2-1電源和電流

1、第二章第二章 恒定電流恒定電流高中物理選修高中物理選修3131科學(xué)是如此迷人2.1 2.1 電源和電流電源和電流第二章第二章 恒定電流恒定電流高中物理選修高中物理選修3131科學(xué)是如此迷人 電閃雷鳴時(shí)電閃雷鳴時(shí), ,強(qiáng)大的電流使天空發(fā)強(qiáng)大的電流使天空發(fā)出耀眼的閃光出耀眼的閃光, ,但它只能存在于一瞬但它只能存在于一瞬間間, ,而手電筒中的小燈泡卻能持續(xù)發(fā)而手電筒中的小燈泡卻能持續(xù)發(fā)光光, ,這是為什么這是為什么? ?第二章第二章 恒定電流恒定電流高中物理選修高中物理選修3131科學(xué)是如此迷人一、電流的形成一、電流的形成1 1電流：電流：電荷的熱運(yùn)動(dòng)，從宏觀上看，不能電荷的熱運(yùn)動(dòng)，從宏觀上看，不

2、能形成電流形成電流 電荷的定向移動(dòng)形成電流電荷的定向移動(dòng)形成電流第二章第二章 恒定電流恒定電流高中物理選修高中物理選修3131科學(xué)是如此迷人-BA-A+_B_等勢(shì)體等勢(shì)體用導(dǎo)線連接兩個(gè)分別帶正負(fù)電荷的導(dǎo)體，導(dǎo)線中有用導(dǎo)線連接兩個(gè)分別帶正負(fù)電荷的導(dǎo)體，導(dǎo)線中有沒(méi)有電流通過(guò)？為什么？如果有，這個(gè)電流能持續(xù)沒(méi)有電流通過(guò)？為什么？如果有，這個(gè)電流能持續(xù)下去嗎？下去嗎？導(dǎo)體中自由電子的定向移導(dǎo)體中自由電子的定向移動(dòng)使兩個(gè)帶電體成為等勢(shì)動(dòng)使兩個(gè)帶電體成為等勢(shì)體，達(dá)到靜電平衡，導(dǎo)線體，達(dá)到靜電平衡，導(dǎo)線R R 中會(huì)產(chǎn)生一個(gè)中會(huì)產(chǎn)生一個(gè)瞬時(shí)瞬時(shí)電流電流導(dǎo)體中產(chǎn)生電流導(dǎo)體中產(chǎn)生電流的條件的條件: :導(dǎo)體兩端導(dǎo)體

3、兩端存在存在電勢(shì)差電勢(shì)差第二章第二章 恒定電流恒定電流高中物理選修高中物理選修3131科學(xué)是如此迷人AB水池抽水機(jī)抽水機(jī)如圖，水池如圖，水池A A、B B的水面有一定的高度差，若的水面有一定的高度差，若A A、B B之間用一細(xì)管連起來(lái)，則水在重力的作用下定之間用一細(xì)管連起來(lái)，則水在重力的作用下定向移動(dòng)，從水池向移動(dòng)，從水池 A A流向水池流向水池B B。 A A、B B之間的高之間的高度差很快消失，在這種情況下，水管中只可能度差很快消失，在這種情況下，水管中只可能有一個(gè)有一個(gè)瞬間瞬間的水流。的水流。問(wèn)題導(dǎo)引：怎樣才能在水管中有源源不斷的水流呢？問(wèn)題導(dǎo)引：怎樣才能在水管中有源源不斷的水流呢？水池

