電源和電流精品課件

1、1 電源和電流,第二章 恒定電流,新課標(biāo)高中物理選修31,1、了解電源的形成過(guò)程，明確電源在直流電路中的作用。 2、理解導(dǎo)線中恒定電場(chǎng)的建立，掌握恒定電場(chǎng)和恒定電流的形成過(guò)程。 3、知道描述電流強(qiáng)弱的物理量電流。,_,等勢(shì)體,問(wèn)題：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)下去嗎？,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，達(dá)到靜電平衡，導(dǎo)線R中會(huì)產(chǎn)生一個(gè)瞬時(shí)電流,A得到電子，B失去電子，周?chē)妶?chǎng)迅速減弱。,問(wèn)題：怎樣才能形成持續(xù)的電流呢？,抽水機(jī),如圖，水池A、B的水面有一定的高度差，若A、B之間用一個(gè)細(xì)管連起來(lái)，則水在重力的作用下定向移動(dòng)

2、，從水池A流向水池B。A、B之間的高度差很快消失，在這種情況下，水管中只可能有一個(gè)瞬間的水流。,怎樣才能使水管中有源源不斷的水流呢？,水池A中的水量要及時(shí)補(bǔ)充才行。可將B中的水及時(shí)抽到A，保持水池A、B的水面有一定的高度差,啟示：,_,如果在AB之間接上一個(gè)裝置P，它能把經(jīng)過(guò)導(dǎo)線R流到A的電子取走，補(bǔ)充給B，使AB始終保持一定數(shù)量的正、負(fù)電荷。,能保持導(dǎo)體兩端的電勢(shì)差(電壓),使電路有持續(xù)的電流.,解決問(wèn)題,一、電源,能把自由電子從正極搬到負(fù)極的裝置.,保持導(dǎo)體兩端的電勢(shì)差(電壓),使電路有持續(xù)的電流.,2.作用:,1.概念：,-,-,+,A,+,+,+,+,+,+,+,_,_,_,B,_,_

3、,_,_,_,P,假設(shè)在電源正、負(fù)極之間連一根導(dǎo)線,二.導(dǎo)線中的電場(chǎng),-,-,+,A,+,+,+,+,+,+,+,_,_,_,B,_,_,_,_,_,P,假設(shè)在電源正、負(fù)極之間連一根導(dǎo)線,M,N,E0,F,Fn,Ft,導(dǎo)線內(nèi)很快形成沿導(dǎo)線方向的電場(chǎng),二.導(dǎo)線中的電場(chǎng),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:在靜電平衡時(shí),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(等勢(shì)體).這與我們現(xiàn)在的說(shuō)法有矛盾嗎?為什么?,思考題,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成的。盡管這些電荷也在運(yùn)動(dòng)，但有的流走了，另外的又來(lái)補(bǔ)充，所以電荷的分布是穩(wěn)定的，電場(chǎng)的分布也穩(wěn)

4、定。-恒定電場(chǎng),恒定電場(chǎng),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,串聯(lián)一個(gè)電流表,讀數(shù)不會(huì)變,但不是靜電場(chǎng),也不是勻強(qiáng)電場(chǎng),小結(jié):形成電流的條件,（1）存在自由電荷 金屬導(dǎo)體自由電子 電解液正、負(fù)離子 （2）導(dǎo)體兩端存在電壓 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)力的作用下發(fā)生定向移動(dòng)，形成電流 電源的作用是保持導(dǎo)體兩端的電壓，使導(dǎo)體中有持續(xù)的電流,三、恒定電流,1.大小方向都不隨時(shí)間變化的電流稱(chēng)為恒定電流。,2.電流(I)：表示電流強(qiáng)弱的物理量，是由電荷的定向移動(dòng)形成的。 定義：通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電量q跟通過(guò)這些電量所用時(shí) 間t的比值叫做電流。 公式： 單

