電源和電流新課標新人教版高中物理選修31

1、第二章第二章 恒定電流恒定電流 電閃雷鳴時電閃雷鳴時, ,強大的電流使強大的電流使天空發(fā)出耀眼的閃光天空發(fā)出耀眼的閃光, ,但它只但它只能存在于一瞬間能存在于一瞬間, ,而手電筒中而手電筒中的小燈泡卻能持續(xù)發(fā)光的小燈泡卻能持續(xù)發(fā)光, ,這是這是為什么為什么?一、電流的形成一、電流的形成1 1、電流：、電流：電荷的電荷的定向移動定向移動形成電流形成電流電荷的電荷的熱運動熱運動，從宏觀上看，不能形成電流，從宏觀上看，不能形成電流金屬導(dǎo)體金屬導(dǎo)體自由電子自由電子電電 解解 液液正、負離子正、負離子-ba-a+_b_水流ab連通器水勢a水勢b導(dǎo)體中產(chǎn)生電流的條件導(dǎo)體中產(chǎn)生電流的條件: :導(dǎo)體中自由電子

2、的定向移導(dǎo)體中自由電子的定向移動使兩個帶電體成為等勢動使兩個帶電體成為等勢體，達到靜電平衡，導(dǎo)線體，達到靜電平衡，導(dǎo)線r r中會產(chǎn)生一個中會產(chǎn)生一個瞬時瞬時電流電流-ba-a+_b_抽水機抽水機水流ab連通器水勢a水勢b導(dǎo)體中產(chǎn)生電流的條件導(dǎo)體中產(chǎn)生電流的條件: :導(dǎo)體兩端存在導(dǎo)體兩端存在電勢差電勢差導(dǎo)體中自由電子的定向移導(dǎo)體中自由電子的定向移動使兩個帶電體成為等勢動使兩個帶電體成為等勢體，達到靜電平衡，導(dǎo)線體，達到靜電平衡，導(dǎo)線r r中會產(chǎn)生一個中會產(chǎn)生一個瞬時瞬時電流電流2 2、電流的形成條件、電流的形成條件：（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電 解解

3、液液正、負離子正、負離子（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，導(dǎo)體內(nèi)建當(dāng)導(dǎo)體兩端存在電壓時，導(dǎo)體內(nèi)建立了電場，導(dǎo)體中的自由電荷在電場力立了電場，導(dǎo)體中的自由電荷在電場力的作用下發(fā)生定向移動，形成電流的作用下發(fā)生定向移動，形成電流-+a+_b_p-二、電源二、電源1 1、電源：能把自由電子從、電源：能把自由電子從正極正極搬到搬到負極負極的裝置的裝置2 2、作用：、作用：保持保持導(dǎo)體兩端的電勢差導(dǎo)體兩端的電勢差( (電壓電壓) ) 使導(dǎo)體中有使導(dǎo)體中有持續(xù)持續(xù)的電流的電流. .拓展拓展:電源電源p把電子從把電子從a搬運到搬運到b的過程中的過程中,電子的電勢電子的電勢能如

4、何變化能如何變化?從能量的角度看發(fā)揮了怎樣的作用？從能量的角度看發(fā)揮了怎樣的作用？ab連通器水勢a水勢b抽水機抽水機水流 導(dǎo)線中電子為什么能從電源的負極導(dǎo)線中電子為什么能從電源的負極 沿導(dǎo)線沿導(dǎo)線定向移到正極定向移到正極?思考思考在有電源的電路中在有電源的電路中,導(dǎo)線內(nèi)部的電場又有何特點導(dǎo)線內(nèi)部的電場又有何特點?-+a+_b_p假設(shè)在電源正、負假設(shè)在電源正、負極之間連一根導(dǎo)線極之間連一根導(dǎo)線mne0ffnft導(dǎo)線中的電場導(dǎo)線中的電場-+a+_b_p假設(shè)在電源正、負假設(shè)在電源正、負極之間連一根導(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

