21電源和電流

1、高中物理 選修31 1 1電源和電流電源和電流高中物理 選修31 雷鳴電閃時(shí)雷鳴電閃時(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間但它只能存在于一瞬間, ,而手電筒中的小燈泡卻能持續(xù)發(fā)光而手電筒中的小燈泡卻能持續(xù)發(fā)光, ,這這是為什么是為什么? ?高中物理 選修31-BA-A+_B_等勢(shì)體等勢(shì)體導(dǎo)體中自由電子的定向移動(dòng)使兩個(gè)帶電體成為等導(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)體勢(shì)體, ,達(dá)到靜電平衡，在這個(gè)過程中，導(dǎo)線達(dá)到靜電平衡，在這個(gè)過程中，導(dǎo)線R R中會(huì)中會(huì)產(chǎn)生一個(gè)產(chǎn)生一個(gè)瞬時(shí)電流瞬時(shí)電流。一、電源一、電源1、電流的形成、電流的形成：電

2、荷的定向移動(dòng)形成電流：電荷的定向移動(dòng)形成電流如何產(chǎn)生持續(xù)電流？如何產(chǎn)生持續(xù)電流？高中物理 選修31-+A A+_B B_P P-2 2、電源、電源（1 1）能把自由電子從正極搬到負(fù)極的裝置）能把自由電子從正極搬到負(fù)極的裝置. .（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),), 使電路有持續(xù)的電流使電路有持續(xù)的電流. .AB水池抽水機(jī)抽水機(jī)瞬時(shí)電壓產(chǎn)生瞬時(shí)電流，持續(xù)電壓產(chǎn)生持續(xù)電流。瞬時(shí)電壓產(chǎn)生瞬時(shí)電流，持續(xù)電壓產(chǎn)生持續(xù)電流。高中物理 選修31導(dǎo)體中產(chǎn)生電流的導(dǎo)體中產(chǎn)生電流的條件條件: : 內(nèi)部條件：有自由電荷；內(nèi)部條件：有自由電荷； 外部條件：外部條件：

3、導(dǎo)體導(dǎo)體兩端存在電勢(shì)差（電壓）兩端存在電勢(shì)差（電壓）有電壓有電壓 瞬時(shí)電壓產(chǎn)生瞬時(shí)電流，持續(xù)電壓產(chǎn)生持續(xù)電流。瞬時(shí)電壓產(chǎn)生瞬時(shí)電流，持續(xù)電壓產(chǎn)生持續(xù)電流。 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)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)體中的自由電荷在體中的自由電荷在電場(chǎng)力電場(chǎng)力的作用下發(fā)生定向移動(dòng)，的作用下發(fā)生定向移動(dòng)，形成電流形成電流 電源的作用是電源的作用是保持保持導(dǎo)體兩端的電壓，使導(dǎo)體中有導(dǎo)體兩端的電壓，使導(dǎo)體中有持續(xù)的電流持續(xù)的電流小結(jié)小結(jié)高中物理 選修31-+A+_B_P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MNE0FFnFt自由電子為什自由電子為什么

4、會(huì)在導(dǎo)線中么會(huì)在導(dǎo)線中定向移動(dòng)？定向移動(dòng)？二、恒定電流二、恒定電流高中物理 選修31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MNE0FFnFtMNE0E0E MNE導(dǎo)線內(nèi)導(dǎo)線內(nèi)很快形很快形成沿導(dǎo)成沿導(dǎo)線方向線方向的電場(chǎng)的電場(chǎng)導(dǎo)線內(nèi)的電場(chǎng)線保持和導(dǎo)線平行導(dǎo)線內(nèi)的電場(chǎng)線保持和導(dǎo)線平行高中物理 選修31 導(dǎo)線內(nèi)的電場(chǎng)，是由導(dǎo)線內(nèi)的電場(chǎng)，是由電源、導(dǎo)線等電路電源、導(dǎo)線等電路元件所積累的電荷共同形成的。元件所積累的電荷共同形成的。盡管這些電盡管這些電荷也在運(yùn)動(dòng)，但有的流走了，另外的又來補(bǔ)荷也在運(yùn)動(dòng)，但有的流走了，另外的又來補(bǔ)充，所以電荷的充，所以電荷的分布是穩(wěn)定分布是穩(wěn)定的，電場(chǎng)

