高中二年級(jí)上學(xué)期物理《電源和電流》教學(xué)課件

電源與電流第三章機(jī)械波一電源三電動(dòng)勢(shì)二恒定電流一、電源（1）電源可使導(dǎo)線中的自由電荷在靜電力作用下發(fā)生定向移動(dòng)形成電流；（2）電源能“搬運(yùn)”電荷，保持導(dǎo)線兩端的電勢(shì)差，從而使電路中保持持續(xù)的電流。定義：電源是通過(guò)內(nèi)部非靜電力做功把其他形式轉(zhuǎn)化為電勢(shì)能得裝置。電源的作用：①提供穩(wěn)定的電勢(shì)差；②把其他形式的能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿醚b置。內(nèi)阻：電源內(nèi)部也是由導(dǎo)體組成的，也有電阻，叫作電源的內(nèi)阻，它是電源的另一個(gè)重要參數(shù)。一、電源描述電源的物理量：電動(dòng)勢(shì)電動(dòng)勢(shì)定義電動(dòng)勢(shì)在數(shù)值上等于非靜電力把1C的正電荷在電源內(nèi)從負(fù)極移送到正極所做的功。（電動(dòng)勢(shì)在數(shù)值上等于電源未接入電路時(shí)兩極的電勢(shì)差）表達(dá)式物理意義反映電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化成電能的本領(lǐng)大小的物理量，由電源的性質(zhì)本身決定。說(shuō)明電動(dòng)勢(shì)是描述電源本身性質(zhì)的物理量，并非電勢(shì)差二、恒定電流

微觀表達(dá)式：對(duì)于導(dǎo)體有I=nqvS，其中n為單位體積內(nèi)的自由電子個(gè)數(shù)，S為導(dǎo)體的橫截面積，q為自由電荷的電荷量，v為自由電荷的定向移動(dòng)速率。注：此公式適用于金屬導(dǎo)體。導(dǎo)體中有電流時(shí)的三種速率（1）電場(chǎng)傳播速率（或電流傳導(dǎo)速率）：它等于光速，電路一旦接通，電源就以光速在電路中各處建立了電場(chǎng)，整個(gè)電路上的電子幾乎同時(shí)受到電場(chǎng)力的作用而做定向移動(dòng)。（2）無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)速率，常溫下電子熱運(yùn)動(dòng)速率的數(shù)量級(jí)約為105m/s。（3）自由電荷定向移動(dòng)速率：它與導(dǎo)體中的電流，橫截面積大小以及自由電荷的密度有關(guān)。電路中電子定向移動(dòng)速率的數(shù)量級(jí)約為10-4m/s——10-5m/s。電流微觀表達(dá)式推導(dǎo)過(guò)程根據(jù)電流的定義：?jiǎn)挝粫r(shí)間通過(guò)橫截面積的電荷量。即I=Q/t取單位時(shí)間為研究過(guò)程通過(guò)橫截面積的帶電粒子所占的體積為vS這個(gè)體積內(nèi)所包含的帶電粒子數(shù)為nvS這些粒子所帶的總電荷量nqvS因此，在研究的單位時(shí)間內(nèi)容，通過(guò)橫截面積的電荷量為I=Q/t=nqvS/1，即I=nqSv。重點(diǎn)由電源，開(kāi)關(guān)，可變電阻器構(gòu)成的電路模型。在閉合電路中，電動(dòng)勢(shì)勢(shì)維持電流流動(dòng)的電學(xué)量，電動(dòng)勢(shì)的方向規(guī)定為電源內(nèi)部，從電源的負(fù)極指向電源的這正極，電動(dòng)勢(shì)等于路端電壓與電壓之和，用公式表示即。E=U路+U內(nèi)=IR+Ir式中，U路表示路端電壓（即電源加在外電路端的電壓）；U內(nèi)表示電壓（即電池因內(nèi)阻自行消耗的電壓）；I表示閉合電路的電流；R表示外電路總電阻（簡(jiǎn)稱(chēng)外阻）；r表示電源的內(nèi)阻。對(duì)于確定的電源來(lái)說(shuō)，電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r都是一定的。若閉合電路中外電阻R增大，電流I偏會(huì)減小，內(nèi)電壓U內(nèi)減小，故路端電壓U路增大。若閉合電路中外電阻R減小，電流I便會(huì)增大，內(nèi)電壓U內(nèi)增大，故路端電壓U路減小，當(dāng)外電路斷開(kāi)，外電阻R無(wú)限大，電流I便會(huì)為零，內(nèi)電壓U內(nèi)也變?yōu)榱?，此時(shí)路端電壓就等于電源的電動(dòng)勢(shì)。知識(shí)精講由電池，開(kāi)關(guān)，燈泡組層的電路模型，當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，電路形成通路，電池的電動(dòng)勢(shì)形成了電壓，繼而產(chǎn)生了電場(chǎng)力，在電場(chǎng)力的作用下，處于電場(chǎng)內(nèi)的電子便會(huì)定向移動(dòng)，這就形成了電流。