5、的電場方向的電場導(dǎo)體內(nèi)的電場線保持和導(dǎo)線平行導(dǎo)體內(nèi)的電場線保持和導(dǎo)線平行導(dǎo)線中的電場導(dǎo)線中的電場-+a+_b_p-導(dǎo)線內(nèi)的電場，是由電源、導(dǎo)線等電路元導(dǎo)線內(nèi)的電場，是由電源、導(dǎo)線等電路元件所積累的電荷共同形成的。盡管這些電荷件所積累的電荷共同形成的。盡管這些電荷也在運動，但也在運動，但有的流走了，另外的又來補充有的流走了，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)所以電荷的分布是穩(wěn)定的，電場的分布也穩(wěn)定定恒定電場恒定電場由由穩(wěn)定分布穩(wěn)定分布的電荷產(chǎn)生的的電荷產(chǎn)生的穩(wěn)定穩(wěn)定的電場的電場稱為稱為恒定電場恒定電場.三、恒定電場三、恒定電場恒定電場恒定電場電場強度不變電場強度不變串一個電流

6、表串一個電流表, ,讀數(shù)不會變讀數(shù)不會變自由電子定向運動的自由電子定向運動的平均速率平均速率不變不變恒定電流恒定電流由于恒定電場的作用由于恒定電場的作用,導(dǎo)體中自由電導(dǎo)體中自由電荷定向運動的速率增加荷定向運動的速率增加;而在運動過程而在運動過程中會與導(dǎo)體內(nèi)不動的粒子碰撞從而減速中會與導(dǎo)體內(nèi)不動的粒子碰撞從而減速,因此因此自由電荷定向運動的平均速率不隨自由電荷定向運動的平均速率不隨時間變化時間變化.如果我們在這個電路中串聯(lián)如果我們在這個電路中串聯(lián)一個電流表一個電流表,電流表的讀數(shù)保持恒定電流表的讀數(shù)保持恒定.大小方向都大小方向都不隨時間變化不隨時間變化的電流的電流稱為稱為恒定電流恒定電流四、恒定

7、電流四、恒定電流 表示電流的強弱程度表示電流的強弱程度 1、定義定義:通過導(dǎo)體橫截面的通過導(dǎo)體橫截面的電量電量q跟通過這些跟通過這些電量所用電量所用時間時間t的的比值比值叫做電流叫做電流 2、定義式定義式:i= q / t 3、單位單位:國際單位國際單位 安培安培(a) 1a=1c/s 常用單位：毫安（常用單位：毫安（ma）、微安（）、微安（a） 4、方向方向:正電荷定向移動的方向正電荷定向移動的方向五、電流五、電流1、在金屬導(dǎo)體中，若、在金屬導(dǎo)體中，若10s內(nèi)通過橫截面的電量內(nèi)通過橫截面的電量為為10c，則導(dǎo)體中的電流為，則導(dǎo)體中的電流為_a課堂練習(xí)課堂練習(xí)2、一條導(dǎo)線中的電流為、一條導(dǎo)線中

8、的電流為1.6a，在，在1秒內(nèi)通過這秒內(nèi)通過這條導(dǎo)線某一橫截面積的電子有條導(dǎo)線某一橫截面積的電子有 個個解：解： q=it=1.6c n=q/e=1.6/1.6x10-19=1019個個討論討論tqi/2解：qqs正電荷向左通過橫截面正電荷向左通過橫截面s s負電荷向右通過橫截面負電荷向右通過橫截面s在在t t時間內(nèi)時間內(nèi)通過橫截面通過橫截面s的等效電流的等效電流i=？課堂練習(xí)課堂練習(xí)3、某電解槽橫截面積為、某電解槽橫截面積為0.5m2，若，若10s內(nèi)沿相內(nèi)沿相反方向通過橫截面的正負離子的電量均為反方向通過橫截面的正負離子的電量均為10c，則電解液中的電流為，則電解液中的電流為_a（1 1）適

