穩(wěn)恒電流與電路PPT學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1v前言前言(Preface)v電流電流 穩(wěn)恒電流穩(wěn)恒電流 v直流電路直流電路 v歐姆定律歐姆定律 焦耳定律焦耳定律 v電阻的串聯(lián)和并聯(lián)電阻的串聯(lián)和并聯(lián) v電流、電壓和電阻的測量電流、電壓和電阻的測量 v電源和電動勢電源和電動勢 v基爾霍夫方程組基爾霍夫方程組 第四章第四章 穩(wěn)恒電流和電路穩(wěn)恒電流和電路作簡單扼要介紹作簡單扼要介紹第1頁/共87頁 前言（前言（Preface)一、本章的基本內(nèi)容及研究思路一、本章的基本內(nèi)容及研究思路: 對于穩(wěn)恒電流和電路的基本概念和基本規(guī)律，同對于穩(wěn)恒電流和電路的基本概念和基本規(guī)律，同學(xué)們在中學(xué)已有一定的認(rèn)識，并能夠利用它們計算一學(xué)們在中學(xué)已有一定的認(rèn)識，

2、并能夠利用它們計算一些簡單電路。本章一方面要從場的觀點來認(rèn)識電流所些簡單電路。本章一方面要從場的觀點來認(rèn)識電流所遵循的基本規(guī)律，另一方面通過學(xué)習(xí)新知識使同學(xué)們遵循的基本規(guī)律，另一方面通過學(xué)習(xí)新知識使同學(xué)們系統(tǒng)掌握穩(wěn)恒電流和電路的規(guī)律。要從理論和實際應(yīng)系統(tǒng)掌握穩(wěn)恒電流和電路的規(guī)律。要從理論和實際應(yīng)用兩方面加以提高。用兩方面加以提高。 理論上的提高：理論上的提高：1 1）用場的觀點來闡述穩(wěn)恒電流原）用場的觀點來闡述穩(wěn)恒電流原理，導(dǎo)出我們已熟悉的公式；理，導(dǎo)出我們已熟悉的公式；2 2）對金屬導(dǎo)電的微觀機(jī)）對金屬導(dǎo)電的微觀機(jī)制作出說明，從而對直流電路的規(guī)律有更深入一步的制作出說明，從而對直流電路的規(guī)律

3、有更深入一步的認(rèn)識；認(rèn)識；3 3）由）由穩(wěn)恒電場的兩條基本規(guī)律推出基爾霍夫第穩(wěn)恒電場的兩條基本規(guī)律推出基爾霍夫第一、第二定律一、第二定律。第2頁/共87頁 實際應(yīng)用上：正確運用基爾霍夫定律求解復(fù)雜電實際應(yīng)用上：正確運用基爾霍夫定律求解復(fù)雜電路。穩(wěn)恒電路的計算，基本上是求電路中各元件上路。穩(wěn)恒電路的計算，基本上是求電路中各元件上電壓、電流及功率的分配，通過惠斯登電橋、電位電壓、電流及功率的分配，通過惠斯登電橋、電位差計等典型電路的分析，掌握處理復(fù)雜電路的方法差計等典型電路的分析，掌握處理復(fù)雜電路的方法。二、本章的基本要求二、本章的基本要求：1.1.確切理解確切理解電流密度矢量和電動勢電流密度矢量

4、和電動勢兩個重要的基兩個重要的基本概念；本概念；2.2.了解穩(wěn)恒電場的概念及其與靜電場的異同；了解穩(wěn)恒電場的概念及其與靜電場的異同；3.3.掌握掌握運用歐姆定律（主要是一段含源電路的歐運用歐姆定律（主要是一段含源電路的歐姆定律）和基爾霍夫定律姆定律）和基爾霍夫定律求解電路的基本方法；求解電路的基本方法；4.4.掌握惠斯登電橋平衡的條件，理解利用電位差掌握惠斯登電橋平衡的條件，理解利用電位差計測電源電動勢的原理。計測電源電動勢的原理。第3頁/共87頁一、電流強(qiáng)度和電流密度一、電流強(qiáng)度和電流密度第一：要有可以移動的電荷；第一：要有可以移動的電荷；第二：要有維持電荷作定向移動的電場。第二：要有維持電

5、荷作定向移動的電場。電流強(qiáng)度電流強(qiáng)度 4.1 穩(wěn)恒電流穩(wěn)恒電流(恒定電流恒定電流) 電荷的定向流動形成電流。人們規(guī)定電荷的定向流動形成電流。人們規(guī)定正電荷流正電荷流動方向為電流的方向動方向為電流的方向，這樣，在導(dǎo)體中，電流的方，這樣，在導(dǎo)體中，電流的方向總是沿著電場的方向，從高電位處指向低電位處向總是沿著電場的方向，從高電位處指向低電位處。第4頁/共87頁方向：方向：正電荷定向的移動方向正電荷定向的移動方向單位時間內(nèi)通過導(dǎo)體中某截面的電荷單位時間內(nèi)通過導(dǎo)體中某截面的電荷tqI 大?。捍笮。?. 1. 電流強(qiáng)度電流強(qiáng)度( (簡稱電流簡稱電流) ) ：I電流強(qiáng)度電流強(qiáng)度 dtdqdI dtdqI

6、第5頁/共87頁A10mA101A63單位：單位：安培安培1sC1A1恒定電流（直流電）：恒定電流（直流電）：導(dǎo)體中通過任一截面的電流強(qiáng)度不隨時間變化導(dǎo)體中通過任一截面的電流強(qiáng)度不隨時間變化（I I = = 恒量）。恒量）。維持穩(wěn)定電流的條件是在導(dǎo)體內(nèi)部建立穩(wěn)定電場 產(chǎn)生恒定電場的電荷分布必須不隨時間變化產(chǎn)生恒定電場的電荷分布必須不隨時間變化 恒定電場和靜電場相同，也遵守靜電場恒定電場和靜電場相同，也遵守靜電場的高斯定理和環(huán)路定理。的高斯定理和環(huán)路定理。 結(jié)論結(jié)論：第6頁/共87頁2、電流密度、電流密度 描述導(dǎo)體內(nèi)各點的電描述導(dǎo)體內(nèi)各點的電流分布情況流分布情況j 電流強(qiáng)度雖然能從整體上描寫通過

