高中物理：2.1 电源和电流 课件新人教版选修31

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1、2.1电源和电流电源和电流 雷鸣电闪时雷鸣电闪时, ,强大的电流使天强大的电流使天空发出耀眼的闪光空发出耀眼的闪光, ,但它只能存在但它只能存在于一瞬间于一瞬间, ,而手电筒中的小灯泡却而手电筒中的小灯泡却能持续发光能持续发光, ,这是为什么这是为什么? ?一、电源一、电源导体中的自由电荷在电场力的作用下发生导体中的自由电荷在电场力的作用下发生定向移动形成电流定向移动形成电流. (瞬时电流瞬时电流) 1、电流的形成、电流的形成2 2、持续电流的形成、持续电流的形成倘若在倘若在A,BA,B之间连接一个装置之间连接一个装置P,P,作用是不断地把电子从作用是不断地把电子从A A搬运到搬运到B B，使

2、，使ABAB之间始终存在一定的电场，从而保持持续电流。之间始终存在一定的电场，从而保持持续电流。装置P电源-BA-A+_B_等势体等势体导体中产生电流的条件导体中产生电流的条件: :导体两端存在电势差导体两端存在电势差AB水池导体中自由电子的定向移动导体中自由电子的定向移动使两个带电体成为等势体使两个带电体成为等势体, ,达到静电平衡，导线达到静电平衡，导线R R中会中会产生一个瞬时电流产生一个瞬时电流抽水机抽水机-+A A+_B B_P P-电源电源 1. 1.能把自由电子从正极搬到负极的装置能把自由电子从正极搬到负极的装置. . 2. 2.作用作用: :保持导体两端的电势差保持导体两端的电

3、势差( (电压电压),),使电路有持续的电流使电路有持续的电流. .-+A+_B_P 假设在电源正、负极之假设在电源正、负极之间连一根导线间连一根导线MNE0FFnFt二二. .导线中的电场导线中的电场-+A+_B_P假设在电源正、负极之间假设在电源正、负极之间连一根导线连一根导线MNE0FFnFtMNE0E0E MNE导线内很导线内很快形成沿快形成沿导线方向导线方向的电场的电场二二. .导线中的电场导线中的电场导体内的电场线保持和导线平行导体内的电场线保持和导线平行小结小结: :形成电流的条件形成电流的条件 （1 1）存在自由电荷）存在自由电荷 金属导体金属导体自由电子自由电子 电解液电解液

4、正、负离子正、负离子（2 2）导体两端存在电压）导体两端存在电压 当导体两端存在电压时，导体内建立了电场，导体中的自当导体两端存在电压时，导体内建立了电场，导体中的自由电荷在电场力的作用下发生定向移动，形成电流由电荷在电场力的作用下发生定向移动，形成电流 电源的作用是保持导体两端的电压，使导体中有持续的电电源的作用是保持导体两端的电压，使导体中有持续的电流流 我们在上一章中曾经得出结论我们在上一章中曾经得出结论: :在静电平衡时在静电平衡时, ,导体内部的场强为导体内部的场强为零零, ,导体上任意两点之间的电势差导体上任意两点之间的电势差为零为零( (等势体等势体).).这与我们现在的说这与我

5、们现在的说法有矛盾吗法有矛盾吗? ?为什么为什么? ?思考题思考题 导线内的电场，是由电导线内的电场，是由电源、导线等电路元件所积累的源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成的。尽管这些电电荷共同形成的。尽管这些电荷也在运动，但有的流走了，荷也在运动，但有的流走了，另外的又来补充，所以电荷的另外的又来补充，所以电荷的分布是稳定的，电场的分布也分布是稳定的，电场的分布也稳定。稳定。-恒定电场恒定电场 恒定电场恒定电场 由稳定分布的电荷产生由稳定分布的电荷产生稳定的电场称为恒定电场稳定的电场称为恒定电场. .恒定电场恒定电场电场强度不变电场强度不变自由电子在各个位置的定向运动速率也不变自由电子在各个

6、位置的定向运动速率也不变串一个电流表串一个电流表, ,读数不会变读数不会变( (恒定电流恒定电流) )三三恒定电流恒定电流电流：电流：1、 定义：定义： 用单位时间内通过导体横截面的电量表示电流强弱用单位时间内通过导体横截面的电量表示电流强弱 2、 公式：公式：Itq 4 、 方向：正电荷定向移动的方向方向：正电荷定向移动的方向 金属导体中电流的方向与自由电子定向移动的方向相反。金属导体中电流的方向与自由电子定向移动的方向相反。 可得可得tqI 3、 单位：安培单位：安培 A 其他单位其他单位 mA A（1）电流为标量，电流虽有方向但是标量）电流为标量，电流虽有方向但是标量（2）电解液中正负离

