選修3-1第二章第一節(jié)電源和電.ppt

1、2.1電源和電流,河北師大附中 李喜昌,Unit2恒定電流,雷鳴電閃時(shí),強(qiáng)大的電流使天空發(fā)出耀眼的閃光,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,這是為什么?,問題1：產(chǎn)生電流的條件是什么？,_,（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，導(dǎo)體中的自由電荷在電場力的作用下發(fā)生定向移動(dòng)，形成電流,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、B之間有電勢差,A、B電勢差為零,問題2：導(dǎo)體中產(chǎn)生持續(xù)電流的條件是什么？,水流,1. 能把電子從A搬運(yùn)到B的裝置。

2、,2.作用:保持導(dǎo)體兩端的電勢差(電壓)，使電路有持續(xù)的電流。,這個(gè)裝置就是電源。A、B就是電源的兩個(gè)極。,正極,負(fù)極,電源相當(dāng)于抽水機(jī),問題3：電源的作用是什么？,電源,+,-,正極,負(fù)極,電源的作用： （1）從物理過程分析：就是通過非靜電力把電子從正極搬運(yùn)到負(fù)極，使電源兩極間保持一定的電勢差。使電路有持續(xù)的電流； （2）從能量轉(zhuǎn)化和守恒的角度就是電源把其它形式的能轉(zhuǎn)化為電能。,F,2.電場力做負(fù)功，電子的電勢能增加，通過電源把其它形式的能轉(zhuǎn)化為電能.,1. 通過非靜電力把電子從正極運(yùn)到負(fù)極。,-,-,+,A,+,+,+,+,+,+,+,_,_,_,B,_,_,_,_,_,P,假設(shè)在電源正、

3、負(fù)極之間連一根導(dǎo)線，導(dǎo)線中的電場如何變化，最終又會(huì)達(dá)到哪個(gè)狀態(tài)？,問題4：當(dāng)導(dǎo)體兩端有恒定的電勢差，導(dǎo)體內(nèi)建立了何種電場?,導(dǎo)線內(nèi)很快形成沿導(dǎo)線方向的電場,導(dǎo)體內(nèi)的電場線保持和導(dǎo)線平行,導(dǎo)線內(nèi)的電場是由電源和導(dǎo)體中積累的電荷共同形成的。,問題5：當(dāng)導(dǎo)體兩端的電勢差恒定時(shí)，為什么導(dǎo)體中產(chǎn)生的電場是恒定的？此時(shí)導(dǎo)體中的電流為什么也是恒定的？,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)充，所以電荷的分布是穩(wěn)定的，電場的分布也穩(wěn)定。,由穩(wěn)定分布的電荷產(chǎn)生穩(wěn)定的電場稱為恒定電場。,由于恒定電場的作用,導(dǎo)體中自由電荷定向運(yùn)動(dòng)的速率增加;而在運(yùn)動(dòng)過程中會(huì)與導(dǎo)體內(nèi)不動(dòng)的粒子碰撞從而減速,因此自由電荷頻繁

4、地交替進(jìn)行加速和減速，自由電荷定向運(yùn)動(dòng)的平均速率不隨時(shí)間變化。如果我們在這個(gè)電路中串聯(lián)一個(gè)電流表,電流表的讀數(shù)保持恒定.,大小方向都不隨時(shí)間變化的電流稱為恒定電流。,恒定電場,電場強(qiáng)度不變,自由電荷頻繁交替進(jìn)行加速和減速，平均速率不變,串一個(gè)電流表,讀數(shù)不會(huì)變,由穩(wěn)定分布的電荷產(chǎn)生穩(wěn)定的電場稱為恒定電場.,問題6：怎樣理解恒定電場和恒定電流？,問題7：電流這個(gè)物理現(xiàn)象既有方向也有強(qiáng)弱。怎樣描述電流的強(qiáng)弱程度？怎樣學(xué)好電流這個(gè)物理量。,2、度量方式：,4、矢量標(biāo)量：標(biāo)量,3、決定因素：,1、引入目的：反映了電流的強(qiáng)弱程度。,國際單位：安培（A）,5、單位換算：,6、測量方法：電流表等。,？,電流

5、（物理現(xiàn)象）方向:正電荷定向移動(dòng)的方向。,在金屬導(dǎo)體中，電流方向與自由電荷（電子）的定向移動(dòng)方向相反；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)離子走向移動(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表示通過截面的正、負(fù)離子電量絕對(duì)值之和。,一段粗細(xì)均勻的導(dǎo)體長為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。,問題8：探究電流的微觀表達(dá)式？,設(shè)想在導(dǎo)體中取兩個(gè)橫截面B和C，則在時(shí)間t內(nèi)處于相距為 vt 的兩截面B、C間的所有自由電荷將通過截面C,B,C,S,v,vt,q,q,q,q,導(dǎo)體