7、導(dǎo)體的電流的強(qiáng)弱，但卻不能描寫導(dǎo)體中每一點的電流情況。在通常的電路問題中，一般引入電流強(qiáng)度概念就可以了，可是，在實際中有時會遇到電流在大塊導(dǎo)體中流動的情形（如電阻法勘探問題），這時電流強(qiáng)度雖然能從整體上描寫通過導(dǎo)體的電流的強(qiáng)弱，但卻不能描寫導(dǎo)體中每一點的電流情況。在通常的電路問題中，一般引入電流強(qiáng)度概念就可以了，可是，在實際中有時會遇到電流在大塊導(dǎo)體中流動的情形（如電阻法勘探問題），這時導(dǎo)體的不同部分電流的大小和方向都不一樣，形成一定的電流分布導(dǎo)體的不同部分電流的大小和方向都不一樣，形成一定的電流分布（與河水流動很相似）；此外，在迅變交流電中，由于趨膚效應(yīng)，即使在很細(xì)的導(dǎo)線中電流沿橫截面也有一

8、定的分布，因此，僅有電流強(qiáng)度的概念是不夠的，還必須引入能夠細(xì)致描述電流分布的物理量（與河水流動很相似）；此外，在迅變交流電中，由于趨膚效應(yīng)，即使在很細(xì)的導(dǎo)線中電流沿橫截面也有一定的分布，因此，僅有電流強(qiáng)度的概念是不夠的，還必須引入能夠細(xì)致描述電流分布的物理量電流密度矢量電流密度矢量j（矢量點函數(shù)）。（矢量點函數(shù)）。第7頁/共87頁幾種典型的電流分布幾種典型的電流分布粗細(xì)均勻的粗細(xì)均勻的金屬導(dǎo)體金屬導(dǎo)體粗細(xì)不均勻粗細(xì)不均勻的金屬導(dǎo)線的金屬導(dǎo)線半球形接地電半球形接地電極附近的電流極附近的電流電流密度電流密度 第8頁/共87頁幾種典型的電流分布幾種典型的電流分布電阻法勘探礦電阻法勘探礦藏時的電流藏時

9、的電流同軸電纜中同軸電纜中的漏電流的漏電流電流密度電流密度 第9頁/共87頁電流密度：電流密度：導(dǎo)體中導(dǎo)體中單位時間單位時間內(nèi)通過垂直于電流方向內(nèi)通過垂直于電流方向單位面積單位面積的電量為導(dǎo)體中某點處電流密度的電量為導(dǎo)體中某點處電流密度 的大的大小，小， 的方向為該點正電荷定向運動的方向的方向為該點正電荷定向運動的方向。 jj記住記住| |limjISdIdSdqdt dSS0第10頁/共87頁 大?。捍笮。簡挝粫r間單位時間內(nèi)通過該點附近，垂直于正內(nèi)通過該點附近，垂直于正電荷運動方向的電荷運動方向的單位面積單位面積的電荷的電荷方向：該點正電荷運動方向方向：該點正電荷運動方向coscossIst

10、QstQsIjQsjneSjSjIcos則有則有所以通過任一截面所以通過任一截面S電流電流SsdjI電流密度電流密度 電流密度電流密度記住記住記住記住記住記住第11頁/共87頁電流強(qiáng)度是單位時間內(nèi)通過某曲面的總電量，電流強(qiáng)度是單位時間內(nèi)通過某曲面的總電量，也是電流密度也是電流密度對該曲面的通量。對該曲面的通量。j 在電流流動的區(qū)域中，各點的在電流流動的區(qū)域中，各點的組成一個組成一個 矢量場，稱電流場，可用電流線描寫電流場的矢量場，稱電流場，可用電流線描寫電流場的 分布分布。電流密度是矢量，是對某電流密度是矢量，是對某點點說的。說的。它的數(shù)值它的數(shù)值等于通過某點而且與電流方向垂直的單位面積等于通

11、過某點而且與電流方向垂直的單位面積上的電流強(qiáng)度，其方向就是該點電流強(qiáng)度的方上的電流強(qiáng)度，其方向就是該點電流強(qiáng)度的方向。向。j 電流密度電流密度 第12頁/共87頁二二. 電流連續(xù)性方程和恒定電流電流連續(xù)性方程和恒定電流電荷守恒定律：電荷守恒定律：在孤立系統(tǒng)中，總電荷量保持不變。在孤立系統(tǒng)中，總電荷量保持不變。在有電荷流動的導(dǎo)體內(nèi)任區(qū)一閉合曲面在有電荷流動的導(dǎo)體內(nèi)任區(qū)一閉合曲面S，neSdjS電流連續(xù)性方程電流連續(xù)性方程 表示在單位時間內(nèi)從表示在單位時間內(nèi)從S面內(nèi)流出面內(nèi)流出的電荷量。的電荷量。 ssdj設(shè)時間設(shè)時間dt內(nèi)內(nèi)S面內(nèi)的電量的增面內(nèi)的電量的增量為量為dq，則在單位時間內(nèi)，則在單位時間

12、內(nèi)S面內(nèi)的電量減少為面內(nèi)的電量減少為dtdq第13頁/共87頁 上式是電荷守恒定律的數(shù)學(xué)表述，又稱上式是電荷守恒定律的數(shù)學(xué)表述，又稱電流連電流連續(xù)性方程續(xù)性方程。tqSjSddd 單位時間內(nèi)通過單位時間內(nèi)通過S向外凈流出的電荷量應(yīng)等于同一段時間內(nèi)向外凈流出的電荷量應(yīng)等于同一段時間內(nèi)S內(nèi)電荷量的減少。內(nèi)電荷量的減少。記住記住第14頁/共87頁SSdjI 0 正電荷向面外遷移正電荷向面外遷移,面內(nèi)電量減少面內(nèi)電量減少 0，隨溫度升高而增大；有些導(dǎo)體（碳）：在某一段溫度范圍內(nèi)隨溫度升高而增大；有些導(dǎo)體（碳）：在某一段溫度范圍內(nèi),0，隨溫度升高而降低；有些金屬（康銅、錳銅等）：隨溫度升高而降低；有些金

