恒定電流課件

1、 物理選修物理選修3-13-1第二章恒定電流第二章恒定電流 雷鳴電閃時(shí)雷鳴電閃時(shí), ,強(qiáng)大的電流使天強(qiáng)大的電流使天空發(fā)出耀眼的閃光空發(fā)出耀眼的閃光, ,但它只能存在但它只能存在于一瞬間于一瞬間, ,而手電筒中的小燈泡卻而手電筒中的小燈泡卻能持續(xù)發(fā)光能持續(xù)發(fā)光, ,這是為什么這是為什么? ?導(dǎo)體中的自由電荷在電場(chǎng)力的作用下發(fā)生導(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)形成電流定向移動(dòng)形成電流. (瞬時(shí)電流瞬時(shí)電流) 1、電流的形成、電流的形成2 2、持續(xù)電流的形成、持續(xù)電流的形成倘若在倘若在A,BA,B之間連接一個(gè)裝置之間連接一個(gè)裝置P,P,作用是不斷地把電子從作用是不斷地把電子從A A搬運(yùn)到

2、搬運(yùn)到B B，使，使ABAB之間始終存在一定的電場(chǎng)，從而保持持續(xù)電流。之間始終存在一定的電場(chǎng)，從而保持持續(xù)電流。裝置P電源-BA-A+_B_等勢(shì)體等勢(shì)體導(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(shì)差電勢(shì)差A(yù)B水池導(dǎo)體中自由電子的定向?qū)w中自由電子的定向移動(dòng)使兩個(gè)帶電體成為移動(dòng)使兩個(gè)帶電體成為等勢(shì)體等勢(shì)體, ,達(dá)到靜電平衡，達(dá)到靜電平衡，導(dǎo)線導(dǎo)線R R中會(huì)產(chǎn)生一個(gè)瞬時(shí)中會(huì)產(chǎn)生一個(gè)瞬時(shí)電流電流抽水機(jī)抽水機(jī)-+A A+_B B_P P-電源電源1.1.能把自由電子從正極搬到負(fù)極的裝置能把自由電子從正極搬到負(fù)極的裝置. .2.2.作用作用: :保持導(dǎo)體兩端的電勢(shì)差保持導(dǎo)體

3、兩端的電勢(shì)差( (電壓電壓),),使電路有持續(xù)的電流使電路有持續(xù)的電流. .-+A+_B_P假設(shè)在電源正、負(fù)極假設(shè)在電源正、負(fù)極之間連一根導(dǎo)線之間連一根導(dǎo)線MNE0FFnFt二二. .導(dǎo)線中的電場(chǎng)導(dǎo)線中的電場(chǎng)-+A+_B_P假設(shè)在電源正、負(fù)極假設(shè)在電源正、負(fù)極之間連一根導(dǎo)線之間連一根導(dǎo)線MNE0FFnFtMNE0E0E MNE導(dǎo)線內(nèi)很導(dǎo)線內(nèi)很快形成沿快形成沿導(dǎo)線方向?qū)Ь€方向的電場(chǎng)的電場(chǎng)二二. .導(dǎo)線中的電場(chǎng)導(dǎo)線中的電場(chǎng)導(dǎo)體內(nèi)的電場(chǎng)線保持和導(dǎo)線平行導(dǎo)體內(nèi)的電場(chǎng)線保持和導(dǎo)線平行（1 1）存在自由電荷）存在自由電荷 金屬導(dǎo)體金屬導(dǎo)體自由電子自由電子 電解液電解液正、負(fù)離子正、負(fù)離子（2 2）導(dǎo)體兩端

4、存在電壓）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，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)的電流使導(dǎo)體中有持續(xù)的電流 我們?cè)谏弦徽轮性?jīng)得出結(jié)我們?cè)谏弦徽轮性?jīng)得出結(jié)論論: :在靜電平衡時(shí)在靜電平衡時(shí), ,導(dǎo)體內(nèi)部的場(chǎng)強(qiáng)導(dǎo)體內(nèi)部的場(chǎng)強(qiáng)為零為零, ,導(dǎo)體上任意兩點(diǎn)之間的電勢(shì)導(dǎo)體上任意兩點(diǎn)之間的電勢(shì)差為零差為零( (等勢(shì)體等勢(shì)體).).這與我們現(xiàn)在的這與我們現(xiàn)在的說(shuō)法有矛盾嗎說(shuō)法有矛盾嗎? ?為

5、什么為什么? ?思考題思考題 導(dǎo)線內(nèi)的電場(chǎng)，是由電導(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，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)的分布也分布是穩(wěn)定的，電場(chǎng)的分布也穩(wěn)定。穩(wěn)定。-恒定電場(chǎng)恒定電場(chǎng) 由穩(wěn)定分布的電荷產(chǎn)生由穩(wěn)定分布的電荷產(chǎn)生穩(wěn)定的電場(chǎng)稱(chēng)為恒定電場(chǎng)穩(wěn)定的電場(chǎng)稱(chēng)為恒定電場(chǎng). .恒定電場(chǎng)恒定電場(chǎng)電場(chǎng)強(qiáng)度不變電場(chǎng)強(qiáng)度不變自由電子在各個(gè)位置的定向運(yùn)動(dòng)速率也不變自由電子在各個(gè)位置的定向運(yùn)動(dòng)速率也不變串一個(gè)電流表串一個(gè)電流表, ,讀