6、中的電流與導(dǎo)體中單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)、每個(gè)自由電荷的電量、導(dǎo)體的橫截面積和自由電荷定向運(yùn)動(dòng)速率四個(gè) 量成正比。,問題9：知識(shí)應(yīng)用舉例,例題:有一條橫截面積S=1mm2的銅導(dǎo)線,通過的電流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。,問題10：既然電子的定向運(yùn)動(dòng)速率很小，為什么閉合開關(guān)時(shí)電路中的電燈立刻就亮了呢？,閉合開關(guān)的瞬間，電路中的各個(gè)位置迅速建立了恒定電場，在恒定電場的作用下，

7、電路中各處的自由電子幾乎同時(shí)開始定向移動(dòng)，整個(gè)電路也就幾乎同時(shí)產(chǎn)生了電流。,電路接通時(shí)電燈中的電流并不是電源中的自由電子流了過來產(chǎn)生，而是燈絲內(nèi)部的自由電子的定向移動(dòng)產(chǎn)生的。,電子定向移動(dòng)的速率約10-5m/s，,電子熱運(yùn)動(dòng)的平均速率105m/s,電場的傳播速率3108m/s.,電流產(chǎn)生條件,電源,恒定電流,（1）存在自由電荷（2）導(dǎo)體兩端存在電壓。,產(chǎn)生持續(xù)電流,提供持續(xù)電流壓,（1）通過非靜電力把電子從正極搬運(yùn)到負(fù)極；（2）把其它形式的能轉(zhuǎn)化為電能。,產(chǎn)生恒定電場,導(dǎo)體內(nèi)的電場線保持和導(dǎo)線平行,產(chǎn)生,一、電流（物理現(xiàn)象）,問題11：總結(jié)本節(jié)課所學(xué)內(nèi)容。,1、方向：規(guī)定正電荷定向運(yùn)動(dòng)的方向?yàn)?/p>

8、電流方向 2、大?。河秒娏鲝?qiáng)度I（簡稱電流）來描述。,自由電荷頻繁交替進(jìn)行加速和減速，平均速率不變,問題11：總結(jié)本節(jié)課所學(xué)內(nèi)容。,二、電流,2、度量方式：,4、矢量標(biāo)量：標(biāo)量,3、決定因素：,1、引入目的：反映了電流的強(qiáng)弱程度。,國際單位：安培（A）,5、單位換算：,6、測量方法：電流表等。,（1）宏觀：,只適用純電阻電路（不包含電源）,（2）微觀：,B,C,S,v,vt,流體的柱形模型,怎樣學(xué)好電流這個(gè)物理量？,A組能力訓(xùn)練題1,1 1mA=_A， 1A=_A。,110-3,110-6,A組能力訓(xùn)練題2,2把 規(guī)定為電流的方向，在金屬導(dǎo)體中，電流方向與自由電子定向移動(dòng)的方向 。在電解質(zhì)溶液

9、中，電流的方向與正離子定向移動(dòng)的方向 ，與負(fù)離子定向移動(dòng)的方向 。,相反,正電荷定向移動(dòng)的方向,相反,相同,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)離子走向移動(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表示通過截面的正、負(fù)離子電量絕對(duì)值之和。,A組能力訓(xùn)練題3,3、一電子沿一圓周順時(shí)針方向高速運(yùn)動(dòng)，周期為10-10s，則等效電流大小為 A，電流方向是 （填“順時(shí)針”或“逆時(shí)針” ）,1.610 - 9,逆時(shí)針,A組能力訓(xùn)練題4,4關(guān)于電源的作用,下列說法正確的是 ( ) A.電源的作用是能為電路提供自由電子 B.電源的作用是使導(dǎo)體中形成電場 C.電源的作用是能夠保

10、持導(dǎo)體兩端的電壓 D.電源的作用是使自由電荷定向移動(dòng)起來,BCD,A組能力訓(xùn)練題5（刪去）,5下列敘述正確的是 （ ） A導(dǎo)體中電荷運(yùn)動(dòng)就形成電流 B電流的國際單位是安培 C因?yàn)殡娏鲝?qiáng)度有方向,所以電流強(qiáng)度是矢量 D導(dǎo)體中有電流通過時(shí),導(dǎo)體內(nèi)部場強(qiáng)不為零,BD,A組能力訓(xùn)練題6,6關(guān)于電流的方向,下列說法正確的是 （ ） A在金屬導(dǎo)體中，電流的方向是自由電子定向移動(dòng)的方向 B在電解液中，電流的方向?yàn)樨?fù)離子定向移動(dòng)的方向 C無論在何種導(dǎo)體中，電流的方向都與負(fù)電荷定向移動(dòng)的方向相反 D在電解液中，由于是正負(fù)電荷定向移動(dòng)形成的電流，所以電流有兩個(gè)方向,C,A組能力訓(xùn)練題7,7關(guān)于電流的說法正確的是