5、的分布的，電場(chǎng)的分布也穩(wěn)定。由穩(wěn)定分布的電荷產(chǎn)生穩(wěn)定的電場(chǎng)也穩(wěn)定。由穩(wěn)定分布的電荷產(chǎn)生穩(wěn)定的電場(chǎng)稱為恒定電場(chǎng)稱為恒定電場(chǎng). .1、恒定電場(chǎng)、恒定電場(chǎng) 在恒定電場(chǎng)中，任何位置的電荷分布在恒定電場(chǎng)中，任何位置的電荷分布和電場(chǎng)強(qiáng)度都不隨時(shí)間變化，所以它的基和電場(chǎng)強(qiáng)度都不隨時(shí)間變化，所以它的基本性質(zhì)與靜電場(chǎng)相同。在靜電場(chǎng)中所講的本性質(zhì)與靜電場(chǎng)相同。在靜電場(chǎng)中所講的電勢(shì)電勢(shì)、電勢(shì)差及其與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系電勢(shì)差及其與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系等，等，在恒定電場(chǎng)中同樣適用。在恒定電場(chǎng)中同樣適用。高中物理 選修31恒定電場(chǎng)恒定電場(chǎng)電場(chǎng)強(qiáng)度不變電場(chǎng)強(qiáng)度不變自由電子在各個(gè)位置的定向運(yùn)動(dòng)平均速率也不變自由電子在各個(gè)位置的定向運(yùn)動(dòng)

6、平均速率也不變串一個(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) )2、恒定電流：大小和方向都不隨時(shí)間變化的電流、恒定電流：大小和方向都不隨時(shí)間變化的電流高中物理 選修31tqI 3、電流：電流：（1） 定義：定義：物理上把通過導(dǎo)體橫截面的電荷物理上把通過導(dǎo)體橫截面的電荷量量q跟通過這些電荷量所用的時(shí)間跟通過這些電荷量所用的時(shí)間t的比值，稱的比值，稱為電流為電流 ，用用“I”表示表示 （2） 定義式：定義式： （4） 方向：正電荷定向移動(dòng)的方向方向：正電荷定向移動(dòng)的方向 金屬導(dǎo)體中電流的方向與自由電子定金屬導(dǎo)體中電流的方向與自由電子定向移動(dòng)的方向相反。向移動(dòng)的方向相反。

7、 （3） 單位：安培單位：安培 A 其他單位其他單位 mA ，A高中物理 選修31例例1 某電解池，如果在某電解池，如果在1s中內(nèi)共有中內(nèi)共有5.01018個(gè)二個(gè)二 價(jià)正離子和價(jià)正離子和1.01019個(gè)一價(jià)負(fù)離子通過某橫截個(gè)一價(jià)負(fù)離子通過某橫截面，那么通過這個(gè)橫截面的電流強(qiáng)度是多大？面，那么通過這個(gè)橫截面的電流強(qiáng)度是多大？答案：答案：3.2A（1）電流為標(biāo)量電流為標(biāo)量，電流雖有方向但是標(biāo)量，電流雖有方向但是標(biāo)量（2）電解液中正負(fù)離子定向移動(dòng)的方向雖然相）電解液中正負(fù)離子定向移動(dòng)的方向雖然相反，但正、負(fù)離子定向移動(dòng)反，但正、負(fù)離子定向移動(dòng)形成的電流方向是形成的電流方向是相同相同的，所以公式中的的

8、，所以公式中的q應(yīng)為正電荷總電荷量和應(yīng)為正電荷總電荷量和負(fù)電荷總電荷量的負(fù)電荷總電荷量的絕對(duì)值之和絕對(duì)值之和。 高中物理 選修31vtvsv例例2.2.有一條橫截面積有一條橫截面積S=1mmS=1mm2 2 的銅導(dǎo)線，通過的電流的銅導(dǎo)線，通過的電流I=1A .I=1A .已知銅的密度已知銅的密度=8.9=8.910103 3 kg/m kg/m3 3 ，銅的摩爾，銅的摩爾質(zhì)量質(zhì)量M=6.4M=6.41010-2 -2 kg/mol kg/mol，阿伏加德羅常數(shù)，阿伏加德羅常數(shù)N NA A=6.02=6.0210102323molmol-1-1，電子的電量，電子的電量e=-1.6 e=-1.6