4、水池A中的水量要及時(shí)中的水量要及時(shí) 補(bǔ)補(bǔ)充才行?？蓪⒊洳判小？蓪中的水及時(shí)中的水及時(shí) 抽到抽到B，保持水池，保持水池A、B的的水面有一定的水面有一定的高度差高度差第二章第二章 恒定電流恒定電流高中物理選修高中物理選修3131科學(xué)是如此迷人-BA-A+_B_如果在如果在AB之間接上一個(gè)裝置之間接上一個(gè)裝置P，它能把經(jīng)過(guò)，它能把經(jīng)過(guò)R流到流到A的電子取走，的電子取走，補(bǔ)充給補(bǔ)充給B，使，使AB始終保持一定數(shù)量的正、負(fù)電荷，情況會(huì)怎樣始終保持一定數(shù)量的正、負(fù)電荷，情況會(huì)怎樣呢？呢？-+A+_B_P-導(dǎo)體中自由電子的定向?qū)w中自由電子的定向移動(dòng)使兩個(gè)帶電體成為移動(dòng)使兩個(gè)帶電體成為等勢(shì)體，達(dá)到靜電平衡

5、，等勢(shì)體，達(dá)到靜電平衡，導(dǎo)線導(dǎo)線R 中會(huì)產(chǎn)生一個(gè)瞬中會(huì)產(chǎn)生一個(gè)瞬時(shí)電流時(shí)電流能保持能保持導(dǎo)體兩端的導(dǎo)體兩端的電勢(shì)差電勢(shì)差(電壓電壓),使電使電路有路有持續(xù)持續(xù)的電流的電流.第二章第二章 恒定電流恒定電流高中物理選修高中物理選修3131科學(xué)是如此迷人-+A+_B_P-二、電源1. 1.能把自由電子從能把自由電子從正極正極搬到搬到負(fù)極負(fù)極的裝置的裝置. .2.2.作用作用: :保持保持導(dǎo)體兩端的電勢(shì)差導(dǎo)體兩端的電勢(shì)差( (電壓電壓), ),使電使電路有路有持續(xù)持續(xù)的電流的電流. .第二章第二章 恒定電流恒定電流高中物理選修高中物理選修3131科學(xué)是如此迷人 形成電流的條件：形成電流的條件： （1

6、1）存在）存在自由電荷自由電荷金屬導(dǎo)體金屬導(dǎo)體自由電子自由電子 電解液電解液正、負(fù)離子正、負(fù)離子（2 2）導(dǎo)體兩端存在）導(dǎo)體兩端存在電壓電壓 當(dāng)導(dǎo)體兩端存在電壓時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)建立當(dāng)導(dǎo)體兩端存在電壓時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)建立了電場(chǎng)，導(dǎo)體中的自由電荷在電場(chǎng)力的作了電場(chǎng)，導(dǎo)體中的自由電荷在電場(chǎng)力的作用下發(fā)生定向移動(dòng)，形成電流用下發(fā)生定向移動(dòng)，形成電流第二章第二章 恒定電流恒定電流高中物理選修高中物理選修3131科學(xué)是如此迷人 電源的作用是電源的作用是保持保持導(dǎo)體兩端的導(dǎo)體兩端的電壓電壓，使導(dǎo)，使導(dǎo)體中有體中有持續(xù)持續(xù)的電流的電流AB假設(shè)在電源正、負(fù)假設(shè)在電源正、負(fù)極之間連一根導(dǎo)線極之間連一根導(dǎo)線 導(dǎo)體導(dǎo)體A A、B

7、 B間存在電場(chǎng)，間存在電場(chǎng)，有電勢(shì)差。有電勢(shì)差。 導(dǎo)線中的自由電子在靜電導(dǎo)線中的自由電子在靜電力作用下由力作用下由B B向向A A移動(dòng)，最移動(dòng)，最后使后使A A、B B成為一個(gè)等勢(shì)成為一個(gè)等勢(shì)體。體。有有瞬時(shí)電流瞬時(shí)電流。 要使電路中有持續(xù)電要使電路中有持續(xù)電流，應(yīng)怎辦？流，應(yīng)怎辦？ 可在可在A A、B B間接一間接一電源電源P P，把電子從把電子從A A搬運(yùn)到搬運(yùn)到B B。有了電源，電路中產(chǎn)生的電流有了電源，電路中產(chǎn)生的電流大小是大小是恒定恒定的還是的還是變化變化的？的？第二章第二章 恒定電流恒定電流高中物理選修高中物理選修3131科學(xué)是如此迷人 導(dǎo)線內(nèi)的電場(chǎng)，是由電源、導(dǎo)線內(nèi)的電場(chǎng)，是由電