9、用于）適用于任何電荷任何電荷的定向移動形成的電流。的定向移動形成的電流。（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）的定向移動方向的定向移動方向相反相反；（3 3）在）在電解液中電解液中，電流方向與，電流方向與正離子正離子定向移動定向移動方向方向相同相同，與，與負離子負離子走向移動方向走向移動方向相反相反導(dǎo)電導(dǎo)電時，是正負離子向相反方向定向移動形成電流，時，是正負離子向相反方向定向移動形成電流，電量電量q q表示通過截面的正、負離子表示通過截面的正、負離子電量電量絕對值絕對值之和之和。注意：注意：理論探究：決定電流大小的微觀量理論探究：決定電流大

10、小的微觀量 在加有電壓的一段粗細均勻的導(dǎo)體在加有電壓的一段粗細均勻的導(dǎo)體ad上選取上選取兩個截面兩個截面b和和c，設(shè)導(dǎo)體的橫截面積為，設(shè)導(dǎo)體的橫截面積為s導(dǎo)體導(dǎo)體每單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)為每單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)為n，每個電荷的，每個電荷的電荷量為電荷量為q，電荷的定向移動速率為，電荷的定向移動速率為v 則在時間則在時間t 內(nèi)處于相距為內(nèi)處于相距為 vt 的兩截面的兩截面b、c間的所有自由電荷將通過截面間的所有自由電荷將通過截面c 知：知： s為導(dǎo)線的橫截面積為導(dǎo)線的橫截面積 n為為單位體積內(nèi)單位體積內(nèi)自由電荷的個數(shù)自由電荷的個數(shù) q為為每個每個自由自由電荷的電荷量電荷的電荷量 v為自由電荷的

11、定向移動速率為自由電荷的定向移動速率求：通過導(dǎo)體的電流求：通過導(dǎo)體的電流i?解：在時間解：在時間t內(nèi)通過導(dǎo)體內(nèi)通過導(dǎo)體 某截面的電量為某截面的電量為: q=(vts)nq 所形成的電流為所形成的電流為: i=q/t=nqsv 4、有一條橫截面積、有一條橫截面積s=1mm2的銅導(dǎo)線的銅導(dǎo)線,通過的電通過的電流流i=1a,已知銅的密度已知銅的密度=8.9103kg/m3,銅的摩爾銅的摩爾質(zhì)量質(zhì)量m=6.410- -2kg/mol,阿伏加德羅常數(shù)阿伏加德羅常數(shù)na=6.021023mol- -1,電子的電量電子的電量e=- -1.610- -19c,求銅導(dǎo)線中自由電子定向移動的速率求銅導(dǎo)線中自由電子

12、定向移動的速率.可認為銅可認為銅導(dǎo)線中平均每個銅原子貢獻一個自由電子導(dǎo)線中平均每個銅原子貢獻一個自由電子.aimvsn e57.5 10/m s課堂練習(xí)課堂練習(xí)三個速率三個速率 思考：如果認為電子的定向運動速思考：如果認為電子的定向運動速率就是電流的傳導(dǎo)速率，和我們的率就是電流的傳導(dǎo)速率，和我們的生活經(jīng)驗是否相符？怎樣解釋？生活經(jīng)驗是否相符？怎樣解釋？ 電子定向移動的速率約電子定向移動的速率約 10- -5 m/s， 電子熱運動的平均速率電子熱運動的平均速率 10 5 m/s， 電場的傳播速率電場的傳播速率 310 8 m/s.1、電流的形成條件：、電流的形成條件： （1）存在）存在自由電荷自

