为S的铜导线，通过的电流为I。已经知道铜的密度为ρ，铜的摩尔质量为M，电子电荷量为e，阿伏加德罗常数为NA，设每个铜原子只提供一个自由电子，则铜导线中自由电子定向移动速率为(　　)
题组一　电流的形成及其方向与大小
1.关于电流，下列说法正确的是(　　)
2.如图所示是通有恒定电流的某段导体。在5 s内有10 C的负电荷向右通过横截面A，则导体内电流的大小和方向分别是(　　)
A.2 A、向右B.2 A、向左C.50 A、向右D.50 A、向左
3.如图所示的是电解池，在1 s的时间内，共有3 C的正离子和3 C的负离子通过截面xy，则这个电路中的电流大小是(　　)
A.0B.1.5 A C.3 AD.6 A
4.如图所示，一段截面积为S、长度为l的圆弧形橡胶棒，均匀带有负电荷，圆弧的半径为R，橡胶棒单位长度电荷量为q，当此棒沿垂直于圆弧平面过圆心的轴顺时针以角速度ω做匀速转动时，由于棒的运动而形成的环形等效电流大小和方向为(　　)
题组二　电流的微观表达式5.如图所示，一根均匀带负电的长直橡胶棒沿水平方向向右做速度为v的匀速直线运动。若棒的横截面积为S，单位长度所带的电荷量为－q(q >0)，由于棒的运动而形成的等效电流的大小和方向分别是(　　)
A.qv　向左B.qvS　向左C.qv　向右D.qvS　向右
6.有甲、乙两导体，甲的横截面积是乙的2倍，而单位时间内通过乙导体横截面的电荷量是甲的2倍，以下说法正确的是(　　)A.通过甲、乙两导体的电流相同B.通过乙导体的电流是甲导体的2倍C.乙导体中自由电荷定向移动的速率是甲导体的2倍D.甲、乙两导体中自由电荷定向移动的速率相等
7.如图所示为一长方形金属导体，其长为l、高为a、宽为b。当从左右两面或者上下两面流过的电流均为I时，金属导体内自由电子定向移动的速率之比v甲∶v乙(　　)
A.a∶bB.l∶a C.l∶bD.a∶l
8.某手机只播放视频，可以播放约17小时，其说明书的部分内容如表所示，关于该手机，下列说法正确的是(　　)
A.充满电时电池可储存的最大能量为4 JB.放电时电池可输出的最大电荷量为4 CC.播放视频时平均电流约为待机状态平均电流的1.3倍D.播放视频时平均电流约为待机状态平均电流的30倍
9.如图是某次心脏除颤器的模拟治疗，该心脏除颤器的电容器电容为15 μF，充电至4.0 kV电压，如果电容器在3.0 ms时间内放电至两极板之间的电压为零，下列说法正确的是(　　)
A.放电之后，电容器的电容为零B.该电容器的击穿电压为4 kVC.该次放电前，电容器存储的电荷量为0.6 CD.该次通过人体的平均电流是20 A
10.如图所示的电路可以测出电路中电荷定向移动的平均速率：水槽中NaCl溶液的浓度为a(ml/m3)，每一块矩形电极板的长为b、宽为c，电路稳定时电流表的读数为I，阿伏加德罗常数为NA，元电荷为e，则电荷定向移动的平均速率v的表达式是(　　)
11.电子绕核运动可以看作一环形电流。设氢原子中的电子绕原子核做匀速圆周运动的线速度为v，氢原子核、核外电子的电荷量大小均为e，m表示电子的质量，k为静电力常量。则电子运动形成的等效电流为(　　)
12.导线中的电流是1 A，导线的横截面积为1 mm2。(1)在1 s内，有多少个电子通过导线的横截面(电子电荷量e＝1.6×10－19 C)?(2)自由电子的平均定向移动速率是多大(设导线每立方米内有8.5×1028个自由电子)?(3)自由电子沿导线移动1 m，平均需要多少时间？
答案　(1)6.25×1018个　(2)7.35×10－5 m/s (3)3.78 h