13、屬（康銅、錳銅等）： 適合于制造標(biāo)準(zhǔn)電阻。適合于制造標(biāo)準(zhǔn)電阻。 有些材料有些材料0很小，是良導(dǎo)體，可制作導(dǎo)線；有些材料很小，是良導(dǎo)體，可制作導(dǎo)線；有些材料0較大，可制作電阻器。較大，可制作電阻器。 1911年，荷蘭物理學(xué)家昂納斯在研究低溫下的金屬電阻時，發(fā)現(xiàn)汞在年，荷蘭物理學(xué)家昂納斯在研究低溫下的金屬電阻時，發(fā)現(xiàn)汞在4.15k（0K=-2730C）時，電阻突然消失，這種現(xiàn)象叫做）時，電阻突然消失，這種現(xiàn)象叫做超導(dǎo)現(xiàn)象超導(dǎo)現(xiàn)象。電阻消失時的溫度稱為臨界溫度（轉(zhuǎn)變溫度），昂納斯由于首先發(fā)現(xiàn)了物質(zhì)的超導(dǎo)電性，獲。電阻消失時的溫度稱為臨界溫度（轉(zhuǎn)變溫度），昂納斯由于首先發(fā)現(xiàn)了物質(zhì)的超導(dǎo)電性，獲1913

14、年的諾貝爾獎。從那時起，科研工作者便開始研究超導(dǎo)機(jī)理并找尋更高轉(zhuǎn)變溫度的超導(dǎo)材料，主要是常溫超導(dǎo)材料。年的諾貝爾獎。從那時起，科研工作者便開始研究超導(dǎo)機(jī)理并找尋更高轉(zhuǎn)變溫度的超導(dǎo)材料，主要是常溫超導(dǎo)材料。o第28頁/共87頁 4.3.3 歐姆定律的微分形式歐姆定律的微分形式dSdlR1Edll dEdUjdSSdjdIEdSdSdlEdlRdUjdS1具有普遍意義，不僅適用于穩(wěn)恒電場，具有普遍意義，不僅適用于穩(wěn)恒電場，也適用非穩(wěn)恒電場也適用非穩(wěn)恒電場 它反映了導(dǎo)體內(nèi)部任一點的電流密度于它反映了導(dǎo)體內(nèi)部任一點的電流密度于該點的電場強(qiáng)度的關(guān)系該點的電場強(qiáng)度的關(guān)系 dSdIjdl凡是凡是 Ej 式成

15、立的介質(zhì)稱為線性介質(zhì)或歐姆介質(zhì)。式成立的介質(zhì)稱為線性介質(zhì)或歐姆介質(zhì)。Ej記住記住第29頁/共87頁ABES 取一段細(xì)長的均勻載流取一段細(xì)長的均勻載流導(dǎo)線導(dǎo)線AB，長為，長為l，橫截面積為，橫截面積為S，這段導(dǎo)線上不存在非靜電，這段導(dǎo)線上不存在非靜電力。力。 BAlEd其中其中SlR 是這段導(dǎo)線的電阻。是這段導(dǎo)線的電阻。歐姆（歐姆（G.S.Ohm)G.S.Ohm)定律微分與積分形式的等效性定律微分與積分形式的等效性ljBAdlSSjBAdlSIBAd IR U第30頁/共87頁 1900年特魯?shù)拢晏佤數(shù)拢≒.Drude）首先提出用金屬）首先提出用金屬中自由電子的運動來解釋金屬導(dǎo)電性問題，以后洛

16、中自由電子的運動來解釋金屬導(dǎo)電性問題，以后洛倫茲進(jìn)一步發(fā)展了特魯?shù)碌母拍?，建立了金屬的?jīng)倫茲進(jìn)一步發(fā)展了特魯?shù)碌母拍睿⒘私饘俚慕?jīng)典電子理論。典電子理論。金屬導(dǎo)電的經(jīng)典電子理論的基本框架金屬導(dǎo)電的經(jīng)典電子理論的基本框架金屬中的正離子按一定的方式排列為晶格；金屬中的正離子按一定的方式排列為晶格；從原子中分離出來的外層電子成為自由電子；從原子中分離出來的外層電子成為自由電子；自由電子的性質(zhì)與理想氣體中的分子相似，形成自由電子的性質(zhì)與理想氣體中的分子相似，形成 自由電子氣；自由電子氣；大量自由電子的定向漂移形成電流。大量自由電子的定向漂移形成電流。經(jīng)典電子理論及微分形式的由來經(jīng)典電子理論及微分形式

17、的由來第31頁/共87頁+金屬中的離子與自由電子示意圖金屬中的離子與自由電子示意圖金屬中的離子與自由電子示意圖金屬中的離子與自由電子示意圖第32頁/共87頁第33頁/共87頁第34頁/共87頁n因此無規(guī)熱運因此無規(guī)熱運動速度的矢量動速度的矢量和為零。和為零。n而電子與晶格而電子與晶格碰撞又不斷破碰撞又不斷破壞定向運動壞定向運動 v第35頁/共87頁memEFan假定電子與晶格點陣只要碰撞一次，它所獲得的定假定電子與晶格點陣只要碰撞一次，它所獲得的定向速度就消失，接著又重新開始作定向初速度為零向速度就消失，接著又重新開始作定向初速度為零的加速運動的加速運動自由程自由程 n設(shè)電子在兩次碰撞之間的平