8、源、導(dǎo)線導(dǎo)線 等電路元件所積累的電等電路元件所積累的電荷共同形成的。盡管這些電荷荷共同形成的。盡管這些電荷也在運(yùn)動(dòng)，但也在運(yùn)動(dòng)，但有的流走了，另有的流走了，另外的又來(lái)補(bǔ)充外的又來(lái)補(bǔ)充，所以電荷的分，所以電荷的分布是穩(wěn)定的，電場(chǎng)的分布也穩(wěn)布是穩(wěn)定的，電場(chǎng)的分布也穩(wěn)定。定。-恒定電場(chǎng)恒定電場(chǎng)第二章第二章 恒定電流恒定電流高中物理選修高中物理選修3131科學(xué)是如此迷人 恒定電場(chǎng)恒定電場(chǎng) 由由穩(wěn)定分布穩(wěn)定分布的電荷產(chǎn)生的電荷產(chǎn)生穩(wěn)定穩(wěn)定的電場(chǎng)稱為恒定電場(chǎng)的電場(chǎng)稱為恒定電場(chǎng). .第二章第二章 恒定電流恒定電流高中物理選修高中物理選修3131科學(xué)是如此迷人恒定電場(chǎng)恒定電場(chǎng)電場(chǎng)強(qiáng)度不變電場(chǎng)強(qiáng)度不變自由電子在

9、各個(gè)位置的定向運(yùn)動(dòng)自由電子在各個(gè)位置的定向運(yùn)動(dòng)速率速率也不變也不變串一個(gè)電流表串一個(gè)電流表, ,讀數(shù)不會(huì)變讀數(shù)不會(huì)變恒定電流恒定電流第二章第二章 恒定電流恒定電流高中物理選修高中物理選修3131科學(xué)是如此迷人四、恒定電流四、恒定電流 1 1、大小方向都、大小方向都不隨時(shí)間變化不隨時(shí)間變化的電流稱為恒的電流稱為恒定電流定電流. . 2 2、電流強(qiáng)度、電流強(qiáng)度( (I I): ):表示電流的強(qiáng)弱程度表示電流的強(qiáng)弱程度. . 定義定義: :通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電量通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電量q q跟通過(guò)這些電跟通過(guò)這些電量所用時(shí)間量所用時(shí)間t t的比值叫做電流的比值叫做電流 . . 公式公式: :I I= q

10、/ t= q / t 單位單位: :國(guó)際單位國(guó)際單位 安培安培(A) 1A=1C/s(A) 1A=1C/s 常用單位：毫安（常用單位：毫安（mAmA）、微安（）、微安（AA） 方向方向: :正電荷定向移動(dòng)的方向正電荷定向移動(dòng)的方向 第二章第二章 恒定電流恒定電流高中物理選修高中物理選修3131科學(xué)是如此迷人（1 1）適用于）適用于任何電荷任何電荷的定向移動(dòng)形成的電流。的定向移動(dòng)形成的電流。（2 2）在）在金屬導(dǎo)體金屬導(dǎo)體中，電流方向與中，電流方向與自由電荷（電自由電荷（電子）子）的定向移動(dòng)方向的定向移動(dòng)方向相反相反；（3 3）在）在電解液中電解液中，電流方向與正離子定向移動(dòng)，電流方向與正離子定

11、向移動(dòng)方向方向相同，與相同，與負(fù)離子負(fù)離子走向移動(dòng)方向走向移動(dòng)方向相反相反導(dǎo)電導(dǎo)電時(shí)，是正負(fù)離子向相反方向定向移動(dòng)形成電流，時(shí)，是正負(fù)離子向相反方向定向移動(dòng)形成電流，電量電量q q表示通過(guò)截面的正、負(fù)離子表示通過(guò)截面的正、負(fù)離子電量電量絕對(duì)值絕對(duì)值之和之和。注意注意第二章第二章 恒定電流恒定電流高中物理選修高中物理選修3131科學(xué)是如此迷人1 1、在金屬導(dǎo)體中，若、在金屬導(dǎo)體中，若10s10s內(nèi)通過(guò)橫截面的電量?jī)?nèi)通過(guò)橫截面的電量為為10C10C，則導(dǎo)體中的電流為，則導(dǎo)體中的電流為_(kāi)A_A； 1A1A 2 2、某電解槽橫截面積為、某電解槽橫截面積為0.5m0.5m2 2，若，若10s10s內(nèi)沿相

