2.1 电源与电流 - 高中物理动画互动课程

第二章 · 第一节

电源与电流

电源 · 电动势 · 电流的形成 · 电流方向与大小

📖 知识点学习

🎯 学习目标

理解电源的概念和作用
掌握电动势的物理意义
理解电流的形成条件
掌握电流的定义式和方向规定
了解闭合电路欧姆定律

知识点一：电源

🔋 电源的作用

电源是将其他形式的能转化为电能的装置。
电源的作用是维持电路两端的电压，使电路中产生持续的电流。
常见电源：干电池（化学能→电能）、发电机（机械能→电能）、太阳能电池（光能→电能）。

知识点二：电动势

物理量

定义：电源非静电力将单位正电荷从负极移到正极所做的功
公式：E = W/q
单位：伏特（V）
物理意义：电动势表示电源将其他形式能转化为电能的本领
注意：电动势由电源本身决定，与外电路无关

知识点三：电流的形成

⚡ 电流的形成条件

形成电流的两个条件：
① 有自由移动的电荷（自由电荷）
② 导体两端存在电压
电源的作用：在导体两端维持电压，使自由电荷定向移动形成持续电流。

知识点四：电流

物理量

定义：电流的大小等于单位时间内通过导体横截面的电荷量
公式：I = q/t
单位：安培（A），1A = 1C/s
方向：规定正电荷定向移动的方向为电流方向
性质：电流是标量（虽有方向但遵循标量运算规则）

💡 关于电流方向

电流方向规定为正电荷定向移动方向
金属导体中，电流方向与自由电子定向移动方向相反
在电源外部，电流从正极流向负极
在电源内部，电流从负极流向正极

知识点五：闭合电路欧姆定律

📐 闭合电路欧姆定律

公式：I = E / (R + r)
其中E为电源电动势，R为外电阻，r为电源内阻。
路端电压：U = E − Ir = IR
规律：外电阻R增大时，电流I减小，路端电压U增大。

🎬 动画讲解

📢

点击「播放动画」按钮开始学习...

🧪 互动实验：电路电流探究

💡 拖动滑块改变电源电动势和外电阻，观察电流和路端电压的变化

⚙️ 实验参数

电动势 E 6.0 V

外电阻 R 3.0 Ω

内阻 r 1.0 Ω

电流 I 1.50 A

路端电压 U 4.50 V

📋 实验结论

由闭合电路欧姆定律 I=E/(R+r)，增大电动势E或减小电阻(R+r)都会使电流增大。外电阻R增大时，电流减小，路端电压U=IR增大，趋向电动势E。

📝 例题精讲

💡 提示：点击「下一步」按钮，逐步查看详细解题过程

例题 1 闭合电路计算

电源电动势 E=6V，内阻 r=1Ω，外电路接电阻 R=2Ω，求电路中的电流I和路端电压U。

🔍 解题过程

1 求电流：由闭合电路欧姆定律 I = E/(R+r) = 6V/(2Ω+1Ω) = 2A

2 求路端电压：U = IR = 2A×2Ω = 4V（或 U = E−Ir = 6V−2A×1Ω = 4V）

✅ 电流I=2A，路端电压U=4V。当R=r=1Ω时输出功率最大Pmax=E²/(4r)=9W。

例题 2 电流大小计算

在5秒内通过某导体横截面的电荷量为10C，求通过导体的电流大小。

🔍 解题过程

1 确定公式：由电流定义 I = q/t

2 代入计算：I = 10C / 5s = 2A

✅ 电流大小为2A。电流等于单位时间内通过导体横截面的电荷量。

🚀 拓展提升

📜 电源的发展历史

伏打电堆（1800年）：意大利物理学家伏打发明了第一个电池
丹尼尔电池：改进了伏打电堆，更稳定
干电池：便携式电源，日常生活中最常见
锂电池：现代电子设备的主力电源

🔍 电流的微观解释

金属导体中的自由电子在电场力作用下定向移动形成电流
电流的微观表达式：I = nesv（n为自由电子密度，e为元电荷，s为横截面积，v为定向移动速度）
电子定向移动速度很小（约10⁻⁵m/s），但电场传播速度接近光速

⚡ 路端电压与外电阻的关系

U = ER/(R+r)，外电阻R增大时路端电压U增大
当R→∞（断路）时，U→E（路端电压等于电动势）
当R→0（短路）时，U→0，I→E/r（短路电流很大，危险）
当R=r时，电源输出功率最大 Pmax=E²/(4r)

✏️ 练习巩固

💡 提示：每道题作答后会立即显示解析，请认真思考后再作答

第 1 题 ★☆☆ 基础

关于电源电动势，下列说法正确的是？

A电动势表示电源将其他形式能转化为电能的本领

B电动势单位是安培

C电动势就是电压

D电动势与电源大小有关

第 2 题 ★☆☆ 基础

关于电流，下列说法正确的是？

A电流是矢量

B电流方向是正电荷实际运动方向

C电流是标量

D电流方向与电子运动方向相同

第 3 题 ★★☆ 巩固

关于电流的大小，下列说法正确的是？

A电流的方向就是电荷定向移动的方向

B电流的大小等于单位时间内通过导体横截面的电荷量

C电流是矢量

D电流方向与电子定向移动方向相同

第 4 题 ★★☆ 巩固

闭合电路欧姆定律的表达式为？

AI = (E−U)/R

BI = U/R

CI = E/(R+r)

DI = E/r

第 5 题 ★★★ 拓展

电路中路端电压随外电阻增大而怎样变化？

A无法确定

B减小

C增大

D不变

🧠 知识点问答

老师来考考你！下面的问题都来自本节课的知识点，看看你掌握了多少。每次点击"再考一次"题目顺序都会随机打乱哦！

🎉

课程完成！

恭喜你完成了「电源与电流」的学习！

📌 本节核心要点回顾：
① 电源将其他形式能转化为电能
② 电动势E=W/q，表示电源转化能量的本领
③ 电流形成条件：有自由电荷+有电压
④ 电流I=q/t，方向规定为正电荷移动方向
⑤ 闭合电路欧姆定律：I=E/(R+r)