18、均飛行時間為設(shè)電子在兩次碰撞之間的平均飛行時間為 ，則在，則在第二次碰撞之前，電子所獲得的定向速度為第二次碰撞之前，電子所獲得的定向速度為 Eaume1Euuume2)(2110初速初速0vf1Euvme2一個自由程內(nèi)速度與加速一個自由程內(nèi)速度與加速度方向一致，解釋了度方向一致，解釋了j與與E處處方向一致處處方向一致第36頁/共87頁ujneneStuq)(StqjS0limStneStuS)(lim0une考慮方向考慮方向第37頁/共87頁qnudSdtdQdIudtqndSdQqnudSdIjIdSun udt第38頁/共87頁T1ujneEuvme2EjvmNe22Tv n只能定性地說明

19、電子的導(dǎo)電規(guī)律。由它算出的電導(dǎo)只能定性地說明電子的導(dǎo)電規(guī)律。由它算出的電導(dǎo) 率與實驗數(shù)據(jù)相差甚遠(yuǎn)率與實驗數(shù)據(jù)相差甚遠(yuǎn)n經(jīng)典理論在解釋電子的運動時存在不可克服的困難經(jīng)典理論在解釋電子的運動時存在不可克服的困難 正確的導(dǎo)電理論只能建立在量子理論的基礎(chǔ)上正確的導(dǎo)電理論只能建立在量子理論的基礎(chǔ)上 第39頁/共87頁4. 3.4 焦耳定律焦耳定律焦耳熱：焦耳熱：電流通過導(dǎo)體時電流通過導(dǎo)體時放出的熱量叫做焦耳熱。放出的熱量叫做焦耳熱。焦耳熱的成因：焦耳熱的成因：自由電子在電場作用下，因電場自由電子在電場作用下，因電場力對電子做功，經(jīng)過一段自由程后，將獲得定向力對電子做功，經(jīng)過一段自由程后，將獲得定向動能，

20、這部分能量在電子與晶格相碰撞的過程中動能，這部分能量在電子與晶格相碰撞的過程中不斷地傳給金屬的晶格，使晶格的熱運動加劇而不斷地傳給金屬的晶格，使晶格的熱運動加劇而溫度升高，從而以焦耳熱的形式散布出來。溫度升高，從而以焦耳熱的形式散布出來。焦耳定律焦耳定律楞次楞次焦耳焦耳第40頁/共87頁*熱功率密度熱功率密度P：單位時間、單位體積內(nèi)的焦耳熱。單位時間、單位體積內(nèi)的焦耳熱。單位時間內(nèi)電場力對一個自由電子做功單位時間內(nèi)電場力對一個自由電子做功設(shè)單位體積內(nèi)有設(shè)單位體積內(nèi)有 n 個自由電子，則單位時間內(nèi)的總功個自由電子，則單位時間內(nèi)的總功vEevF vEnep 由由vnejEj和和 2EEjp 上式稱

21、為上式稱為焦耳焦耳-楞次定律的微分形式楞次定律的微分形式，表明焦耳熱，表明焦耳熱的熱功率密度與場強(qiáng)平方成正比，也與電導(dǎo)率成正比的熱功率密度與場強(qiáng)平方成正比，也與電導(dǎo)率成正比。焦耳焦耳- -楞次定律楞次定律記住記住記住記住第41頁/共87頁焦耳定律焦耳定律pVtA 電流的功率為電流的功率為在在t 時間內(nèi)電流的功也即導(dǎo)體放出的熱量為時間內(nèi)電流的功也即導(dǎo)體放出的熱量為 把焦耳定律應(yīng)用于一段導(dǎo)把焦耳定律應(yīng)用于一段導(dǎo)線，其體積為線，其體積為Sl，在，在 t 時間內(nèi)時間內(nèi)，電場的焦耳熱為，電場的焦耳熱為ABEjS)(BAVVItAP tVVIPtQBA)( 焦耳焦耳- -楞次定律楞次定律jESlttElj

22、S)(tVVIBA)( 第42頁/共87頁ABES根據(jù)歐姆定律，導(dǎo)體發(fā)熱可寫為根據(jù)歐姆定律，導(dǎo)體發(fā)熱可寫為tVVIQBA)( tRVVBA2)( RtI2 上式就是上式就是焦耳焦耳-楞次定律的表達(dá)式楞次定律的表達(dá)式，是焦耳、，是焦耳、楞次各自獨立地從實驗中發(fā)現(xiàn)的。楞次各自獨立地從實驗中發(fā)現(xiàn)的。焦耳焦耳- -楞次定律楞次定律記住記住第43頁/共87頁電功率電功率RIIUP2記住記住第44頁/共87頁例題例題 一銅質(zhì)導(dǎo)線的截面積為一銅質(zhì)導(dǎo)線的截面積為3 10-6m2，-其中通有其中通有電流電流10A。試估算導(dǎo)線中自由電子平均漂移速率的。試估算導(dǎo)線中自由電子平均漂移速率的數(shù)量級。數(shù)量級。 32833

23、3231048. 8105 .631095. 81002. 6 mmMNnA解：解： 設(shè)每個銅原子有一個自由電子，那么銅線設(shè)每個銅原子有一個自由電子，那么銅線內(nèi)單位體積中的自由電子數(shù)為內(nèi)單位體積中的自由電子數(shù)為n=NA/M，式中，式中NA是阿伏加德羅常數(shù)，是阿伏加德羅常數(shù)，M是銅的摩爾質(zhì)量，而是銅的摩爾質(zhì)量，而是銅是銅的密度，即的密度，即歐姆（歐姆（G.S.Ohm)G.S.Ohm)定律定律 第45頁/共87頁neSIv 自由電子的定向漂移速度為自由電子的定向漂移速度為sm/)103()106 . 1 ()1048. 8(1061928 sm /1046.24 歐姆（歐姆（G.S.Ohm)G.S