6、數(shù)不會(huì)變讀數(shù)不會(huì)變( (恒定電流恒定電流) )電流：電流：1、 定義：定義： 用單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電量表示電流強(qiáng)弱用單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電量表示電流強(qiáng)弱 2、 公式：公式：Itq 4 、 方向：正電荷定向移動(dòng)的方向方向：正電荷定向移動(dòng)的方向 金屬導(dǎo)體中電流的方向與自由電子定向移動(dòng)的方向相反。金屬導(dǎo)體中電流的方向與自由電子定向移動(dòng)的方向相反。 可得可得tqI 3、 單位：安培單位：安培 A 其他單位其他單位 mA A例題例題1 1: :某電解池，如果在某電解池，如果在1s中內(nèi)共有中內(nèi)共有5.01018個(gè)二價(jià)正個(gè)二價(jià)正離子和離子和5.01018個(gè)一價(jià)負(fù)電子通過(guò)某橫截面，那么通個(gè)一價(jià)負(fù)

7、電子通過(guò)某橫截面，那么通過(guò)這個(gè)橫截面的電流強(qiáng)度是多大？過(guò)這個(gè)橫截面的電流強(qiáng)度是多大？答案：答案：1.6A解：設(shè)自由電子定向移動(dòng)的速率是解：設(shè)自由電子定向移動(dòng)的速率是v通過(guò)橫截面的電荷量是通過(guò)橫截面的電荷量是eNMneqAvtS由tqI 得MeIAvSN從中解出SNAIMve代入數(shù)值后得 v =7.5 10-5 m/s 一段粗細(xì)均勻的導(dǎo)體長(zhǎng)為一段粗細(xì)均勻的導(dǎo)體長(zhǎng)為l,兩端加一定的電壓，自由電兩端加一定的電壓，自由電荷定向移動(dòng)的速率為荷定向移動(dòng)的速率為v,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)體每導(dǎo)體每單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)為單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)為n，每個(gè)自由電荷量為每個(gè)自由電荷量為q。-A

8、B總電量總電量電荷總數(shù)電荷總數(shù)nqSvnlSql/v vNqtQIl/v vvtvsv例3.有一條橫截面積有一條橫截面積S=1mmS=1mm2 2 的銅導(dǎo)線，通過(guò)的電的銅導(dǎo)線，通過(guò)的電流流I=1A .I=1A .已知銅的密度已知銅的密度=8.9=8.910103 3 kg/m kg/m3 3 ，銅，銅的摩爾質(zhì)量的摩爾質(zhì)量M=6.02M=6.021010-2 -2 kg/mol kg/mol，阿伏加德羅，阿伏加德羅常數(shù)常數(shù)NA=6.62NA=6.6210 10 2323mol-1mol-1，電子的電量，電子的電量e=-1.6 e=-1.6 10 10 -19-19 C C 。求求: :銅導(dǎo)線中自

9、由電子定向移動(dòng)的速率銅導(dǎo)線中自由電子定向移動(dòng)的速率AIMvSN e57.5 10/m s答案： 如果認(rèn)為電子的定向運(yùn)動(dòng)速率就如果認(rèn)為電子的定向運(yùn)動(dòng)速率就是電流的傳導(dǎo)速率，和我們的生活是電流的傳導(dǎo)速率，和我們的生活經(jīng)驗(yàn)是否相符？怎樣解釋?zhuān)拷?jīng)驗(yàn)是否相符？怎樣解釋?zhuān)?電子定向移動(dòng)的速率約電子定向移動(dòng)的速率約10 10 -5-5 m/sm/s， 電子熱運(yùn)動(dòng)的平均速率電子熱運(yùn)動(dòng)的平均速率10 10 5 5 m/sm/s， 電場(chǎng)的傳播速率電場(chǎng)的傳播速率3 310 10 8 8 m/sm/s. .（1）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）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

10、到電場(chǎng)力作用而定向移動(dòng)形成電流。（對(duì)整體而言）受到電場(chǎng)力作用而定向移動(dòng)形成電流。（對(duì)整體而言）（2）電子定向移動(dòng)速率，其大小與電流有關(guān)，一般每秒為）電子定向移動(dòng)速率，其大小與電流有關(guān)，一般每秒為10-2 -10-3m的數(shù)量級(jí)。的數(shù)量級(jí)。（對(duì)每個(gè)電子而言）（對(duì)每個(gè)電子而言）(3)電子熱運(yùn)動(dòng)速率，任何微觀粒子都做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，其速度與電子熱運(yùn)動(dòng)速率，任何微觀粒子都做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，其速度與 溫度有關(guān)，通常情況為每秒幾百米。溫度有關(guān)，通常情況為每秒幾百米。1 1、形成電流的條件：、形成電流的條件： （1 1）存在自由電荷（）存在自由電荷（2 2）導(dǎo)體兩端存在電壓）導(dǎo)體兩端存在電壓2 2、電源的作用：提供持續(xù)的電壓、電源的作用：提供持續(xù)的電壓3 3、導(dǎo)線中的電場(chǎng)、導(dǎo)線中的電場(chǎng): :導(dǎo)線內(nèi)的電場(chǎng)線保持和導(dǎo)線平行導(dǎo)線內(nèi)的電場(chǎng)線保持和導(dǎo)線平行. . ( (恒定電場(chǎng)恒定電場(chǎng)) )4 4、恒定電流、恒定電流: :大小方向都不隨時(shí)間變化的電流大小方向都不隨時(shí)間變化的電流. .5 5、電流、電流: :表示電流的強(qiáng)弱程度的物理量表示電流的強(qiáng)弱程度的物理量. . （1 1）定義式）定義