12、反內(nèi)沿相反方向通過(guò)橫截面的正負(fù)離子的電量均為方向通過(guò)橫截面的正負(fù)離子的電量均為10C10C，則電解液中的電流為則電解液中的電流為_(kāi)A_A 2A2A 課堂訓(xùn)練課堂訓(xùn)練第二章第二章 恒定電流恒定電流高中物理選修高中物理選修3131科學(xué)是如此迷人3 3決定電流大小的微觀量決定電流大小的微觀量 在加有電壓的一段粗細(xì)均勻的導(dǎo)體在加有電壓的一段粗細(xì)均勻的導(dǎo)體ADAD上選取兩個(gè)上選取兩個(gè)截面截面B B和和C C，設(shè)導(dǎo)體的橫截面積為，設(shè)導(dǎo)體的橫截面積為S S導(dǎo)體每單位體積導(dǎo)體每單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)為內(nèi)的自由電荷數(shù)為n n，每個(gè)電荷的電荷量為，每個(gè)電荷的電荷量為q q，電荷，電荷的定向移動(dòng)速率為的定向移動(dòng)速率

13、為v v 則在時(shí)間則在時(shí)間t t內(nèi)處于相距為內(nèi)處于相距為 vtvt 的兩截面的兩截面B B、C C間的所有間的所有自由電荷將通過(guò)截面自由電荷將通過(guò)截面C C 第二章第二章 恒定電流恒定電流高中物理選修高中物理選修3131科學(xué)是如此迷人已知：已知：n n為單位體積為單位體積內(nèi)的自由電荷的個(gè)數(shù)，內(nèi)的自由電荷的個(gè)數(shù)，S S為導(dǎo)線的橫截面積，為導(dǎo)線的橫截面積，v v為自由電荷的為自由電荷的定向移動(dòng)速率定向移動(dòng)速率 . . 在時(shí)間在時(shí)間t t內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體某截面的電量為內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體某截面的電量為: : Q=( Q=(VtS)nqVtS)nq 所形成的電流為所形成的電流為: : I I=Q/t=Q/t=nqSV

14、nqSV 第二章第二章 恒定電流恒定電流高中物理選修高中物理選修3131科學(xué)是如此迷人例題例題: :有一條橫截面積有一條橫截面積S=1mmS=1mm2 2的銅導(dǎo)線的銅導(dǎo)線, ,通過(guò)的電通過(guò)的電流流I I=1A,=1A,已知銅的密度已知銅的密度=8.9=8.910103 3kg/mkg/m3 3, ,銅的摩銅的摩爾質(zhì)量爾質(zhì)量M=6.4M=6.41010-2-2kg/mol,kg/mol,阿伏加德羅常數(shù)阿伏加德羅常數(shù)NNA A=6.02=6.0210102323molmol-1 -1, ,電子的電量電子的電量e=-1.6e=-1.61010-19-19C,C,求銅導(dǎo)線中自由電子定向移動(dòng)的速率求銅導(dǎo)