24、.Ohm)定律定律 第46頁/共87頁 雖然自由電子的平均漂移速度遠(yuǎn)小于熱運動的雖然自由電子的平均漂移速度遠(yuǎn)小于熱運動的平均速度，但是電鍵一接通，以光速傳播的電場就平均速度，但是電鍵一接通，以光速傳播的電場就迅速地在導(dǎo)線中建立起來，驅(qū)使所有的自由電子作迅速地在導(dǎo)線中建立起來，驅(qū)使所有的自由電子作定向漂移，因此導(dǎo)線中的電流幾乎同時產(chǎn)生。定向漂移，因此導(dǎo)線中的電流幾乎同時產(chǎn)生。歐姆（歐姆（G.S.Ohm)G.S.Ohm)定律定律 第47頁/共87頁AB+EEAB+kF電源：電源：提供非靜電力的裝置提供非靜電力的裝置 如圖，在導(dǎo)體中有穩(wěn)恒電流流動就不能單靠靜電場，必須有如圖，在導(dǎo)體中有穩(wěn)恒電流流動就

25、不能單靠靜電場，必須有非靜電力非靜電力把正電荷從把正電荷從負(fù)極板搬到正極板負(fù)極板搬到正極板才能在導(dǎo)體兩端維持有穩(wěn)恒的電勢差，在導(dǎo)體中有穩(wěn)恒的電場及穩(wěn)恒的電流。才能在導(dǎo)體兩端維持有穩(wěn)恒的電勢差，在導(dǎo)體中有穩(wěn)恒的電場及穩(wěn)恒的電流。kF非靜電力非靜電力:+q 靜電力靜電力(電場力電場力) 使正電荷從高電位使正電荷從高電位(電源正電源正極極)到低電位到低電位(電源負(fù)極電源負(fù)極) 。非靜電力欲使正電荷從低電位到高電位。非靜電力欲使正電荷從低電位到高電位。+q第48頁/共87頁+q 提供非靜電力的裝置就是電源，如化學(xué)電池、硅（硒）太陽能電池、發(fā)電機(jī)等。實際上電源是把能量轉(zhuǎn)換為電能的裝置。提供非靜電力的裝置

26、就是電源，如化學(xué)電池、硅（硒）太陽能電池、發(fā)電機(jī)等。實際上電源是把能量轉(zhuǎn)換為電能的裝置。水池水池泵泵第49頁/共87頁qFEkk 非靜電力：非靜電力： 能把正電荷從電勢較低點能把正電荷從電勢較低點（如電源負(fù)極板）送到電勢較高點（如電源負(fù)極板）送到電勢較高點（如電源正極板）的作用力稱為非靜電如電源正極板）的作用力稱為非靜電力，記作力，記作Fk。+非靜電場強(qiáng)非靜電場強(qiáng)記住記住q第50頁/共87頁 AB內(nèi)電路：內(nèi)電路：電源內(nèi)部正負(fù)兩電源內(nèi)部正負(fù)兩極之間的電路。極之間的電路。外電路：外電路：電源外部正負(fù)兩電源外部正負(fù)兩極之間的電路。極之間的電路。 內(nèi)外電路形成閉合電路時，正電荷由內(nèi)外電路形成閉合電路時

27、，正電荷由電源電源正極流正極流出，經(jīng)外電路流入出，經(jīng)外電路流入電源電源負(fù)極，又從負(fù)極，又從電源電源負(fù)極經(jīng)內(nèi)電路流到負(fù)極經(jīng)內(nèi)電路流到電源電源正極，形成恒定電流，保持了電流線的閉合性。正極，形成恒定電流，保持了電流線的閉合性。導(dǎo)體內(nèi)恒定電場的建立導(dǎo)體內(nèi)恒定電場的建立 電源的電動勢電源的電動勢正電荷正電荷記住記住內(nèi)電路內(nèi)電路第51頁/共87頁 *在導(dǎo)體內(nèi)形成恒定電流必須在導(dǎo)體內(nèi)建立一個恒在導(dǎo)體內(nèi)形成恒定電流必須在導(dǎo)體內(nèi)建立一個恒定電場，保持兩點間電勢差不變。定電場，保持兩點間電勢差不變。 把從把從B經(jīng)導(dǎo)線到達(dá)經(jīng)導(dǎo)線到達(dá)A的電的電子重新送回子重新送回B(等效于把從等效于把從A經(jīng)經(jīng)導(dǎo)線到達(dá)導(dǎo)線到達(dá)B 正

28、電荷送回正電荷送回A)，就，就可以維持可以維持A、B間電勢差不變間電勢差不變。 完成這一過程不能依靠靜電力完成這一過程不能依靠靜電力，必須有一種提供，必須有一種提供非靜電力非靜電力的裝置的裝置，即電源。，即電源。 電源不斷消耗其它形式的能量克服靜電力做功。電源不斷消耗其它形式的能量克服靜電力做功。電源的電動勢電源的電動勢 AB正電荷正電荷第52頁/共87頁AB+EEAB+kF電源：電源：提供非靜電力的裝置提供非靜電力的裝置第53頁/共87頁4.4.2 電動勢電動勢, 一段含源電路的歐姆定律一段含源電路的歐姆定律 qdlEqql dFqAkkdd 電源迫使正電荷電源迫使正電荷dq從負(fù)極經(jīng)電源內(nèi)部

29、移動到正從負(fù)極經(jīng)電源內(nèi)部移動到正極所做的功為極所做的功為dA，電源的，電源的電動勢電動勢為為l dEl dEkABk或l dEk)0(l dEk外 非靜電力非靜電力 非靜電場強(qiáng)非靜電場強(qiáng) kFqFEkk電動勢電動勢記住記住第54頁/共87頁電動勢的指向電動勢的指向(方向方向)： 通常自通常自電源負(fù)極電源負(fù)極經(jīng)經(jīng)內(nèi)電路內(nèi)電路至至正極正極的指向（電源內(nèi)部電勢升高方向）的指向（電源內(nèi)部電勢升高方向） 物理意義：物理意義：單位正電荷從電源負(fù)極經(jīng)內(nèi)單位正電荷從電源負(fù)極經(jīng)內(nèi)電路移至正極時非靜電場作功；非靜電場電路移至正極時非靜電場作功；非靜電場沿閉合電路上的環(huán)流；或單位正電荷繞閉沿閉合電路上的環(huán)流；或單位