思維升華電壓的區(qū)別也就是與電勢(shì)差的區(qū)別電壓與電勢(shì)差是一樣的概念電壓與電動(dòng)勢(shì)是兩個(gè)不同的物理量，電動(dòng)勢(shì)是表明電源的一種特性的物理量，而電壓表明的是電場(chǎng)中兩點(diǎn)間電勢(shì)的差值。但它們的單位都是伏特（V），而且斷路時(shí)的路端電壓等于電源電動(dòng)勢(shì)。電動(dòng)勢(shì)與電勢(shì)差（電壓）是容易混淆的兩個(gè)概念。電動(dòng)勢(shì)是表示非靜電力把單位正電荷從負(fù)極經(jīng)電源內(nèi)部移到正極所做的功與電荷量的比值；而電勢(shì)差則表示靜電力把單位正電荷從電場(chǎng)中的某一點(diǎn)移到另一點(diǎn)所做的功與電荷量的比值。它們是完全不同的兩個(gè)概念。雖然電動(dòng)勢(shì)與電勢(shì)差（電壓）有區(qū)別，但電動(dòng)勢(shì)和電勢(shì)差一樣都是標(biāo)量。對(duì)于給定的電源來(lái)說(shuō)，不管外電阻是多少，電源的電動(dòng)勢(shì)總是不變的，而電源的路端電壓則是隨著外電阻的變化而變化的，它是表征外電路性質(zhì)的物理量。電動(dòng)勢(shì)和電壓雖然具有相同的單位，但它們是本質(zhì)不同的兩個(gè)物理量。（1）它們描述的對(duì)象不同：電動(dòng)勢(shì)是電源具有的，是描述電源將其他形式的能量轉(zhuǎn)化為電能本領(lǐng)的物理量，電壓是反映電場(chǎng)力做功本領(lǐng)的物理量。（2）物理意義不同：電動(dòng)勢(shì)在數(shù)值上等于將單位電量正電荷從電源負(fù)極移到正極的過(guò)程中，其他形式的能量轉(zhuǎn)化成的電能的多少；而電壓在數(shù)值上等于移動(dòng)單位電量正電荷時(shí)電場(chǎng)力作的功，就是將電能轉(zhuǎn)化成的其他形式能量的多少。它們都反映了能量的轉(zhuǎn)化，但轉(zhuǎn)化的過(guò)程是不一樣的。（3）二者做功的力不同：電壓是電場(chǎng)中兩點(diǎn)間的電勢(shì)差值,電場(chǎng)力在電場(chǎng)中移動(dòng)單位正電荷所做的功就是電勢(shì)差,即電壓,W=UQ是電場(chǎng)力做的功,可見(jiàn)電壓U是與電場(chǎng)力做功相聯(lián)系的.電動(dòng)勢(shì)是反映電源非靜電力做功這種特性的,它的數(shù)值大小等于電源非靜電力從電源負(fù)極向正極移送單位正電荷所做的功.在化學(xué)電源中非靜電力是與離子的溶解和沉淀過(guò)程相聯(lián)系的化學(xué)作用;在溫差電源中非靜電力是與溫差和電子濃度相聯(lián)的擴(kuò)散作用;在普通發(fā)電機(jī)中非靜電力的作用是電磁作用.電動(dòng)勢(shì)羅二即q中的平就是諸如以上這些非靜電力所做的功,所以電動(dòng)勢(shì)g是與非靜電力做功相聯(lián)系的。（4）能量的轉(zhuǎn)化過(guò)程不同：電壓是電勢(shì)能變化的量度,是將電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電荷機(jī)械能的過(guò)程.由于電勢(shì)在數(shù)值上等于單位正電荷在電場(chǎng)中具有的電勢(shì)能,電場(chǎng)中存在電壓,正電荷可以在電場(chǎng)力作用下通過(guò)做功由高電勢(shì)移向低電勢(shì)處,電勢(shì)能減小.電壓越高電勢(shì)能減小越大,那電勢(shì)能轉(zhuǎn)化為電荷運(yùn)動(dòng)機(jī)械能的值越大.與物體在重力場(chǎng)中自由下落重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能的情況相類(lèi)似.而電動(dòng)勢(shì)卻是非靜電力反抗電場(chǎng)力做功,轉(zhuǎn)化其他形式能量本領(lǐng)的量度.在閉合電路中某種非靜電力作用在被移動(dòng)的電荷上,增加了電荷的電勢(shì)能,在此其他形式的能如化學(xué)能、太陽(yáng)能、熱能、機(jī)械能等轉(zhuǎn)化為電能.不同的電源這種由非靜電力做功轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng)不同,所以電動(dòng)勢(shì)也不同.如化學(xué)電源的電動(dòng)勢(shì)決定于溶液跟極板的性質(zhì),發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)決定于電樞、磁場(chǎng)和它們的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。