21电源和电流新课标新人教版高中物理选修3-1.ppt

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1、第二章第二章 恒定电流恒定电流 电闪雷鸣时电闪雷鸣时, ,强大的电流使强大的电流使天空发出耀眼的闪光天空发出耀眼的闪光, ,但它只但它只能存在于一瞬间能存在于一瞬间, ,而手电筒中而手电筒中的小灯泡却能持续发光的小灯泡却能持续发光, ,这是这是为什么为什么?一、电流的形成一、电流的形成1 1、电流：、电流：电荷的电荷的定向移动定向移动形成电流形成电流电荷的电荷的热运动热运动，从宏观上看，不能形成电流，从宏观上看，不能形成电流金属导体金属导体自由电子自由电子电电 解解 液液正、负离子正、负离子-BA-A+_B_水流AB连通器水势A水势B导体中产生电流的条件导体中产生电流的条件: :导体中自由电子

2、的定向移导体中自由电子的定向移动使两个带电体成为等势动使两个带电体成为等势体，达到静电平衡，导线体，达到静电平衡，导线R R中会产生一个中会产生一个瞬时瞬时电流电流-BA-A+_B_抽水机抽水机水流AB连通器水势A水势B导体中产生电流的条件导体中产生电流的条件: :导体两端存在导体两端存在电势差电势差导体中自由电子的定向移导体中自由电子的定向移动使两个带电体成为等势动使两个带电体成为等势体，达到静电平衡，导线体，达到静电平衡，导线R R中会产生一个中会产生一个瞬时瞬时电流电流2 2、电流的形成条件、电流的形成条件：（1 1）存在）存在自由电荷自由电荷金属导体金属导体自由电子自由电子电电 解解

3、液液正、负离子正、负离子（2 2）导体两端存在）导体两端存在电压电压当导体两端存在电压时，导体内建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，形成电流的作用下发生定向移动，形成电流-+A+_B_P-二、电源二、电源1 1、电源：能把自由电子从、电源：能把自由电子从正极正极搬到搬到负极负极的装置的装置2 2、作用：、作用：保持保持导体两端的电势差导体两端的电势差( (电压电压) ) 使导体中有使导体中有持续持续的电流的电流. .拓展拓展:电源电源P把电子从把电子从A搬运到搬运到B的过程中的过程中,电子的电势电子的电势能如

4、何变化能如何变化?从能量的角度看发挥了怎样的作用？从能量的角度看发挥了怎样的作用？AB连通器水势A水势B抽水机抽水机水流 导线中电子为什么能从电源的负极导线中电子为什么能从电源的负极 沿导线沿导线定向移到正极定向移到正极?思考思考在有电源的电路中在有电源的电路中,导线内部的电场又有何特点导线内部的电场又有何特点?-+A+_B_P假设在电源正、负假设在电源正、负极之间连一根导线极之间连一根导线MNE0FFnFt导线中的电场导线中的电场-+A+_B_P假设在电源正、负假设在电源正、负极之间连一根导线极之间连一根导线MNE0FFnFtMNE0E0E MNE导线内很快导线内很快形成沿导线形成沿导线方向

5、的电场方向的电场导体内的电场线保持和导线平行导体内的电场线保持和导线平行导线中的电场导线中的电场-+A+_B_P-导线内的电场，是由电源、导线等电路元导线内的电场，是由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成的。尽管这些电荷件所积累的电荷共同形成的。尽管这些电荷也在运动，但也在运动，但有的流走了，另外的又来补充有的流走了，另外的又来补充，所以电荷的分布是稳定的，电场的分布也稳所以电荷的分布是稳定的，电场的分布也稳定定恒定电场恒定电场由由稳定分布稳定分布的电荷产生的的电荷产生的稳定稳定的电场的电场称为称为恒定电场恒定电场.三、恒定电场三、恒定电场恒定电场恒定电场电场强度不变电场强度不变串一个电流

6、表串一个电流表, ,读数不会变读数不会变自由电子定向运动的自由电子定向运动的平均速率平均速率不变不变恒定电流恒定电流由于恒定电场的作用由于恒定电场的作用,导体中自由电导体中自由电荷定向运动的速率增加荷定向运动的速率增加;而在运动过程而在运动过程中会与导体内不动的粒子碰撞从而减速中会与导体内不动的粒子碰撞从而减速,因此因此自由电荷定向运动的平均速率不随自由电荷定向运动的平均速率不随时间变化时间变化.如果我们在这个电路中串联如果我们在这个电路中串联一个电流表一个电流表,电流表的读数保持恒定电流表的读数保持恒定.大小方向都大小方向都不随时间变化不随时间变化的电流的电流称为称为恒定电流恒定电流四、恒定