30、正電荷繞閉合回路一周，非靜電力所作的功。合回路一周，非靜電力所作的功。記住記住第55頁/共87頁導(dǎo)體內(nèi)恒定電場的建立導(dǎo)體內(nèi)恒定電場的建立 電源的電動勢電源的電動勢電動勢描述電路中電動勢描述電路中非靜電力做功本領(lǐng)非靜電力做功本領(lǐng)電勢差描述電路中電勢差描述電路中靜電力做功靜電力做功電勢差電勢差電動勢電動勢l dEl dEkABkabbaabl dEl dEVVV bal dE第56頁/共87頁一段含源電路的歐姆定律一段含源電路的歐姆定律 ABCRiR,I電源放電電源放電歐歐 姆姆 電壓電壓=電勢差電勢差=電勢之差電勢之差, 所以必須是沿著電勢降落所以必須是沿著電勢降落 的方向電壓才是正的的方向電壓

31、才是正的!C I DC I D C I DIRUCDIRUCDIRIRVViBA第57頁/共87頁ABCRiR,I電源充電電源充電第58頁/共87頁若若I=0，則，則iBAIRVV電源放電，端電壓低于電動勢。電源放電，端電壓低于電動勢。iBAIRVV 電源充電，端電壓高于電動勢。電源充電，端電壓高于電動勢。若若R=0，則，則 BAVV電路斷開，端電壓等于電動勢。電路斷開，端電壓等于電動勢。若若AB接在一起，形成接在一起，形成閉合電路，則閉合電路，則ABRiR,IiRRI iRR 總電阻總電阻 閉合電路中的電流等于電源的電閉合電路中的電流等于電源的電動勢與總電阻之比。動勢與總電阻之比。閉合電路閉

32、合電路歐姆定律歐姆定律 一段含源電路的歐姆定律一段含源電路的歐姆定律 記住記住第59頁/共87頁一段含多個電源的電路的歐姆定律一段含多個電源的電路的歐姆定律ABC2R22,iR1I1R3R2I3I11,iR33,iR IRVVBA正負(fù)號選取規(guī)則：正負(fù)號選取規(guī)則： 任意選取線積分路徑方向，寫出初末兩端點的任意選取線積分路徑方向，寫出初末兩端點的電勢差；對于電阻，電流的方向與積分路徑方向相電勢差；對于電阻，電流的方向與積分路徑方向相同，電流取正號同，電流取正號(IR取正號取正號)，反之為負(fù)；電動勢指向，反之為負(fù)；電動勢指向與積分路徑方向相同，電動勢取正號，反之為負(fù)。與積分路徑方向相同，電動勢取正號

33、，反之為負(fù)。一段含源電路的歐姆定律一段含源電路的歐姆定律 記住記住第60頁/共87頁ABC2R22,iR1I1R3R2I3I11,iR33,iR一段含源電路的歐姆定律一段含源電路的歐姆定律 VA-VB=I1(R1+Ri1)+1-I2Ri2-2-I2R2+3-I2Ri3第61頁/共87頁例題例題 在圖所示的電路中，已知電在圖所示的電路中，已知電池池A電動勢電動勢 A=24V，內(nèi)電阻，內(nèi)電阻RiA=2，電池，電池B電動勢電動勢 B=12V ，內(nèi)電阻內(nèi)電阻RiB=1 ，外電阻，外電阻R=3 。試計算試計算 IRB3421IIA（1）電路中的電流；）電路中的電流； （2）電池）電池A的端電壓的端電壓U

34、12； （3）電池）電池B的端電壓的端電壓U34 ； （4）電池）電池A消耗的化學(xué)能功率及所輸出的有效功率消耗的化學(xué)能功率及所輸出的有效功率； （5）輸入電池）輸入電池B的功率及轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能的功率；的功率及轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能的功率； （6）電阻）電阻R所產(chǎn)生的熱功率。所產(chǎn)生的熱功率。一段含源電路的歐姆定律一段含源電路的歐姆定律 第62頁/共87頁AARRRIiBiABA21231224 （2）設(shè)所選定的積分路徑自）設(shè)所選定的積分路徑自1經(jīng)過電池經(jīng)過電池A 而到而到2，應(yīng)，應(yīng)用一段含源電路的歐姆定律得用一段含源電路的歐姆定律得電流的指向如圖中箭頭所示的方向。電流的指向如圖中箭頭所示的方向。解：解： （

35、1）應(yīng)用閉合電路的歐姆定律得）應(yīng)用閉合電路的歐姆定律得VVIRVVU20)24(222112 IRB3421IIA一段含源電路的歐姆定律一段含源電路的歐姆定律 第63頁/共87頁計算結(jié)果表示計算結(jié)果表示1處的電勢處的電勢V1高高于于2處的電勢處的電勢V2 。 現(xiàn)在再從現(xiàn)在再從1342這一積分路徑這一積分路徑來計算來計算1、2之間的電勢差。得之間的電勢差。得 VVIRVVU20)12(1322112 所得結(jié)果與前相同。所得結(jié)果與前相同。IRB3421IIA一段含源電路的歐姆定律一段含源電路的歐姆定律 第64頁/共87頁VVIRVVU14)12(124334 （3）設(shè)所選定的積分順序）設(shè)所選定的積

36、分順序方向自方向自3經(jīng)過電池經(jīng)過電池B 而到而到4，仍應(yīng)用一段含源電路的，仍應(yīng)用一段含源電路的歐姆定律得歐姆定律得（4）由電動勢的定義可知，當(dāng)電源中通有電流）由電動勢的定義可知，當(dāng)電源中通有電流I時，電源作功的功率為時，電源作功的功率為IRB3421IIA一段含源電路的歐姆定律一段含源電路的歐姆定律 第65頁/共87頁電池電池A所消耗的化學(xué)能功率所消耗的化學(xué)能功率P1=I A=2 24W=48W，而其輸出功率而其輸出功率P2=IU12=2 20W=40W ，消耗于內(nèi)，消耗于內(nèi)阻的功率阻的功率P3=I 2RiA=4 2W=8W。 P3等于等于P1減去減去P2。IdtdqdtdAP IRB3421