13、由電荷;（2）存在）存在電壓電壓.2、電源、電源:把自由電子從把自由電子從正極正極搬到搬到負極負極的裝置的裝置. 電源的作用：電源的作用：提供提供持續(xù)持續(xù)的電壓的電壓.3、恒定電場、恒定電場:由穩(wěn)定分布的電荷產(chǎn)生穩(wěn)定的電場由穩(wěn)定分布的電荷產(chǎn)生穩(wěn)定的電場.4、恒定電流、恒定電流:大小方向都不變大小方向都不變的電流的電流.5、電流、電流:表示表示電流的強弱程度電流的強弱程度的物理量的物理量. （1）定義式）定義式 i=q / t （2）決定式）決定式 小結(jié)小結(jié)nqsvi n n為單位體積內(nèi)自由電荷個數(shù)為單位體積內(nèi)自由電荷個數(shù) s s為導(dǎo)體橫截面積為導(dǎo)體橫截面積v v為自由電荷定向移動速率為自由電荷

14、定向移動速率 q q為每個自由電荷的電量為每個自由電荷的電量5、關(guān)于電流的方向，下列敘述中正確的是、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金屬導(dǎo)體中電流的方向就是自由電子定向移動的方向動的方向b在電解質(zhì)溶液中有自由的正離子和負離子，在電解質(zhì)溶液中有自由的正離子和負離子，電流方向不能確定電流方向不能確定c不論何種導(dǎo)體，電流的方向規(guī)定為正電荷定不論何種導(dǎo)體，電流的方向規(guī)定為正電荷定向移動的方向向移動的方向d電流的方向有時與正電荷定向移動的方向相電流的方向有時與正電荷定向移動的方向相同，有時與負電荷定向移動的方向相同同，有時與負電荷定向移動的方向相同c課堂練習(xí)課堂

15、練習(xí) 6、某電解質(zhì)溶液，如果在、某電解質(zhì)溶液，如果在1 s內(nèi)共有內(nèi)共有5.01018個二價正離子和個二價正離子和1.01019個個一價負離子通過某橫截面，那么通過一價負離子通過某橫截面，那么通過電解質(zhì)溶液的電流強度是多大？電解質(zhì)溶液的電流強度是多大？3.2 a 課堂練習(xí)課堂練習(xí) 7、氫原子的核外只有一個電子，、氫原子的核外只有一個電子，設(shè)電子在離原子核距離為設(shè)電子在離原子核距離為r的圓軌的圓軌道上做勻速圓周運動。已知電子的道上做勻速圓周運動。已知電子的電荷量為電荷量為e，運動速率為，運動速率為v，求電子，求電子繞核運動的繞核運動的等效電流等效電流多大？多大？revtqi2課堂練習(xí)課堂練習(xí)a、手

16、電筒中小燈泡的工作電流是手電筒中小燈泡的工作電流是0.25a。b、電子手表工作時，液晶顯示屏的電流為電子手表工作時，液晶顯示屏的電流為 0.2a左右。左右。c、彩色電視機工作時，彩色電視機工作時， 屏幕為屏幕為21吋，電源的工作電流為吋，電源的工作電流為0.4a左右；左右； 屏幕為屏幕為29 吋吋, 電源的工作電流為電源的工作電流為1a左右。左右。d、50hz的交流電，人能感觸到的觸電電流為的交流電，人能感觸到的觸電電流為 1ma，能夠自行擺脫電源的觸電電流為，能夠自行擺脫電源的觸電電流為 10ma，觸電電流達到，觸電電流達到50ma以上，將引起心以上，將引起心 室顫動。因此，國際電工委員會規(guī)定的室顫動。因此，國際電工委員會規(guī)定的安全電安全電流流（擺脫電流）為（擺脫電流）為10ma。你知道嗎你知道嗎?作業(yè)：作業(yè)：p43 2、38、來自質(zhì)子源的質(zhì)子（初速度為零），經(jīng)、來自質(zhì)子源的質(zhì)子（初速度為零），經(jīng)一加速電壓為一加速電壓為800kv的直線加速器加速，形的直線加速器加速，形成電