高二物理竞赛稳恒电流的磁场课件.pptx

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1、1稳恒电流的磁场2 电流是导体中带电粒子（自由电子或电流是导体中带电粒子（自由电子或 正负离子，正负离子， 统称统称“载流子载流子”）的定向流动。）的定向流动。规定规定:正电荷流动的方向为电流的方向。正电荷流动的方向为电流的方向。 电流强度（电流）：电流强度（电流）：单位时间内通过某一截面的单位时间内通过某一截面的 电量称为通过该截面的电流强度，用电量称为通过该截面的电流强度，用 I 表示。表示。dlimdqqItt某瞬时某瞬时对细导线用对细导线用电流强度电流强度的概念就够了。的概念就够了。3一一 电流电流 电流密度电流密度+ISSenIdv 电流：电流：通过截面通过截面S 的电荷随时间的的电

2、荷随时间的 变化率变化率:电子电子漂移速度漂移速度的大小的大小dvtqId/dtSenqdddv4 电流密度电流密度：细致描述导体内各点电流：细致描述导体内各点电流分布的情况分布的情况.该点该点正正电荷电荷运动方向运动方向j方向方向： 大小大小：单位时间内：单位时间内过该点且垂直于正电荷过该点且垂直于正电荷运动方向的单位面积的运动方向的单位面积的电荷电荷SdjIdddd d cosd cosqIjent SSv5设单位体积中，速度为设单位体积中，速度为iv的载流子数目为的载流子数目为in，若若P点处点处自由电荷（自由电荷（载流子载流子）的速度不同：）的速度不同：vnqnvnnqvqnjjiii

3、iii则则dS =1nqJPv6vnqnvnnqvqnjjiiiiii为载流子平均定向流动速度，也叫为载流子平均定向流动速度，也叫“飘移速度飘移速度”。v0v 0v 无外电场时无外电场时,载流子作无规则热运动载流子作无规则热运动有外电场时有外电场时,载流子作定向流动载流子作定向流动一般一般: 10 2 10 -1mm/s v例如例如, Cu导线导线 n = 8.51028/m3，J = 6A/mm2 时，时，mm/s44. 0106 . 110/105 . 8619928nqjv可得可得7tQSjisddd二二 电流的连续性方程电流的连续性方程 恒定电流条件恒定电流条件 单位时间内通过闭合曲面

4、向外流出的电单位时间内通过闭合曲面向外流出的电荷，等于此时间内闭合曲面内电荷的减少量荷，等于此时间内闭合曲面内电荷的减少量 .cosdddSjSjIsSjId SdSddIJ8S0d sSj 恒定电流恒定电流 021IIISI1I2ISdj 由由 ，若闭合曲面，若闭合曲面 S 内内的电荷不随时间而变化，则的电荷不随时间而变化，则tQSjisdddd0diQt9恒定电场恒定电场 （1）在恒定电流情况下，导体中电荷分在恒定电流情况下，导体中电荷分布不随时间变化形成恒定电场；布不随时间变化形成恒定电场；SSdj0d sSj 恒定电流恒定电流 （2）恒定电场恒定电场与静电场具有相似性质与静电场具有相似

5、性质（高斯定理和环路定理），（高斯定理和环路定理），恒定电场可引入恒定电场可引入电势的概念；电势的概念；（3）恒定电场的存在伴随能量的转换恒定电场的存在伴随能量的转换. .恒定电流的电路有一些重要规律，例如：恒定电流的电路有一些重要规律，例如：* *节点电流方程（基尔霍夫第一定律）节点电流方程（基尔霍夫第一定律）流出任一封闭面流出任一封闭面 S S 的的电流强度必然等于流入电流强度必然等于流入该封闭面的电流强度。该封闭面的电流强度。按照恒定条件按照恒定条件0dssjIS1I2I3I I3 -I1 -I2 =00iiI* *回路电压方程（基尔霍夫第二定律）回路电压方程（基尔霍夫第二定律）绕回路一

6、周应回到原来的电势，即电压降代绕回路一周应回到原来的电势，即电压降代数和（或电压升代数和）为零。数和（或电压升代数和）为零。11如何才能形成恒定电流呢？如何才能形成恒定电流呢？靠静电力是不可能的：靠静电力是不可能的：两个金属球两个金属球A A、B B，电荷，电荷能从高电势处流向低能从高电势处流向低电势处，电势差会越来电势处，电势差会越来越小越小, ,电流也会越来越小，电流也会越来越小，一直到零。一直到零。要形成恒定电流，电路必须闭合；要形成恒定电流，电路必须闭合；还必须维持住还必须维持住 A A 、B B的电势差，这就必须有电源。的电势差，这就必须有电源。非非F电源能使正电荷从低电势的电源能使

7、正电荷从低电势的B B回到高电势的回到高电势的A A，它是提供它是提供非静电力非静电力 的装置。的装置。BAUUi12 非静电力非静电力: 能不断分离正负电荷使正电荷能不断分离正负电荷使正电荷逆静电场力方向运动逆静电场力方向运动. 电源电源：提供非静电力：提供非静电力的装置的装置. 非静电非静电电场强度电场强度 : 为单位正电荷所受的非静电力为单位正电荷所受的非静电力.kElllEqlEEqWdd)(kkE+-RI+kE13 电动势的定义：电动势的定义：单位正电荷绕闭合回路单位正电荷绕闭合回路运动一周，非静电力运动一周，非静电力所做的功所做的功.qlEqqWldkE电动势：电动势：E+-RI+

8、kE14 电源电动势的大小电源电动势的大小，等于将单位正电荷等于将单位正电荷从负极经电源内部移至正极时非静电力所作从负极经电源内部移至正极时非静电力所作的功的功.lElEddoutkinkE0doutklElElElddinkkE电源电动势电源电动势15恒定电场沿着导线、指向电流流动的方向。恒定电场沿着导线、指向电流流动的方向。【证证】在导线内部任取一在导线内部任取一 小封闭面，由恒定条件小封闭面，由恒定条件0dssj0ddsssEsj维持恒定电流的恒定电场，不仅仅由电源正负极上维持恒定电流的恒定电场，不仅仅由电源正负极上的电荷产生的，还由导线表面上（或两种材料交界的电荷产生的，还由导线表面上

9、（或两种材料交界面处）的电荷产生的。面处）的电荷产生的。说明说明：在恒定状态下，导线上的电荷只能分布在导线的表面。在恒定状态下，导线上的电荷只能分布在导线的表面。S1P2P1E2EE 160dssE根据高斯定理可知，小封闭面内没有净电荷，根据高斯定理可知，小封闭面内没有净电荷，导线上的电荷只能分布在导线的表面。导线上的电荷只能分布在导线的表面。当导线的布线形状发生改变时，导线表面上的电当导线的布线形状发生改变时，导线表面上的电荷分布将立刻自动地跟着调整，使导线内的恒定荷分布将立刻自动地跟着调整，使导线内的恒定电场仍电场仍指向电流流动的方向。指向电流流动的方向。0dssE若导体的导电性能是均匀的若导体的导电性能是均匀的