37、IIA一段含源電路的歐姆定律一段含源電路的歐姆定律 第66頁/共87頁IRB3421IIA（6）電阻）電阻R上的熱功率上的熱功率 P7=I 2R=4 3W=12W。（5）輸入電池）輸入電池B的功率的功率P4=IU34=14 2W=28W ，其中變化為化學(xué)能的功率，其中變化為化學(xué)能的功率P5=I B=12 2W=24W ，消耗于內(nèi)阻的功率，消耗于內(nèi)阻的功率P5= P4 - P5 =I 2RiB=4W。 最后應(yīng)當(dāng)指出：按能量最后應(yīng)當(dāng)指出：按能量守恒定律，電池守恒定律，電池A所消耗的所消耗的化學(xué)能功率，應(yīng)等于電池化學(xué)能功率，應(yīng)等于電池B中轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能的功率以及中轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能的功率以及消耗在外電阻和兩

38、電池內(nèi)電消耗在外電阻和兩電池內(nèi)電阻上的熱功率。阻上的熱功率。一段含源電路的歐姆定律一段含源電路的歐姆定律 第67頁/共87頁復(fù)雜電路：復(fù)雜電路：不能化解為等效的電不能化解為等效的電阻串、并聯(lián)電路的組合，含有較阻串、并聯(lián)電路的組合，含有較復(fù)雜的分支和節(jié)點的電路。復(fù)雜的分支和節(jié)點的電路。復(fù)雜電路的基本方程：復(fù)雜電路的基本方程：基爾霍夫定律?；鶢柣舴蚨?。ABC2R22,iR1I1R3R2I3I11,iR33,iR33,iR44,iR4RD基爾霍夫基爾霍夫(G.R.Kirchhoff)(G.R.Kirchhoff)定律定律基爾霍夫基爾霍夫記住記住第68頁/共87頁ABC2R22,iR1I1R3R2I

39、3I11,iR33,iR44,iR4RD節(jié)點：節(jié)點：三條或三條以上通電導(dǎo)線的會合點。三條或三條以上通電導(dǎo)線的會合點?；鶢柣舴虻谝欢桑夯鶢柣舴虻谝欢桑涸谌我还?jié)點處，流向節(jié)點的電在任一節(jié)點處，流向節(jié)點的電流和流出節(jié)點的電流的代數(shù)和等于零。流和流出節(jié)點的電流的代數(shù)和等于零。 0I基爾霍夫基爾霍夫(G.R.Kirchhoff)(G.R.Kirchhoff)定律定律記住記住第69頁/共87頁ABC2R22,iR1I1R3R2I3I11,iR33,iR44,iR4RD基爾霍夫第二定律：基爾霍夫第二定律：沿任一閉合回路中電動勢的代沿任一閉合回路中電動勢的代數(shù)和等于回路中電阻上電勢降落的代數(shù)和。數(shù)和等于回

40、路中電阻上電勢降落的代數(shù)和。 IR基爾霍夫基爾霍夫(G.R.Kirchhoff)(G.R.Kirchhoff)定律定律第70頁/共87頁（1）如果電路中有如果電路中有n個節(jié)點，那么只有個節(jié)點，那么只有(n-1)個相個相互互 獨立的節(jié)點電流方程。獨立的節(jié)點電流方程。（2）新選定的回路中，至少應(yīng)有一段電路是已選新選定的回路中，至少應(yīng)有一段電路是已選 回路中未曾出現(xiàn)過的。回路中未曾出現(xiàn)過的。（3）獨立方程的個數(shù)應(yīng)等于未知數(shù)的個數(shù)。獨立方程的個數(shù)應(yīng)等于未知數(shù)的個數(shù)。（4）每一電路上電流的方向可以任意假定，解出每一電路上電流的方向可以任意假定，解出 的結(jié)果若為負(fù)，則說明電流的方向與假定的的結(jié)果若為負(fù)，則

41、說明電流的方向與假定的 相反。相反?；鶢柣舴蚧鶢柣舴?G.R.Kirchhoff)(G.R.Kirchhoff)定律定律第71頁/共87頁正負(fù)號選取規(guī)則：正負(fù)號選取規(guī)則： 任意選取線積分路徑方向，寫出初末兩端點的任意選取線積分路徑方向，寫出初末兩端點的電勢差；對于電阻，電流的方向與積分路徑方向相電勢差；對于電阻，電流的方向與積分路徑方向相同，電流取正號同，電流取正號(IR取正號取正號)，反之為負(fù)；電動勢指向，反之為負(fù)；電動勢指向與積分路徑相同，電動勢取正號，反之為負(fù)。與積分路徑相同，電動勢取正號，反之為負(fù)。 IR第72頁/共87頁（1）惠斯通電橋）惠斯通電橋ABCADR1IR0R2I3IiR,

42、xRD4I5IDCRKIG基爾霍夫方程組的應(yīng)用基爾霍夫方程組的應(yīng)用第73頁/共87頁ABCADR1IR0R2I3IiR,xRD4I5IDCRKIG應(yīng)用第一定律，得節(jié)點方程組應(yīng)用第一定律，得節(jié)點方程組節(jié)點節(jié)點A021 III節(jié)點節(jié)點B0153 III節(jié)點節(jié)點D0254 III基爾霍夫方程組的應(yīng)用基爾霍夫方程組的應(yīng)用第74頁/共87頁ABCADR1IR0R2I3IiR,xRD4I5IDCRKIG應(yīng)用第二定律，得回路方程組應(yīng)用第二定律，得回路方程組回路回路ADCKA：)(42RRIRIRIiDCAD 回路回路ABGDA：ADGxRIRIRI2510 回路回路BCDGB：GCDRIRIRI54030