7、子定向移动方向虽然相反，但正、负离）电解液中正负离子定向移动方向虽然相反，但正、负离子定向移动形成的电流方向是相同的，此时子定向移动形成的电流方向是相同的，此时Q为正电荷总电荷为正电荷总电荷量和负电荷总电荷量的绝对值之和。量和负电荷总电荷量的绝对值之和。 例题例题1:某电解池，如果在某电解池，如果在1s中内共有中内共有5.01018个二价正个二价正离子和离子和5.01018个一价负电子通过某横截面，那么通个一价负电子通过某横截面，那么通过这个横截面的电流强度是多大？过这个横截面的电流强度是多大？答案：答案：1.6A例题例题 2 2 有一条横截面积有一条横截面积S=1MMS=1MM2 2的铜导线

8、，通过的电流的铜导线，通过的电流I=1AI=1A。已已知铜的密度知铜的密度=8.9=8.910103 3KG/MKG/M3 3，铜的摩尔质量铜的摩尔质量M=6.4M=6.41010-2-2KG/MOLKG/MOL，阿伏加德罗常数阿伏加德罗常数N NA A=6.62 =6.62 10 102323MOLMOL-1-1，电子的电量电子的电量E=-1.6 E=-1.6 1010-19-19C C。求铜导线中自由电子定向移动的速率。求铜导线中自由电子定向移动的速率。解：设自由电子定向移动的速率是解：设自由电子定向移动的速率是v v通过横截面的电荷量是通过横截面的电荷量是eNMneqAvtS由由tqI

9、得得MeIAvSN从中解出从中解出SNAIMve代入数值后得代入数值后得 v v =7.5 =7.5 1010-5 -5 m/sm/s四、电流的微观表达式四、电流的微观表达式 一段粗细均匀的导体长为一段粗细均匀的导体长为l,两端加一定的电压，自由电两端加一定的电压，自由电荷定向移动的速率为荷定向移动的速率为v,设导体的横截面积为设导体的横截面积为s，导体每导体每单位体积内的自由电荷数为单位体积内的自由电荷数为n，每个自由电荷量为每个自由电荷量为q。-AB总电量总电量电荷总数电荷总数nqSvnlSql/v vNqtQIl/v vvtvsv例3.有一条横截面积有一条横截面积S=1mmS=1mm2

10、2 的铜导线，通过的电的铜导线，通过的电流流I=1A .I=1A .已知铜的密度已知铜的密度=8.9=8.910103 3 kg/m kg/m3 3 ，铜，铜的摩尔质量的摩尔质量M=6.02M=6.021010-2 -2 kg/mol kg/mol，阿伏加德罗，阿伏加德罗常数常数NA=6.62NA=6.6210 10 2323mol-1mol-1，电子的电量，电子的电量e=-1.6 e=-1.6 10 10 -19-19 C C 。求求: :铜导线中自由电子定向移动的速率铜导线中自由电子定向移动的速率AIMvSN e57.5 10/m s答案：思考题思考题 如果认为电子的定向运动速率就如果认为

11、电子的定向运动速率就是电流的传导速率，和我们的生活是电流的传导速率，和我们的生活经验是否相符？怎样解释？经验是否相符？怎样解释？ 电子定向移动的速率约电子定向移动的速率约10 10 -5-5 m/sm/s， 电子热运动的平均速率电子热运动的平均速率10 10 5 5 m/sm/s， 电场的传播速率电场的传播速率3 310 10 8 8 m/sm/s. . 三种速度的区别三种速度的区别（1）电流传导速率等于光速，电路一接通，导体中的电子立即）电流传导速率等于光速，电路一接通，导体中的电子立即 受到电场力作用而定向移动形成电流。（对整体而言）受到电场力作用而定向移动形成电流。（对整体而言）（2）电

12、子定向移动速率，其大小与电流有关，一般每秒为）电子定向移动速率，其大小与电流有关，一般每秒为10-2 -10-3m的数量级。的数量级。（对每个电子而言）（对每个电子而言）(3)电子热运动速率，任何微观粒子都做无规则运动，其速度与电子热运动速率，任何微观粒子都做无规则运动，其速度与 温度有关，通常情况为每秒几百米。温度有关，通常情况为每秒几百米。1、形成电流的条件：、形成电流的条件： （1）存在自由电荷（）存在自由电荷（2）导体两端存在电压）导体两端存在电压2、电源的作用：提供持续的电压、电源的作用：提供持续的电压3、导线中的电场、导线中的电场:导线内的电场线保持和导线平行导线内的电场线保持和导线平行. (恒定电场恒定电场)4、恒定电流、恒定电流:大小方向都不随时间变化的电流大小方向都不随时间变化的电流.5、电流、电流:表示电流的强弱程度的物理量表示电流的强弱程度的物理量. （1）定义式）定义式 I=q / t （2）金属导体中电流的计算式）金属导体中电流的计算式小结小结: :nqsvI n n 为单位体积内自由电荷数目，为单位体积内自由电荷数目，S S 为导体横截面积，为导体横截面积，v v为电荷定向移动速率为电荷定向移动速率,q,q为每个自由电荷的电量为每个自由电荷的电量 祝同学们学习愉快！祝同学们学习愉快！ 再见！再见！