5、位:國(guó)際單位 安培(A) 1A=1C/s 常用單位：毫安（mA）、微安（A） 方向：正電荷定向移動(dòng)的方向,（標(biāo)量）,（1）適用于任何電荷定向移動(dòng)形成的電流。 （2）在金屬導(dǎo)體中，電流方向與自由電荷（電子）的定向移動(dòng)的方向相反； （3）在電解液中，電流方向與正離子定向移動(dòng)方向相同，與負(fù)離子定向移動(dòng)方向相反導(dǎo)電時(shí)，是正負(fù)離子向相反方向定向移動(dòng)形成電流，電量q表示通過(guò)截面的正、負(fù)離子電量絕對(duì)值之和。,注意,四、電流的微觀表達(dá)式,推導(dǎo)：,一段粗細(xì)均勻的導(dǎo)體長(zhǎng)為l,兩端加一定的電壓，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s，導(dǎo)體每單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)為n，每個(gè)自由電荷量為q。,s,【例1】有一

6、條橫截面積S=1mm2的銅導(dǎo)線,通過(guò)的電流I=1A,已知銅的密度=8.9103kg/m3,銅的摩爾質(zhì)量M=6.410-2kg/mol,阿伏加德羅常數(shù)NA=6.021023mol-1,電子的電量e=-1.610-19C,求銅導(dǎo)線中自由電子定向移動(dòng)的速率.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.,設(shè)自由電子在導(dǎo)線內(nèi)定向移動(dòng)的速率是v。取一段導(dǎo)線（如圖），自由電子從它的左端定向移動(dòng)到右端的時(shí)間為t，則這段導(dǎo)線的長(zhǎng)度為vt，體積為vts，質(zhì)量為vts，則這段導(dǎo)線中的原子數(shù)為,則這段導(dǎo)線中的自由電子數(shù)也為n，,t時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量是,把這個(gè)式子代入Iq/t,得,解得,如果認(rèn)為電子的定向移

7、動(dòng)速率就是電流的傳導(dǎo)速率，和我們的生活經(jīng)驗(yàn)是否相符？怎樣解釋?zhuān)?電子定向移動(dòng)的速率約為10-5m/s， 電子熱運(yùn)動(dòng)的平均速率為105m/s， 電場(chǎng)的傳播速率為3108m/s.,電流傳導(dǎo)速率等于光速，電路一接通，導(dǎo)體中的電子立即受到電場(chǎng)力作用而定向移動(dòng)形成電流。（對(duì)整體而言）,1、在金屬導(dǎo)體中，若10s內(nèi)通過(guò)橫截面的電量為10C，則導(dǎo)體中的電流為_(kāi)；,2、某電解槽橫截面積為0.5m2，若10s內(nèi)沿相反方向通過(guò)橫截面的正負(fù)離子的電量均為10C，則電解液中的電流為_(kāi),1A,2A,3、關(guān)于電流的方向，下列敘述中正確的是（ ） A金屬導(dǎo)體中電流的方向就是自由電子定向移動(dòng)的方向 B在電解質(zhì)溶液中有自由移動(dòng)

8、的正離子和負(fù)離子，電流方向不能確定 C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 D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)的方向相同,C,4關(guān)于電流，下列說(shuō)法中正確的是（ ） A通過(guò)導(dǎo)線截面的電量越多，電流越大 B電子運(yùn)動(dòng)的速率越大，電流越大 C單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體截面的電量越多，導(dǎo)體中的電流越大 D因?yàn)殡娏饔蟹较颍噪娏魇鞘噶?C,5對(duì)于有恒定電流通過(guò)的導(dǎo)體，下列說(shuō)法中正確的是（ ） A導(dǎo)體內(nèi)部的電場(chǎng)強(qiáng)度為零 B導(dǎo)體是個(gè)等勢(shì)體 C導(dǎo)體兩端有恒定的電壓存在 D通過(guò)導(dǎo)體某個(gè)截面的電量在任何相等的時(shí)間內(nèi)都相等,CD,6、某電解質(zhì)溶液，如果在1 s內(nèi)共有5.01018個(gè)二價(jià)正離子和1.01019個(gè)一價(jià)負(fù)離子通過(guò)某橫截面，那么通過(guò)電解質(zhì)溶液的電流強(qiáng)度是多大？,解析：設(shè)在t=1 s內(nèi)，通過(guò)某橫截面的二價(jià)正離子數(shù)為n1，一價(jià)負(fù)離子數(shù)為n2，元電荷的電荷量為e，則t 時(shí)間內(nèi)通過(guò)該橫截面的電荷量為q=（2n1+n2）e 電流強(qiáng)度為I=q/t=1.610-1921019A=3.2 A,1、形成電流的條件： （1）存在自由電荷（2）導(dǎo)體兩端存