9、10 10 -19-19 C C 。在這個(gè)問題中可以認(rèn)為導(dǎo)線中每個(gè)銅原子貢獻(xiàn)一。在這個(gè)問題中可以認(rèn)為導(dǎo)線中每個(gè)銅原子貢獻(xiàn)一個(gè)自由電子。求個(gè)自由電子。求: :銅導(dǎo)線中自由電子定向移動(dòng)的速率。銅導(dǎo)線中自由電子定向移動(dòng)的速率。AIMvSN e57.5 10/m s答案：高中物理 選修31思考題思考題 如果認(rèn)為電子的定向移動(dòng)速率為如果認(rèn)為電子的定向移動(dòng)速率為v=7.5v=7.51010-5-5m/s,m/s,自由電子通過自由電子通過1m1m長的導(dǎo)長的導(dǎo)線需要線需要3 3個(gè)多小時(shí)！這與我們平時(shí)開關(guān)個(gè)多小時(shí)！這與我們平時(shí)開關(guān)電燈的生活經(jīng)驗(yàn)似乎不符。怎樣解釋？電燈的生活經(jīng)驗(yàn)似乎不符。怎樣解釋？高中物理 選修

10、31 三種速度的區(qū)別三種速度的區(qū)別（1）電流的傳導(dǎo)速率等于光速，電路一接通，導(dǎo)體中）電流的傳導(dǎo)速率等于光速，電路一接通，導(dǎo)體中所有的自由電子立即受到電場(chǎng)力作用而定向移動(dòng)形成所有的自由電子立即受到電場(chǎng)力作用而定向移動(dòng)形成電流。（對(duì)整體而言）電流。（對(duì)整體而言）（2）電子定向移動(dòng)速率，其大小與電流有關(guān)，）電子定向移動(dòng)速率，其大小與電流有關(guān)， 約約為為10-5m/s的數(shù)量級(jí)。的數(shù)量級(jí)。（3）電子熱運(yùn)動(dòng)速率，任何微觀粒子都做無規(guī)則運(yùn)）電子熱運(yùn)動(dòng)速率，任何微觀粒子都做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，約為每秒動(dòng)，約為每秒105m/s。高中物理 選修31三、電流的微觀表達(dá)式 一段粗細(xì)均勻的導(dǎo)體長為一段粗細(xì)均勻的導(dǎo)體長為l,兩端

11、加一定的電壓，兩端加一定的電壓，自由電荷定向移動(dòng)的速率為自由電荷定向移動(dòng)的速率為v,設(shè)導(dǎo)體的橫截面積為設(shè)導(dǎo)體的橫截面積為s，導(dǎo)體每單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)為導(dǎo)體每單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)為n，每個(gè)自由電，每個(gè)自由電荷量為荷量為q。試推導(dǎo)這段導(dǎo)體中的電流。試推導(dǎo)這段導(dǎo)體中的電流I的表達(dá)式。的表達(dá)式。-AB總電量總電量電荷總數(shù)電荷總數(shù)nqSvnlSql/vNqtQIl/v高中物理 選修311、形成電流的條件：導(dǎo)體兩端存在電壓、形成電流的條件：導(dǎo)體兩端存在電壓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、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)線平行導(dǎo)線內(nèi)的電場(chǎng)線保持和導(dǎo)線平行

12、. (恒定電場(chǎng)恒定電場(chǎng))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、電流、電流:表示電流的強(qiáng)弱程度的物理量表示電流的強(qiáng)弱程度的物理量. （1）定義式）定義式 I=q / t （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)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)自由電荷的電量高中物理 選修31再見！再見！高中物理 選修31-BA-A+_B_等勢(shì)體等勢(shì)體導(dǎo)體中產(chǎn)生電流的導(dǎo)體中產(chǎn)生電流的條件條件:

13、:導(dǎo)體兩端存在電勢(shì)差導(dǎo)體兩端存在電勢(shì)差A(yù)B水池導(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)體體, ,達(dá)到靜電平衡，導(dǎo)線達(dá)到靜電平衡，導(dǎo)線R R中會(huì)產(chǎn)生一個(gè)瞬時(shí)電流中會(huì)產(chǎn)生一個(gè)瞬時(shí)電流抽水機(jī)抽水機(jī)高中物理 選修31-BA-A+_B_等勢(shì)體等勢(shì)體AB水池導(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)體體, ,達(dá)到靜電平衡，導(dǎo)線達(dá)到靜電平衡，導(dǎo)線R R中會(huì)產(chǎn)生一個(gè)瞬時(shí)電流中會(huì)產(chǎn)生一個(gè)瞬時(shí)電流抽水機(jī)抽水機(jī)高中物理 選修31一、電源一、電源導(dǎo)體中的自由電荷在電場(chǎng)力的作用下發(fā)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

14、成電流生定向移動(dòng)形成電流. (瞬時(shí)電流瞬時(shí)電流) 1、電流的形成、電流的形成高中物理 選修312 2、持續(xù)電流的形成、持續(xù)電流的形成倘若在倘若在A,BA,B之間連接一個(gè)裝置之間連接一個(gè)裝置P,P,作用是不斷地作用是不斷地把電子從把電子從A A搬運(yùn)到搬運(yùn)到B B，使，使ABAB之間始終存在一定的之間始終存在一定的電場(chǎng)，從而保持持續(xù)電流。電場(chǎng)，從而保持持續(xù)電流。裝置P電源高中物理 選修31 我們?cè)谏弦徽轮性?jīng)得出結(jié)論我們?cè)谏弦徽轮性?jīng)得出結(jié)論: :在靜電平衡時(shí)在靜電平衡時(shí), ,導(dǎo)體內(nèi)部的場(chǎng)強(qiáng)為零導(dǎo)體內(nèi)部的場(chǎng)強(qiáng)為零, ,導(dǎo)體上任意兩點(diǎn)之間的電勢(shì)差為零導(dǎo)體上任意兩點(diǎn)之間的電勢(shì)差為零( (等勢(shì)體等勢(shì)體)

15、.).這與我們現(xiàn)在的說法有矛這與我們現(xiàn)在的說法有矛盾嗎盾嗎? ?為什么為什么? ?思考題思考題電子定向移動(dòng)的速度與電場(chǎng)強(qiáng)度有關(guān)，電場(chǎng)強(qiáng)度與電壓有關(guān)！電子定向移動(dòng)的速度與電場(chǎng)強(qiáng)度有關(guān)，電場(chǎng)強(qiáng)度與電壓有關(guān)！如果增加電流是通過增加電壓實(shí)現(xiàn)的，那么電子速度會(huì)增加。如果增加電流是通過增加電壓實(shí)現(xiàn)的，那么電子速度會(huì)增加。 高中物理 選修31恒定電場(chǎng)恒定電場(chǎng)電場(chǎng)強(qiáng)度不變電場(chǎng)強(qiáng)度不變自由電子在各個(gè)位置的定向運(yùn)動(dòng)速率也不變自由電子在各個(gè)位置的定向運(yùn)動(dòng)速率也不變串一個(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) )高中物理 選修31例例1 某電解池，如果在某電解池，如果在1s中內(nèi)共有中內(nèi)共有5.01018個(gè)二個(gè)二 價(jià)正離子和價(jià)正離子和1.01019個(gè)一價(jià)負(fù)離子通過某橫截個(gè)一價(jià)負(fù)離子通過某橫截面，那么通過這個(gè)橫截面的電流強(qiáng)度是多大？面，那么通過這個(gè)橫截面的電流強(qiáng)度是多大？答案：答案：3.2A（1）電流為標(biāo)量電流為標(biāo)量，電流雖有方向但是標(biāo)量，電流雖有方向但是標(biāo)量（2）電解液中正負(fù)離子定向移動(dòng)方向雖然相反，）電解液中正負(fù)離子定向移動(dòng)方向雖然相反，但正、負(fù)離子定向移動(dòng)但正