15、線中自由電子定向移動(dòng)的速率. .可認(rèn)為銅可認(rèn)為銅導(dǎo)線中平均每個(gè)銅原子貢獻(xiàn)一個(gè)自由電子導(dǎo)線中平均每個(gè)銅原子貢獻(xiàn)一個(gè)自由電子. .vtvsvAIMvSN e57.5 10/m s第二章第二章 恒定電流恒定電流高中物理選修高中物理選修3131科學(xué)是如此迷人思考題思考題 如果認(rèn)為電子的定向運(yùn)動(dòng)速率就如果認(rèn)為電子的定向運(yùn)動(dòng)速率就是電流的傳導(dǎo)速率，和我們的生活是電流的傳導(dǎo)速率，和我們的生活經(jīng)驗(yàn)是否相符？怎樣解釋？經(jīng)驗(yàn)是否相符？怎樣解釋？ 電子定向移動(dòng)的速率約電子定向移動(dòng)的速率約10 10 -5-5 m/sm/s， 電子熱運(yùn)動(dòng)的平均速率電子熱運(yùn)動(dòng)的平均速率10 10 5 5 m/sm/s， 電場(chǎng)的傳播速率電

16、場(chǎng)的傳播速率3 310 10 8 8 m/sm/s. .第二章第二章 恒定電流恒定電流高中物理選修高中物理選修3131科學(xué)是如此迷人1 1、形成電流的條件：、形成電流的條件： （1 1）存在自由電荷（）存在自由電荷（2 2）導(dǎo)體兩端存在電壓）導(dǎo)體兩端存在電壓2 2、電源的作用：提供持續(xù)的電壓、電源的作用：提供持續(xù)的電壓3 3、導(dǎo)線中的電場(chǎng)、導(dǎo)線中的電場(chǎng): :導(dǎo)線內(nèi)的電場(chǎng)線保持和導(dǎo)線平導(dǎo)線內(nèi)的電場(chǎng)線保持和導(dǎo)線平行行.( .(恒定電場(chǎng)恒定電場(chǎng)) )4 4、恒定電流、恒定電流: :大小方向都不隨時(shí)間變化的電流大小方向都不隨時(shí)間變化的電流. .5 5、電流、電流: :表示電流的強(qiáng)弱程度的物理量表示電流

17、的強(qiáng)弱程度的物理量. . （1 1）定義式）定義式 I I=q / t=q / t （2 2）金屬導(dǎo)體中電流的計(jì)算式）金屬導(dǎo)體中電流的計(jì)算式小結(jié):nqsvI n n 為單位體積內(nèi)自由電荷數(shù)目，為單位體積內(nèi)自由電荷數(shù)目，S S 為導(dǎo)體橫截面積，為導(dǎo)體橫截面積，v v為電荷定向移動(dòng)速率為電荷定向移動(dòng)速率 q q為每個(gè)自由電荷的電量為每個(gè)自由電荷的電量第二章第二章 恒定電流恒定電流高中物理選修高中物理選修3131科學(xué)是如此迷人課堂訓(xùn)練課堂訓(xùn)練3 3、關(guān)于電流的方向，下列敘述中正確的是、關(guān)于電流的方向，下列敘述中正確的是A A金屬導(dǎo)體中電流的方向就是自由電子定金屬導(dǎo)體中電流的方向就是自由電子定向移動(dòng)的

18、方向向移動(dòng)的方向B B在電解質(zhì)溶液中有自由的正離子和負(fù)離在電解質(zhì)溶液中有自由的正離子和負(fù)離子，電流方向不能確定子，電流方向不能確定C C不論何種導(dǎo)體，電流的方向規(guī)定為正電不論何種導(dǎo)體，電流的方向規(guī)定為正電荷定向移動(dòng)的方向荷定向移動(dòng)的方向D D電流的方向有時(shí)與正電荷定向移動(dòng)的方電流的方向有時(shí)與正電荷定向移動(dòng)的方向相同，有時(shí)與負(fù)電荷定向移動(dòng)的方向相向相同，有時(shí)與負(fù)電荷定向移動(dòng)的方向相同同C C第二章第二章 恒定電流恒定電流高中物理選修高中物理選修3131科學(xué)是如此迷人課堂訓(xùn)練課堂訓(xùn)練4 4、某電解質(zhì)溶液，如果在、某電解質(zhì)溶液，如果在1 s1 s內(nèi)共有內(nèi)共有5.05.010101818個(gè)二價(jià)正離子和個(gè)二價(jià)正離子和1.01.01