7、电流四、恒定电流 表示电流的强弱程度表示电流的强弱程度 1、定义定义:通过导体横截面的通过导体横截面的电量电量q跟通过这些跟通过这些电量所用电量所用时间时间t的的比值比值叫做电流叫做电流 2、定义式定义式:I= q / t 3、单位单位:国际单位国际单位 安培安培(A) 1A=1C/s 常用单位：毫安（常用单位：毫安（mA）、微安（）、微安（A） 4、方向方向:正电荷定向移动的方向正电荷定向移动的方向五、电流五、电流1、在金属导体中，若、在金属导体中，若10s内通过横截面的电量内通过横截面的电量为为10C，则导体中的电流为，则导体中的电流为_A课堂练习课堂练习2、一条导线中的电流为、一条导线中

8、的电流为1.6A，在，在1秒内通过这秒内通过这条导线某一横截面积的电子有条导线某一横截面积的电子有 个个解：解： q=It=1.6c n=q/e=1.6/1.6x10-19=1019个个讨论讨论tqI/2解：qqs正电荷向左通过横截面正电荷向左通过横截面S S负电荷向右通过横截面负电荷向右通过横截面S在在t t时间内时间内通过横截面通过横截面S的等效电流的等效电流I=？课堂练习课堂练习3、某电解槽横截面积为、某电解槽横截面积为0.5m2，若，若10s内沿相内沿相反方向通过横截面的正负离子的电量均为反方向通过横截面的正负离子的电量均为10C，则电解液中的电流为，则电解液中的电流为_A（1 1）适

9、用于）适用于任何电荷任何电荷的定向移动形成的电流。的定向移动形成的电流。（2 2）在）在金属导体金属导体中，电流方向与中，电流方向与自由电荷（电自由电荷（电子）子）的定向移动方向的定向移动方向相反相反；（3 3）在）在电解液中电解液中，电流方向与，电流方向与正离子正离子定向移动定向移动方向方向相同相同，与，与负离子负离子走向移动方向走向移动方向相反相反导电导电时，是正负离子向相反方向定向移动形成电流，时，是正负离子向相反方向定向移动形成电流，电量电量q q表示通过截面的正、负离子表示通过截面的正、负离子电量电量绝对值绝对值之和之和。注意：注意：理论探究：决定电流大小的微观量理论探究：决定电流大

10、小的微观量 在加有电压的一段粗细均匀的导体在加有电压的一段粗细均匀的导体AD上选取上选取两个截面两个截面B和和C，设导体的横截面积为，设导体的横截面积为S导体导体每单位体积内的自由电荷数为每单位体积内的自由电荷数为n，每个电荷的，每个电荷的电荷量为电荷量为q，电荷的定向移动速率为，电荷的定向移动速率为v 则在时间则在时间t 内处于相距为内处于相距为 vt 的两截面的两截面B、C间的所有自由电荷将通过截面间的所有自由电荷将通过截面C 知：知： S为导线的横截面积为导线的横截面积 n为为单位体积内单位体积内自由电荷的个数自由电荷的个数 q为为每个每个自由自由电荷的电荷量电荷的电荷量 v为自由电荷的

11、定向移动速率为自由电荷的定向移动速率求：通过导体的电流求：通过导体的电流I?解：在时间解：在时间t内通过导体内通过导体 某截面的电量为某截面的电量为: Q=(vts)nq 所形成的电流为所形成的电流为: I=Q/t=nqSV 4、有一条横截面积、有一条横截面积S=1mm2的铜导线的铜导线,通过的电通过的电流流I=1A,已知铜的密度已知铜的密度=8.9103kg/m3,铜的摩尔铜的摩尔质量质量M=6.410- -2kg/mol,阿伏加德罗常数阿伏加德罗常数NA=6.021023mol- -1,电子的电量电子的电量e=- -1.610- -19C,求铜导线中自由电子定向移动的速率求铜导线中自由电子

12、定向移动的速率.可认为铜可认为铜导线中平均每个铜原子贡献一个自由电子导线中平均每个铜原子贡献一个自由电子.AIMvSN e57.5 10/m s课堂练习课堂练习三个速率三个速率 思考：如果认为电子的定向运动速思考：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？生活经验是否相符？怎样解释？ 电子定向移动的速率约电子定向移动的速率约 10- -5 m/s， 电子热运动的平均速率电子热运动的平均速率 10 5 m/s， 电场的传播速率电场的传播速率 310 8 m/s.1、电流的形成条件：、电流的形成条件： （1）存在）存在自由电荷自

