人教版物理选修3-1《电源和电流》((课堂PPT).ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,2.1,电源和电流,第二章 恒定电流,陈昌海 2017年10月,1,雷鸣电闪时,强大的电流使天空发出耀眼的闪光,但它只能存在于一瞬间,而手电筒中的小灯泡却能持续发光,这是为什么,?,2,一、电源,导体中的自由电荷在电场力的作用下发生定向移动形成电流,.(,瞬时电流,),1,、电流的形成,3,2,、持续电流的形成,倘若在,A,B,之间连接一个装置,P,作用是不断地把电子从,A,搬运到,B,，使,AB,之间始终存在一定的电场，从而保持持续电流。,装置,P,电源,4,-,B,A,-,A,+,+,+,+,+,+,+,+,_,B,_,_,_,_,_,_,_,等势体,导体中产生电流的,条件,:,导体两端存在电势差,A,B,水池,导体中自由电子的定向移动使两个带电体成为等势体,达到静电平衡，导线,R,中会产生一个瞬时电流,抽水机,5,-,-,-,+,A,+,+,+,+,+,+,+,_,_,_,B,_,_,_,_,_,P,-,-,电源,1.,能把自由电子从正极搬到负极的装置,.,2.,作用,:,保持导体两端的电势差,(,电压,),使电路有持续的电流,.,6,-,-,+,A,+,+,+,+,+,+,+,_,_,_,B,_,_,_,_,_,P,假设在电源正、负极之间连一根导线,M,N,E,0,F,F,n,F,t,二,.,导线中的电场,7,-,-,+,A,+,+,+,+,+,+,+,_,_,_,B,_,_,_,_,_,P,假设在电源正、负极之间连一根导线,M,N,E,0,F,F,n,F,t,M,N,E,0,E,0,E,M,N,E,导线内很快形成沿导线方向的电场,二,.,导线中的电场,导体内的电场线保持和导线平行,8,小结,:,形成电流的条件,（,1,）存在自由电荷,金属导体,自由电子,电解液,正、负离子,（,2,）导体两端存在电压,当导体两端存在电压时，导体内建立了电场，导体中的自由电荷在电场力的作用下发生定向移动，形成电流,电源的作用是保持导体两端的电压，使导体中有持续的电流,9,我们在上一章中曾经得出结论,:,在静电平衡时,导体内部的场强为零,导体上任意两点之间的电势差为零,(,等势体,).,这与我们现在的说法有矛盾吗,?,为什么,?,思考题,10,导线内的电场，是由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成的。尽管这些电荷也在运动，但有的流走了，另外的又来补充，所以电荷的分布是稳定的，电场的分布也稳定。,-,恒定电场,11,恒定电场,由稳定分布的电荷产生稳定的电场称为恒定电场,.,12,恒定电场,电场强度大小不变,自由电子在各个位置的定向运动速率也不变,串一个电流表,读数不会变,(,恒定电流,),13,、恒定电流,电流：,1,、定义：,大小、方向都不随时间变化的电流,用单位时间内通过导体横截面的电量表示电流强弱,2,、公式：,4,、方向：正电荷定向移动的方向,金属导体中电流的方向与自由电子定向移动的方向相反。,可得,3,、单位：安培,A,其他单位,mA,A,14,（,1,）电流为标量，电流虽有方向但是标量（,2,）电解液中正负离子定向移动方向虽然相反，但正、负离子定向移动形成的电流方向是相同的，此时,q,为正电荷总电荷量和负电荷总电荷量的绝对值之和。,例,1,某电解池，如果在,1s,中内共有,5.010,18,个二价正离子和,1.010,19,个一价负电子通过某横截面，那么通过这个横截面的电流强度是多大？,答案：,3.2A,说明,15,例,2,有一条横截面积,S=1mm,2,的铜导线，通过的电流,I=1A,。已知铜的密度,=8.910,3,kg/m,3,，铜的摩尔质量,M=6.410,-2,kg/mol,，阿伏加德罗常数,N,A,=6.62 10,23,mol,-1,，电子的电量,e=1.6 10,-19,C(,假设每个铜原子只提供一个电子参与导电）。求铜导线中自由电子定向移动的速率。,解：设自由电子定向移动的速率是,v,t,时间通过横截面的电荷量是,由,得,从中解出,代入数值后得,v,=7.5 10,-5,m/s,计算时,S,是如何处理的？,N,代表什么物理量？,16,四、电流的微观表达式,推导：,一段粗细均匀的导体长为,l,两端加一定的电压，自由电荷定向移动的速率为,v,设导体的横截面积为,s,，导体每单位体积内的自由电荷数为,n,，每个自由电荷量为,q,。,-,-,-,-,-,-,-,A,B,总电量,电荷总数,nqSv,nlSq,l/,v,Nq,t,Q,I,=,=,=,=,l/,v,17,vt,v,s,v,例,3.,有一条横截面积,S=1mm,2,的铜导线，通过的电,流,I=1A.,已知铜的密度,=8.9,10,3,kg/m,3,，铜,的摩尔质量,M=6.02,10,-2,kg/mol,，阿伏加德罗,常数,N,A,=6.62,10,23,mol,-1,，电子的电量,e=1.6,10,-19,C,(,假设每个铜原子只提供一个电子参与,导电）,。求,:,铜导线中自由电子定向移动的速率,答案：,18,思考题,如果认为电子的定向运动速率就是电流的传导速率，和我们的生活经验是否相符？怎样解释？,电子定向移动的速率约,10,-5,m/s,，,电子热运动的平均速率,10,5,m/s,，,电场的传播速率,310,8,m/s.,19,三种速度的区别,（,1,）电流传导速率等于光速，电路一接通，导体中的电子立即,受到电场力作用而定向移动形成电流。（对整体而言）,（,2,）电子定向移动速率，其大小与电流有关，一般每秒为,10,-2,-10,-3,m,的数量级。,（对每个电子而言）,（,3,）电子热运动速率，任何微观粒子都做无规则运动，其速度与,温度有关，通常情况为每秒几百米。,20,1,、形成电流的条件：,（,1,）存在自由电荷（,2,）导体两端存在电压,2,、电源的作用：提供持续的电压,3,、导线中的电场,:,导线内的电场线保持和导线平行,.,(,恒定电场,),4,、恒定电流,:,大小方向都不随时间变化的电流,.,5,、电流,:,表示电流的强弱程度的物理量,.,（,1,）定义式,I=q/t,（,2,）金属导体中电流的计算式,小结,n,为单位体积内自由电荷数目，,S,为导体横截面积，,v,为电荷定向移动速率,q,为每个自由电荷的电量,21,