資源簡介

(共34張PPT)
第三章 恒定電流
第一節(jié) 電源和電流
為什么雷鳴電閃時，強大的電流能使天空發(fā)出耀眼的強光，但它只能存在于一瞬間，而電路中的小燈泡卻能持續(xù)發(fā)光,這是為什么
提示：雷電是云層間或云層與地之間的電壓達到一定值時將空氣擊穿所產(chǎn)生的放電現(xiàn)象，所形成的電流是瞬時電流。
手電筒中因為電源的作用，小燈泡中有持續(xù)電流而持續(xù)發(fā)光。
-
A
+
+
+
+
+
+
+
+
B
_
_
_
_
_
_
_
-
B
A
等勢體
R
R
導體中自由電子的定向移動使兩個帶電體成為等勢體,達到靜電平衡，導線R中會產(chǎn)生一個瞬時的電荷定向流動。
B
A
-
A
+
+
+
+
+
+
+
+
_
B
_
_
_
_
_
_
_
電流形成的原理
思考一：導線中產(chǎn)生的電流是瞬時電流，如何使導線中有持續(xù)電流呢？
想一想
水流
A
B
連通器
水勢A
水勢B
抽水機的工作原理
思考二：如何使得連通器中存在持續(xù)的水流？
比一比
類比
抽水機
水流
水勢A
水勢B
思考：導線中產(chǎn)生的電流是瞬時電流，如何使導線中有持續(xù)電流呢？
P
B
A
—
—
_
_
_
_
_
_
_
—
—
—
+
+
+
+
+
+
+
裝置P能源源不斷的把電子從A搬運到B，從而能保持導體兩端的電勢差(電壓),從而使得電路中有持續(xù)的電流
1.電源:
把自由電子從正極搬到負極的裝置.
2.作用:
保持導體兩端的電勢差(電壓),使電路有持續(xù)的電流.
（其它形式的能轉(zhuǎn)化為電能）
-
-
-
+
A
+
+
+
+
+
+
_
_
_
B
_
_
_
_
_
P
-
-
一、電源
（1）存在自由電荷
　
（2）導體兩端存在電壓（電勢差）
3、形成電流的條件：
P
B
A
—
—
_
_
_
_
_
_
_
—
—
—
+
+
+
+
+
+
+
生活中的電池
太陽電池
干電池
鉛蓄電池
鋰電池
鋅汞電池
例1 關于電源以下說法正確的是(　　)
A．電源的作用是在電源內(nèi)部把電子由負極不斷地搬運到正極，從而保持兩極之間有穩(wěn)定的電勢差
B．電源的作用就是將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能
C．只要電路中有電源，電路中就一定有電流
D．電源實質(zhì)上也是一個用電器，也需要外界提供能量
電源在搬運電荷的過程中，需要克服電場力做功，將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能．
在電源內(nèi)部，將正極上的電子搬運到負極，維持電勢差不變
電路是否閉合？
電源是對電路提供能量的裝置，
課堂訓練
關于電源的以下說法，正確的是（ ）
A.電源的作用是在電源內(nèi)部把電子由負極不斷地搬運到正極，從而保持兩極
之間有穩(wěn)定的電勢差
B.電源的作用是在電源內(nèi)部把電子由正極不斷地搬運到負極，從而保持兩極
之間有穩(wěn)定的電勢差
C.只要電路中有電源，電路中就一定有電流
D.電源實質(zhì)上也是一個用電器，也需要外界提供能量
B
-
-
+
A
+
+
+
+
+
+
+
_
_
_
B
_
_
_
_
_
P
假設在電源正、負極之間連一根導線，導線中的電場如何變化，最終又會達到哪個狀態(tài)？
M
N
E0
F
Fn
Ft
問題：當導體兩端有恒定的電勢差，導體內(nèi)建立了何種電場
M
N
E0
E0
E′
M
N
E
導線內(nèi)很快形成沿導線方向的電場
導體內(nèi)的電場線保持和導線平行
導線內(nèi)的電場是由電源和導體中積累的電荷共同形成的。
二、導線中的電場
-
-
-
+
A
+
+
+
+
+
+
+
_
_
_
B
_
_
_
_
_
P
-
-
由穩(wěn)定分布的電荷產(chǎn)生穩(wěn)定的電場稱為恒定電場。
導線內(nèi)的電場，是由電源、導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動，但有的流走了，另外的又來補充，所以電荷的分布是穩(wěn)定的，電場的分布也穩(wěn)定。
恒定電場
電場強度大小不變
自由電子在各個位置的定向運動速率也不變
串一個電流表,讀數(shù)不會變(恒定電流)
1.恒定電流概念：大小方向都不隨時間變化的電流稱為恒定電流。
2.電流(I)
(1)物理意義:表示電荷流動的強弱程度（反映了電流的強弱程度的物理量）
(4)單位:
(3)公式:
(2)定義:通過導體橫截面的電荷量q跟通過這些電荷量所用時間t的比值叫做電流。（單位時間內(nèi)通過導體橫截面積的電荷量）
(比值定義式)
國際單位
安培(A) 1A=1C/s
常用單位：毫安（mA）、微安（μA）
(5)方向:
三、恒定電流
(6)電流是標量
正電荷定向移動的方向（電子流動的反方向）
3、說明
（1）電流方向的規(guī)定：規(guī)定正電荷定向移動的方向為電流方向.
在電源外部的電路中,電流從電源的正極流向負極；在電源的內(nèi)部,電流是從電源的負極流向正極；形成閉合回路。
（2）金屬導體中電流的方向與自由電子定向移動的方向相反.
（3）電解液中正、負離子定向移動方向雖然相反，但正、負離子定向移動形成的電流方向是相同的，此時：