13、由电荷;（2）存在）存在电压电压.2、电源、电源:把自由电子从把自由电子从正极正极搬到搬到负极负极的装置的装置. 电源的作用：电源的作用：提供提供持续持续的电压的电压.3、恒定电场、恒定电场:由稳定分布的电荷产生稳定的电场由稳定分布的电荷产生稳定的电场.4、恒定电流、恒定电流:大小方向都不变大小方向都不变的电流的电流.5、电流、电流:表示表示电流的强弱程度电流的强弱程度的物理量的物理量. （1）定义式）定义式 I=q / t （2）决定式）决定式 小结小结nqsvI n n为单位体积内自由电荷个数为单位体积内自由电荷个数 S S为导体横截面积为导体横截面积v v为自由电荷定向移动速率为自由电荷

14、定向移动速率 q q为每个自由电荷的电量为每个自由电荷的电量5、关于电流的方向，下列叙述中正确的是、关于电流的方向，下列叙述中正确的是A金属导体中电流的方向就是自由电子定向移金属导体中电流的方向就是自由电子定向移动的方向动的方向B在电解质溶液中有自由的正离子和负离子，在电解质溶液中有自由的正离子和负离子，电流方向不能确定电流方向不能确定C不论何种导体，电流的方向规定为正电荷定不论何种导体，电流的方向规定为正电荷定向移动的方向向移动的方向D电流的方向有时与正电荷定向移动的方向相电流的方向有时与正电荷定向移动的方向相同，有时与负电荷定向移动的方向相同同，有时与负电荷定向移动的方向相同C课堂练习课堂

15、练习 6、某电解质溶液，如果在、某电解质溶液，如果在1 s内共有内共有5.01018个二价正离子和个二价正离子和1.01019个个一价负离子通过某横截面，那么通过一价负离子通过某横截面，那么通过电解质溶液的电流强度是多大？电解质溶液的电流强度是多大？3.2 A 课堂练习课堂练习 7、氢原子的核外只有一个电子，、氢原子的核外只有一个电子，设电子在离原子核距离为设电子在离原子核距离为R的圆轨的圆轨道上做匀速圆周运动。已知电子的道上做匀速圆周运动。已知电子的电荷量为电荷量为e，运动速率为，运动速率为v，求电子，求电子绕核运动的绕核运动的等效电流等效电流多大？多大？RevtqI2课堂练习课堂练习a、手

16、电筒中小灯泡的工作电流是手电筒中小灯泡的工作电流是0.25A。b、电子手表工作时，液晶显示屏的电流为电子手表工作时，液晶显示屏的电流为 0.2A左右。左右。c、彩色电视机工作时，彩色电视机工作时， 屏幕为屏幕为21吋，电源的工作电流为吋，电源的工作电流为0.4A左右；左右； 屏幕为屏幕为29 吋吋, 电源的工作电流为电源的工作电流为1A左右。左右。d、50Hz的交流电，人能感触到的触电电流为的交流电，人能感触到的触电电流为 1mA，能够自行摆脱电源的触电电流为，能够自行摆脱电源的触电电流为 10mA，触电电流达到，触电电流达到50mA以上，将引起心以上，将引起心 室颤动。因此，国际电工委员会规

17、定的室颤动。因此，国际电工委员会规定的安全电安全电流流（摆脱电流）为（摆脱电流）为10mA。你知道吗你知道吗?作业：作业：P43 2、38、来自质子源的质子（初速度为零），经、来自质子源的质子（初速度为零），经一加速电压为一加速电压为800kV的直线加速器加速，形的直线加速器加速，形成电流强度为成电流强度为1mA的细柱形质子流。已知质的细柱形质子流。已知质子电荷子电荷e=1.6010- -19C。这束质子流每秒打到。这束质子流每秒打到靶上的质子数为靶上的质子数为_。假定分布在质子。假定分布在质子源到靶之间的加速电场是源到靶之间的加速电场是均匀均匀的，在质子束的，在质子束中与质子源相距中与质子源相距L和和4L的两处，各取一段的两处，各取一段极极短短的的相等长度相等长度的质子流，其中的质子数分别的质子流，其中的质子数分别为为n1和和n2，则，则n1 n2=_。2:1 .1025.615课堂练习课堂练习