11、（ ） A根據(jù)I=q/t可知，I與q成正比 B如果在任何相等時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面積的電量相等，則導(dǎo)體中的電流是恒定電流 C電流強(qiáng)度的方向規(guī)定為正電荷定向移動(dòng)的方向 D電流強(qiáng)度的單位“安培”是國際單位制中的基本單位,BD,m、kg、s、A、mol、T、cd,A組能力訓(xùn)練題8,8以下對(duì)導(dǎo)體中的電場理解正確的是（ ） A導(dǎo)體內(nèi)的電場在穩(wěn)定時(shí)是和導(dǎo)線平行的 B導(dǎo)體內(nèi)的電場由電源、導(dǎo)線等電路元件所積累的電荷共同形成 C導(dǎo)線中電場始終隨時(shí)間而變化 D導(dǎo)體內(nèi)的電場是一種動(dòng)態(tài)的穩(wěn)定,ABD,A組能力訓(xùn)練題9,9通過一根金屬導(dǎo)線的電流為16mA則10s內(nèi)通過這根導(dǎo)線橫截面的自由電子數(shù)為（ ） A1.01017

12、B1.01018 C1.01019 D1.01020,解：,n=It/e=1610-310/1.610-19=1.01018,B,A組能力訓(xùn)練題10,10在一次閃電中，持續(xù)時(shí)間為0.005 s所形成的平均電流為6.0104A，若閃電過程中產(chǎn)生的電荷以0.5A的電流通過電燈，試求可供電燈照明的時(shí)間。,解：,Q=I1t1=I2t2 ，,t2= I1t1/I2=600s,B組能力訓(xùn)練題1,1有一橫截面積為S的銅導(dǎo)線，流經(jīng)其中的電流強(qiáng)度為I；設(shè)每單位體積的導(dǎo)線中有n個(gè)自由電子，電子的電量為e，此電子的定向移動(dòng)速率為v，在t時(shí)間內(nèi)，通過導(dǎo)線橫截面的自由電子數(shù)可表示為 （ ） AnvS t Bnvt CI

13、t /e D It /eS,AC,N=q/e= It /e，,又因?yàn)殡娏鲝?qiáng)度的微觀表達(dá)式為I=nevS，,N=q/e= It /e =nevSt/e=nvSt,則選項(xiàng)A正確。,解：因?yàn)镮=q/t，所以q=It,則選項(xiàng)C正確。,所以自由電子數(shù)目為,自由電子數(shù)目為：,B組能力訓(xùn)練題2,2金屬導(dǎo)體的密度是，橫截面積是S，原子量是M，每摩爾這種金屬可提供N個(gè)自由電子，當(dāng)該導(dǎo)體中的電流為 I 時(shí)，導(dǎo)體中自由電子的定向移動(dòng)的速率是 。,答：,B組能力訓(xùn)練題3,3. 若氫原子的核外電子繞核作半徑為r 的勻速圓周運(yùn)動(dòng)，則其角速度=_；電子繞核的運(yùn)動(dòng)可等效為環(huán)形電流，則電子運(yùn)動(dòng)的等效電流I=_。（已知電子的質(zhì)量

14、為m，電量為e，靜電力恒量用k表示）,電子繞核運(yùn)動(dòng)的向心力等于庫侖力,因此所求電流為,（2003年上海卷12）,解：,B組能力訓(xùn)練題4,4在彩色電視機(jī)的顯像管中，從電子槍射出的電子（初速度大小不計(jì)，e=1.610-19C）在20kV的高壓下被加速，并且形成1mA的平均電流。電子束的強(qiáng)弱受圖像信號(hào)控制，并按一定的規(guī)律在熒光屏上掃描，形成電視畫面。電視機(jī)以每秒25張畫面的速率進(jìn)行掃描，由于圖面更換迅速和視覺暫留，使我們看到了連續(xù)活動(dòng)的圖像，問：電子轟擊熒光屏?xí)r的動(dòng)能為多大？平均每幅畫面約有多少個(gè)電子打在屏上?,解：,由動(dòng)能定理,Q=It=ne,B組能力訓(xùn)練題5,5銀導(dǎo)線的橫截面積S=4mm2，通以