（4）電流強度雖然有大小和方向，但不是矢量，而是一個標量.
即：公式中的q 為正電荷總電荷量和負電荷總電荷量的絕對值之和。
『判一判』
(1)電源能把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能。(　　)
(2)必須有電源，自由電荷才能在電路中移動。(　　)
(3)恒定電場就是勻強電場。(　　)
(4)恒定電場形成后電路中的電荷不再發(fā)生移動。(　　)
(5)因為電流有大小又有方向，所以電流是矢量。(　　)
(6)通過導體截面的電荷量越多，電流越大。(　　)
(7)電流的方向與電荷定向移動的方向相同。(　　)
√
×
×
×
×
×
×
D
A
【例2】在某種帶有一價離子的水溶液中，正、負離子在定向移動，方向如圖所示。如果測得2 s內(nèi)分別有1.0×1018個正離子和1.0×1018個負離子通過溶液內(nèi)部的橫截面M，則溶液中電流的方向如何？電流為多大？
答案　由A指向B　0.16 A
某電解池中，如果在1 s內(nèi)共有5×1018個二價正離子和1×1019個一價負離子通過面積為0.1 m2的某截面，那么通過這個截面的電流是(　　)
A．0　 B．0.8 A　 C．1.6 A 　 D．3.2 A
D
典例
一段粗細均勻的導體長為l,兩端加一定的電壓，自由電荷定向移動的速率為v,設導體的橫截面積為s，導體單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)為n，每個自由電荷量為q。
-
-
-
-
-
-
-
1、導體中自由電荷總數(shù)：N=
2、導體中的總電荷量：Q=
3、所有這些電荷通過導體橫截面積所用的時間：t=
4、電流I：
四、電流的微觀表達式
【微觀】電流的微觀表達式 ：I=nqSv (v表示電荷定向移動的速率)
可見從微觀上看,電流決定于導體中單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù) 自由電荷的電荷量（導體的材料決定），定向移動的速度（電壓決定）,還與導體的橫截面積（形狀）有關.
【宏觀】
只適用純電阻電路（不包含電源）
兩個公式的比較：
【例】有一個橫截面積S=1mm2的銅導線，通過的電流I=1A。已知銅的密度為ρ=8.9×103kg/m3，銅的摩爾質(zhì)量為6.4×10－2kg/mol，阿佛加德羅常數(shù)為NA= 6.02×1023mol-1，電子的電量為e. 在這個問題中可以認為每個銅原子貢獻一個自由電子，求銅導線中自由電子定向移動的速率v。
解析：設自由電子定向移動的速度為v，任意取一段導線，自由電子從左斷移到右端時間為t，則這段導線長度為vt，體積為vtS，質(zhì)量為ρvtS. 這段導體中的原子個數(shù)為：
（也為導線中的自由電子個數(shù)）
定向移動速率非常小!
【例題】有一橫截面積為S的銅導線，流經(jīng)其中的電流強度為I；設每單位體積的導線中有n個自由電子，電子的電量為e，此電子的定向移動速率為v，在Δt時間內(nèi)，通過導線橫截面的自由電子數(shù)可表示為 （ ）
A．nvS Δt B．nv·Δt C．IΔt /e D． IΔt /eS
AC
N=q/e= IΔt /e，
又因為電流強度的微觀表達式為I=nev·S，
N=q/e= IΔt /e =nevSΔt/e=nvSΔt
則選項A正確。
解：因為I=q/Δt，所以q=I·Δt
則選項C正確。
所以自由電子數(shù)目為
自由電子數(shù)目為：
三種不同的速率比較
自由電荷定向移動速率 自由電荷定向移動形成電流，其中電荷定向移動的速率一般為10－5 m/s的數(shù)量級。（對每個電子而言）
無規(guī)則熱運動速率 導體中的自由電子在不停地做無規(guī)則運動，由于沿各個方向無規(guī)則運動的機會相等，故不能形成電流。常溫下自由電子熱運動的速率的數(shù)量級為105 m/s
電流傳導速率 (或電場傳播速率) 等于光速，閉合開關的瞬間，電路中各處以真空中的光速c形成恒定電場，在恒定電場的作用下，電路中各處的自由電子幾乎同時開始定向移動，整個電路也幾乎同時形成了電流。（對整體而言）
電子定向移動的速率約10-5m/s
電子熱運動的平均速率105m/s
電場的傳播速率3×108m/s.
閉合開關的瞬間，電路中的各個位置迅速建立了恒定電場，在恒定電場的作用下，電路中各處的自由電子幾乎同時開始定向移動，整個電路也就幾乎同時產(chǎn)生了電流。
電路接通時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產(chǎn)生的。
既然電子的定向運動速率很小，為什么閉合開關時電路中的電燈立刻就亮了呢？
想一想
典型例題討論
1、一條導線中的電流為1.6A，在1s內(nèi)通過這條導線某一橫截面積的電子有多少個？
解：設電子圓周運動的周期為 T
【例】原子中電子繞原子核的圓周運動可以等效為環(huán)形電流。設氫原子的電子以速率 v 在半徑為 r 的圓周軌道上運動，電子的電量為e ，等效電流有多大？
答案: ev/2πr
【例】如圖所示，有一個電子射線管(陰極射線管)，當從陰極射出的電子，形成的電流為5.6μA時，每秒鐘從陰極發(fā)射出的電子數(shù)目為多少？(已知e＝1.60×10－19 C)
答案：3.5×1013個

展開更多......

收起↑