（5）在電路中的因果關(guān)系不同：如果電路中沒(méi)有電源,即使有電壓,電流形成也很短暫,最后電壓也不會(huì)維持。沒(méi)有電源(電動(dòng)勢(shì)),電流就如無(wú)源之水,電壓也不會(huì)穩(wěn)定.因此電路中各部分電壓的產(chǎn)生和維持都是以電動(dòng)勢(shì)的存在為先決條件的.就拿兩個(gè)孤立帶電導(dǎo)體來(lái)看,也必須要先有非靜電性質(zhì)的作用來(lái)遷移電荷,即必須先有電動(dòng)勢(shì),才談得上導(dǎo)體上有穩(wěn)定持續(xù)的電勢(shì)差(電壓)。（6）在給定電路中變與不變不同：對(duì)于一個(gè)給定的電源,一經(jīng)制好,電動(dòng)勢(shì)就固定不變,與外電路是否接通無(wú)關(guān),也與外電路的組成情況無(wú)關(guān)而電路中的電壓卻要因外電路電阻的改變而改變,如并聯(lián)支路數(shù)目增減、電阻變化時(shí)將引起電路各部分電流、電壓重新分配,電壓將發(fā)生變化至于外電路斷開(kāi)時(shí)的路端電壓在數(shù)值上等于電源電動(dòng)勢(shì),也只是這種分配的一個(gè)特殊結(jié)果,并不說(shuō)明電壓就是電動(dòng)勢(shì)。關(guān)于電源的作用，下列說(shuō)法中正確的是（）A．電源的作用是能為電路持續(xù)地提供自由電荷B．電源的作用能直接釋放出電能C．電源的作用就是能保持導(dǎo)體兩端的電壓，使電路中有持續(xù)的電流D．電源的作用就是使自由電荷運(yùn)動(dòng)起來(lái)A、電源的作用不是為電路持續(xù)地提供自由電荷，導(dǎo)體中本身就有自由電荷．故A錯(cuò)誤．B、電源的作用是使導(dǎo)體中產(chǎn)生電場(chǎng)，導(dǎo)體中的自由電荷受到電場(chǎng)力作用發(fā)生定向移動(dòng)，從而使電路中產(chǎn)生持續(xù)的電流．電場(chǎng)力做功，消耗電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量，這一過(guò)程必須通過(guò)電路來(lái)完成，而電源不能直接釋放出電能．故B錯(cuò)誤．C、電源的作用能使導(dǎo)體中產(chǎn)生電場(chǎng)，保持導(dǎo)體兩端的電壓，使電路中有持續(xù)的電流．故C正確．D、自由電荷本身也做無(wú)規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，電源的作用使導(dǎo)體中的自由電荷受到電場(chǎng)力作用發(fā)生定向移動(dòng)．故D錯(cuò)誤．故選C下列關(guān)于電動(dòng)勢(shì)的說(shuō)法正確的是（）A.電源的電動(dòng)勢(shì)跟電源內(nèi)非靜電力做的功成正比，跟通過(guò)的電荷量成反比B.電動(dòng)勢(shì)的單位跟電壓的單位一致，所以電動(dòng)勢(shì)就是兩極間的電壓C.非靜電力做的功越多，電動(dòng)勢(shì)就越大D.動(dòng)勢(shì)越大，說(shuō)明非靜電力在電源內(nèi)部從負(fù)極向正極移送單位電荷量做功越多

有甲、乙兩個(gè)由同種金屬材料制成的導(dǎo)體，甲的橫截面積是乙的兩倍，而單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量乙是甲的兩倍，以下說(shuō)法中正確的是（）A．甲的電阻是乙電阻的一半B．通過(guò)乙導(dǎo)體的電流是通過(guò)甲導(dǎo)體電流的兩倍C．乙導(dǎo)體中自由電荷定向移動(dòng)的速率是甲導(dǎo)體中的兩倍D．甲、乙兩導(dǎo)體中自由電荷定向移動(dòng)的速率大小相等

某導(dǎo)體中的電流與它兩端電壓的關(guān)系如圖所示．下列分析正確的是（）A．當(dāng)導(dǎo)體兩端的電壓為0時(shí)，電阻為0B．該導(dǎo)體的電阻隨電壓的增大而減小C．當(dāng)導(dǎo)休兩端的電壓為0時(shí)，電流為0D．當(dāng)導(dǎo)體兩端的電壓為2V時(shí)，導(dǎo)體消耗的電功率為0.8WA．因電阻是導(dǎo)體本身的一種性質(zhì)，與兩端的電壓和通過(guò)的電流無(wú)關(guān)，故A不正確；B．由圖象可知，這是一個(gè)正比例函數(shù)圖象，該導(dǎo)體上電流與電壓成正比，但導(dǎo)體的電阻不變，故B不正確；C．由圖象上看出，當(dāng)導(dǎo)體兩端的電壓為0時(shí)，電流為0，故C正確；D．當(dāng)導(dǎo)體電壓為2V時(shí)，由圖象可以找到此時(shí)對(duì)應(yīng)的電流0.4A，消耗的功率P=UI=2V×0.4A=0.8W，故D正確．故選CD