15、I=2A的電流，若每個(gè)銀原子可以提供一個(gè)自由電子，試推導(dǎo)銀導(dǎo)線單位長度上的自由電子數(shù)的計(jì)算公式，并計(jì)算結(jié)果。(已知銀的密度=10.5103kg/m3,摩爾質(zhì)量M=108g/mol，阿伏伽德羅常數(shù)NA=6.021023mol-1，計(jì)算結(jié)果取一位小數(shù)),解：設(shè)長為l 的銀導(dǎo)線體積 VSl，,故長為l的銀導(dǎo)線含有的銀原子數(shù)目，,又每個(gè)銀原子可以提供一個(gè)自由電子，那么銀導(dǎo)線每單位長度的自由電子數(shù)n=N/l，,故,與電流I無關(guān)。,代入數(shù)據(jù),學(xué)力學(xué)單位制有什么實(shí)際應(yīng)用？,B組能力訓(xùn)練題6,6. 在顯像管的電子槍中，從熾熱的金屬絲不斷放出的電子進(jìn)入電壓為U的加速電場，設(shè)其初速度為零，經(jīng)加速后形成橫截面積為S

16、、電流為I的電子束。已知電子的電量為e、質(zhì)量為m，則在剛射出加速電場時(shí)，一小段長為l的電子束內(nèi)的電子個(gè)數(shù)是（ ）,（2006年天津卷21）,B,解：在剛射出加速電場時(shí),通過長為l 段的時(shí)間 tl / v,長為l 段的電量 Q=It,電子個(gè)數(shù)是,選項(xiàng)B正確。,方法1：利用公式I=nqSv求解；2.根據(jù)I=q/t結(jié)合微元法求解。,問題1：產(chǎn)生電流的條件是什么？,問題2：導(dǎo)體中產(chǎn)生持續(xù)電流的條件是什么？,問題3：從物理過程和能量轉(zhuǎn)化兩個(gè)方面來看電源作用是什么？,問題4：當(dāng)導(dǎo)體兩端有恒定的電勢差，導(dǎo)體內(nèi)建立了何種電場?,問題5：導(dǎo)體中的電場是由誰產(chǎn)生的?是變化的還是恒定的？自由電荷在恒定電場中發(fā)生定向

17、運(yùn)動(dòng)形成的電流是變化的還是恒定的？,2.1電源和電流,問題6：怎樣理解恒定電場和恒定電流？,問題7：怎樣描述電流的強(qiáng)弱程度？怎樣學(xué)好電流這個(gè)物理量？,問題8：推導(dǎo)電流的微觀表達(dá)式。,課堂互動(dòng)講練,如果導(dǎo)線中的電流為1 mA，那么1 s內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的自由電子數(shù)是多少？若“220 V60 W”的白熾燈正常發(fā)光時(shí)的電流為273 mA，則20 s 內(nèi)通過燈絲的橫截面的電子數(shù)目是多少個(gè)？ 【思路點(diǎn)撥】根據(jù)公式qIt計(jì)算，注意單位的統(tǒng)一，記住每個(gè)電子所帶電荷量e1.61019 C.,【答案】6.251015個(gè)3.41019個(gè) 【借題發(fā)揮】(1)金屬導(dǎo)體中導(dǎo)電的是自由電子，自由電子所帶電荷量e1.610

18、19 C. (2)當(dāng)自由電子定向移動(dòng)通過導(dǎo)體橫截面時(shí)，若通過的自由電子個(gè)數(shù)為 n，則 qItne. 變式訓(xùn)練1一硫酸銅電解槽的橫截面積為2 m2，在0.04 s 內(nèi)若相向通過同一橫截面的銅離子和硫酸根離子分別為5.625 1018個(gè)和4.7351018個(gè)，則電解槽中的電流是多大？方向如何？,答案：83 A方向與銅離子定向移動(dòng)的方向相同,半徑為 R 的橡膠圓環(huán)均勻帶正電，總電荷量為Q，現(xiàn)使圓環(huán)繞垂直環(huán)所在平面且通過圓心的軸以角速率沿逆時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，則由環(huán)產(chǎn)生的等效電流方向沿什么方向？電流多大？ 【思路點(diǎn)撥】不管是否真的形成電流，假想成形成電流然后依據(jù)電流的定義式求得電流大小,【答案】見精講精析,變式訓(xùn)練2半徑為 R 的橡膠圓環(huán)均勻帶正電，總電荷量為Q，現(xiàn)使圓環(huán)繞垂直環(huán)所在平面且通過圓心的軸以角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，則由環(huán)產(chǎn)生的等效電流應(yīng)有() A若不變而使電荷量Q變?yōu)樵瓉淼?倍，則電流也將變?yōu)樵瓉淼?倍 B若電荷量Q不變而使變?yōu)樵瓉淼?倍，則電流也將變?yōu)樵瓉淼?倍 C若使、Q不變，將橡膠環(huán)拉