物理選修3-1電源和電流課件

1、 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? ?-BA-A+_B_等勢(shì)體等勢(shì)體即導(dǎo)體中產(chǎn)生電流的即導(dǎo)體中產(chǎn)生電流的條件條件: :導(dǎo)體兩端存在電勢(shì)差導(dǎo)體兩端存在電勢(shì)差導(dǎo)體中自由電子在電場(chǎng)力的作用下發(fā)生定向移動(dòng)形成導(dǎo)體中自由電子在電場(chǎng)力的作用下發(fā)生定向移動(dòng)形成電流，電流，B B失去電子，失去電子，A A得到電子，周?chē)妶?chǎng)迅速減弱，得到電子，周?chē)妶?chǎng)迅速減弱，A A 、B B之之間的電勢(shì)差很快消失，兩導(dǎo)體成為一個(gè)等勢(shì)體

2、，達(dá)到靜間的電勢(shì)差很快消失，兩導(dǎo)體成為一個(gè)等勢(shì)體，達(dá)到靜電平衡，電子不再定向移動(dòng)，電流消失電平衡，電子不再定向移動(dòng)，電流消失 -瞬時(shí)電流類(lèi)比法理解電源的作用：類(lèi)比法理解電源的作用： 水池水池A、B的水面有一定的高度差，的水面有一定的高度差，若在若在A、B之間用一細(xì)管連起來(lái)，則水之間用一細(xì)管連起來(lái)，則水在重力的作用下定向移動(dòng)，從在重力的作用下定向移動(dòng)，從A到到B，但但A、B的高度差很快消失，水管中只的高度差很快消失，水管中只可能有有一個(gè)瞬間水流可能有有一個(gè)瞬間水流AB水池抽水機(jī)抽水機(jī)水管如何讓水管中有源源不斷的水流呢如何讓水管中有源源不斷的水流呢在在A、B間安一抽水機(jī)，將間安一抽水機(jī)，將B池中的

3、水及時(shí)抽到池中的水及時(shí)抽到A中，使水池中，使水池A中中的水量得以及時(shí)補(bǔ)充，保持它們之間的高度差，從而使水管中的水量得以及時(shí)補(bǔ)充，保持它們之間的高度差，從而使水管中有源源不斷的水流。有源源不斷的水流。2 2、持續(xù)電流的形成、持續(xù)電流的形成裝置P電源倘若在倘若在A,B之間連接一個(gè)裝置之間連接一個(gè)裝置P,作用是不斷地把電子作用是不斷地把電子從從A搬運(yùn)到搬運(yùn)到B，使，使AB之間始終存在一定的電場(chǎng)，從而之間始終存在一定的電場(chǎng)，從而保持持續(xù)電流。保持持續(xù)電流。-+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

4、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. . 形成電流的條件：形成電流的條件： （1 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 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，使導(dǎo)體中有導(dǎo)體中有持續(xù)持續(xù)的電流的電流-+A+_B_P假設(shè)在電源正、負(fù)假設(shè)

5、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三、導(dǎo)線中的電場(chǎng)三、導(dǎo)線中的電場(chǎng)-+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MNE0FFnFtMNE0E0E MNE導(dǎo)線內(nèi)很快導(dǎo)線內(nèi)很快形成沿導(dǎo)線形成沿導(dǎo)線方向的電場(chǎng)方向的電場(chǎng)三、恒定電場(chǎng)三、恒定電場(chǎng)導(dǎo)體內(nèi)的電場(chǎng)線保持和導(dǎo)線平行導(dǎo)體內(nèi)的電場(chǎng)線保持和導(dǎo)線平行 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: :在在靜電平衡靜電平衡時(shí)時(shí), ,導(dǎo)體內(nèi)部的導(dǎo)體內(nèi)部的場(chǎng)強(qiáng)為零場(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). ).這與我們現(xiàn)在的說(shuō)法有矛這與

6、我們現(xiàn)在的說(shuō)法有矛盾嗎盾嗎? ?為什么為什么? ?思考題思考題 導(dǎo)線內(nèi)的電場(chǎng)，是由電源、導(dǎo)線導(dǎo)線內(nèi)的電場(chǎng)，是由電源、導(dǎo)線等電路元件所積累的電荷共同形等電路元件所積累的電荷共同形成的。盡管這些電荷也在運(yùn)動(dòng)，成的。盡管這些電荷也在運(yùn)動(dòng)，但但有的流走了，另外的又來(lái)補(bǔ)充有的流走了，另外的又來(lái)補(bǔ)充，所以電荷的分布是穩(wěn)定的，電場(chǎng)所以電荷的分布是穩(wěn)定的，電場(chǎng)的分布也穩(wěn)定。的分布也穩(wěn)定。-恒定電場(chǎng)恒定電場(chǎng) 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)生的的穩(wěn)定穩(wěn)定的電場(chǎng)稱(chēng)為恒定電的電場(chǎng)稱(chēng)為恒定電場(chǎng)場(chǎng). .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)自由電子在各個(gè)位置的定向運(yùn)

7、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(chēng)為恒的電流稱(chēng)為恒定電流定電流. . 2 2、電流、電流( (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 / 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

8、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 （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

9、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； 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。 課堂訓(xùn)練課堂訓(xùn)練1A1A2A2A3 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

10、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 vt vt 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 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

11、 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=(VtS)nq Q=(VtS)nq 所形成的電流為所形成的電流為: : I I=Q/t=nqSV=Q/t=nqSV 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

12、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)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思考題思考題 按照以上例題得出的速率，自由電子按照以上例題得出的速率，自由電子通過(guò)一條通過(guò)一條1m長(zhǎng)的導(dǎo)線需要長(zhǎng)的導(dǎo)線需要3個(gè)小時(shí)，這個(gè)小時(shí)，這與我們平時(shí)開(kāi)關(guān)燈的事實(shí)似乎不符，怎與我們平時(shí)開(kāi)關(guān)燈的事實(shí)似乎不符，怎樣解釋?zhuān)繕咏忉專(zhuān)?三種速度的區(qū)別三種速度的區(qū)別（1）電流傳導(dǎo)速率等于光速，電路一接通，導(dǎo)體中的電子立即）電流傳導(dǎo)速率等于

13、光速，電路一接通，導(dǎo)體中的電子立即 受到電場(chǎng)力作用而定向移動(dòng)形成電流。（對(duì)整體而言）受到電場(chǎng)力作用而定向移動(dòng)形成電流。（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)，一般每秒為）電子定向移動(dòng)速率，其大小與電流有關(guān)，一般每秒為10-2 -10-3m的數(shù)量級(jí)。的數(shù)量級(jí)。（對(duì)每個(gè)電子而言）（對(duì)每個(gè)電子而言）（3）電子熱運(yùn)動(dòng)速率，任何微觀粒子都做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，其速度與）電子熱運(yùn)動(dòng)速率，任何微觀粒子都做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，其速度與 溫度有關(guān)，通常情況為每秒幾百米。溫度有關(guān)，通常情況為每秒幾百米。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)