43、基爾霍夫方程組的應(yīng)用基爾霍夫方程組的應(yīng)用第75頁/共87頁解上面六個方程組成的方程組，可以得到各電流。解上面六個方程組成的方程組，可以得到各電流。ABCADR1IR0R2I3IiR,xRD4I5IDCRKIG實驗時，調(diào)節(jié)實驗時，調(diào)節(jié)D的位置，使的位置，使G中電流為零，電橋平衡，中電流為零，電橋平衡，此時此時D移動至移動至O的位置。的位置。4231,IIII AOxRIRI21 OCRIRI201 代入回路方程代入回路方程得得OCAOxRRRR0 基爾霍夫方程組的應(yīng)用基爾霍夫方程組的應(yīng)用第76頁/共87頁 電勢差計是測量未知電動勢的一種裝置，通常電勢差計是測量未知電動勢的一種裝置，通常也叫電位差

44、計或電位計。也叫電位差計或電位計。ABCR1IEI 0I0DR KIGixR,節(jié)點節(jié)點A：00III 回路回路ABCDA：RIIRIRGix 則則GixRRRRII 0平衡時，平衡時，I=0，則，則RIx0 基爾霍夫方程組的應(yīng)用基爾霍夫方程組的應(yīng)用第77頁/共87頁比較法測量未知電動勢比較法測量未知電動勢ABCR1IEI 0I0DR KIGixR, 接入待測電動勢時，平衡時電阻為接入待測電動勢時，平衡時電阻為Rx；在完全；在完全不加變動的線路中，用標(biāo)準(zhǔn)電動勢代替未知電動勢不加變動的線路中，用標(biāo)準(zhǔn)電動勢代替未知電動勢，平衡時電阻為，平衡時電阻為RS，則有則有xxRI0 ssRI0 則有則有sxs

45、xRR 基爾霍夫方程組的應(yīng)用基爾霍夫方程組的應(yīng)用第78頁/共87頁一、二端網(wǎng)絡(luò)的概念一、二端網(wǎng)絡(luò)的概念 二端網(wǎng)絡(luò)：電路中任意劃出來的有兩個引出端的部分。二端網(wǎng)絡(luò)：電路中任意劃出來的有兩個引出端的部分。 無源二端網(wǎng)絡(luò)：網(wǎng)絡(luò)內(nèi)不含電源。無源二端網(wǎng)絡(luò)：網(wǎng)絡(luò)內(nèi)不含電源。 有源二端網(wǎng)絡(luò)：網(wǎng)絡(luò)內(nèi)含有電源。有源二端網(wǎng)絡(luò)：網(wǎng)絡(luò)內(nèi)含有電源。 二端網(wǎng)絡(luò)電流：二端網(wǎng)絡(luò)引出線上的電流。二端網(wǎng)絡(luò)電流：二端網(wǎng)絡(luò)引出線上的電流。 二端網(wǎng)絡(luò)電壓：二端網(wǎng)絡(luò)兩端之間的電壓。二端網(wǎng)絡(luò)電壓：二端網(wǎng)絡(luò)兩端之間的電壓。 線性網(wǎng)絡(luò)：由線性元件組成的網(wǎng)絡(luò)。線性網(wǎng)絡(luò)：由線性元件組成的網(wǎng)絡(luò)。二、無源二端網(wǎng)絡(luò)二、無源二端網(wǎng)絡(luò) 無源二端網(wǎng)絡(luò)可以等效

46、為一個電阻。無源二端網(wǎng)絡(luò)可以等效為一個電阻。三、有源二端網(wǎng)絡(luò)三、有源二端網(wǎng)絡(luò) 有源二端網(wǎng)絡(luò)可以等效為一個恒壓源與一個電阻的串聯(lián)（戴維南定理）?；蛘叩刃橐粋€恒流源與一個電阻的并聯(lián)（諾頓定理）。有源二端網(wǎng)絡(luò)可以等效為一個恒壓源與一個電阻的串聯(lián)（戴維南定理）?；蛘叩刃橐粋€恒流源與一個電阻的并聯(lián)（諾頓定理）。第79頁/共87頁4.7 接觸電勢差接觸電勢差 溫差電動勢溫差電動勢1）接觸電勢差）接觸電勢差什么是接觸電勢差？什么是接觸電勢差？兩種不同的金屬緊密接觸在一起時，兩金屬間會出現(xiàn)一定的電兩種不同的金屬緊密接觸在一起時，兩金屬間會出現(xiàn)一定的電勢差，這種電勢差稱為接觸電勢差。勢差，這種電勢差稱為接觸

47、電勢差。接觸電勢差是怎樣產(chǎn)生的？接觸電勢差是怎樣產(chǎn)生的？時當(dāng)時當(dāng)A、B兩種金屬尚未接觸兩種金屬尚未接觸WEF0 勢阱深度勢阱深度 費米能量費米能量 逸出功逸出功 BAWW 在自由電子的數(shù)密度相等溫度相在自由電子的數(shù)密度相等溫度相同情況下同情況下,從金屬從金屬A逸出的電子多逸出的電子多從金屬從金屬B逸出的電子少逸出的電子少AWBWFBFA第80頁/共87頁當(dāng)當(dāng)A、B兩種金屬緊密接觸時：兩種金屬緊密接觸時：)(BAABeWW)(1ABBAWWe接觸電勢差來自兩金屬逸出功的不同。接觸電勢差來自兩金屬逸出功的不同。當(dāng)緊密接觸的當(dāng)緊密接觸的A、B兩種金屬自由電兩種金屬自由電子密度不同時：固擴(kuò)散導(dǎo)致電荷遷子密度不同時：固擴(kuò)散導(dǎo)致電荷遷移，使兩金屬間出現(xiàn)電勢差。移，使兩金屬間出現(xiàn)電勢差。BABAnnekTlnFABAWABWW FBBW+-第81頁/共87頁21212)(21)(TTbTTa3）溫差電偶溫度計）溫差電偶溫度計接觸電動勢接觸電動勢2）溫差電動勢）溫差電動勢當(dāng)構(gòu)成回