电源和电流精品精.ppt

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1、1 1、了解电源的形成过程，明确电源在直流电路中的作用。了解电源的形成过程，明确电源在直流电路中的作用。2 2、理解导线中恒定电场的建立，掌握恒定电场和恒理解导线中恒定电场的建立，掌握恒定电场和恒定电流的形成过程。定电流的形成过程。3 3、知道描述电流强弱的物理量知道描述电流强弱的物理量电流。电流。第1页，本讲稿共23页 电闪雷鸣时电闪雷鸣时,强大的电流强大的电流使天空发出耀眼的闪光使天空发出耀眼的闪光,但它但它只能存在一瞬间只能存在一瞬间,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?第2页，本讲稿共23页B BA A-A A+_ _B B_ _ _ _

2、 _ _ _ _等势体等势体问题：用导线连接两个分别带正负电荷的导体，导线中问题：用导线连接两个分别带正负电荷的导体，导线中有没有电流通过？为什么？如果有，这个电流能持续下有没有电流通过？为什么？如果有，这个电流能持续下去吗？去吗？导体中自由电子的定向移动使两个带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，导电体成为等势体，达到静电平衡，导线线R R中会产生一个瞬时电流中会产生一个瞬时电流A A得到电子，得到电子，B B失去电子，失去电子，周围电场迅速减弱。周围电场迅速减弱。问题：怎样才能形成持续的电流呢？问题：怎样才能形成持续的电流呢？第3页，本讲稿共23页A AB B水池

3、水池抽水机抽水机如图，水池如图，水池A A、B B的水面有一定的高度差，若的水面有一定的高度差，若A A、B B之间用一个细之间用一个细管连起来，则水在重力的作用下定向移动，从水池管连起来，则水在重力的作用下定向移动，从水池A A流向水池流向水池B B。A A、B B之间的高度差很快消失，在这种情况下，水管中只可能有之间的高度差很快消失，在这种情况下，水管中只可能有一个瞬间的水流。一个瞬间的水流。怎样才能使水管中有源源不断的水流呢？怎样才能使水管中有源源不断的水流呢？水池水池A A中的水量要及时补充才行。中的水量要及时补充才行。可将可将B B中的水及时抽到中的水及时抽到A A，保持，保持水池水

4、池A A、B B的水面有一定的的水面有一定的高度高度差差启示：启示：第4页，本讲稿共23页B BA A-A A+_ _B B_ _ _ _ _ _ _ _如果在如果在ABAB之间接上一个装置之间接上一个装置P P，它能把经过，它能把经过导线导线R R流到流到A A的电子取走，补充给的电子取走，补充给B B，使，使ABAB始始终保持一定数量的正、负电荷。终保持一定数量的正、负电荷。-+A A+_ _ _ _B B_ _ _ _ _ _P P-能保持能保持导体两端的电导体两端的电势差势差(电压电压),),使电路使电路有有持续持续的电流的电流.解解决决问问题题第5页，本讲稿共23页-+A A+_ _

5、 _ _B B_ _ _ _ _ _P P-一、电源一、电源能把自由电子从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.保持导体两端的保持导体两端的电势差电势差(电压电压),),使电路有使电路有持续持续的电流的电流.2.2.作用作用:1.1.概念：概念：第6页，本讲稿共23页-+A+_B_P假设在电源正、负极之间假设在电源正、负极之间连一根导线连一根导线MNE0FFnFt二二.导线中的电场导线中的电场第7页，本讲稿共23页-+A+_B_P假设在电源正、负极之假设在电源正、负极之间连一根导线间连一根导线MNE0FFnFtMNE0E0E MNE导线内很导线内很快形成沿快形成沿导线方向导线方向

6、的电场的电场二二.导线中的电场导线中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第8页，本讲稿共23页 我们在上一章中曾经得出结论我们在上一章中曾经得出结论:在在静电平衡时静电平衡时,导体内部的场强为零导体内部的场强为零,导导体上任意两点之间的电势差为零体上任意两点之间的电势差为零(等势等势体体).).这与我们现在的说法有矛盾吗这与我们现在的说法有矛盾吗?为为什么什么?思考题思考题MNE第9页，本讲稿共23页 导线内的电场，是由电源、导导线内的电场，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，但成的。尽管这些电荷也在运动

7、，但有的流走了，另外的又来补充，所有的流走了，另外的又来补充，所以电荷的分布是稳定的，电场的分以电荷的分布是稳定的，电场的分布也稳定。布也稳定。-恒定电场恒定电场第10页，本讲稿共23页恒定电场恒定电场电场强度不变电场强度不变自由电子在各个位置的定向运动自由电子在各个位置的定向运动速率速率也不变也不变串联一个电流表串联一个电流表,读数不会变读数不会变恒定电流恒定电流但不是但不是静电场静电场也不是匀强电场也不是匀强电场MNE第11页，本讲稿共23页小结小结:形成电流的条件形成电流的条件 （1 1）存在自由电荷）存在自由电荷 金属导体金属导体自由电子自由电子 电解液电解液正、负离子正、负离子（2

8、2）导体两端存在电压）导体两端存在电压 当当导导体体两两端端存存在在电电压压时时，导导体体内内建建立立了了电电场场，导导体体中中的的自自由由电电荷荷在在电电场场力力的的作作用用下下发发生生定定向向移移动动，形形成电流成电流 电电源源的的作作用用是是保保持持导导体体两两端端的的电电压压，使使导导体体中中有有持持续的电流续的电流第12页，本讲稿共23页三、恒定电流三、恒定电流1.1.大小方向都不随时间变化的电流称为大小方向都不随时间变化的电流称为恒定电流恒定电流。2.2.电流电流(I)(I)：表示电流强弱的物理量，是由电荷的定向移动形成的。：表示电流强弱的物理量，是由电荷的定向移动形成的。定义：定

9、义：通过导体横截面的电量通过导体横截面的电量q q跟通过这些电量所用时跟通过这些电量所用时 间间t t的比值叫做电流。的比值叫做电流。公式：公式：单位单位:国际单位国际单位 安培安培(A)1A=1C/s(A)1A=1C/s 常用单位：毫安（常用单位：毫安（mAmA）、微安（）、微安（AA）方向：方向：正电荷定向移动的方向正电荷定向移动的方向 （标量）（标量）第13页，本讲稿共23页（1 1）适用于）适用于任何电荷任何电荷定向移动形成的电流。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（电子）自由电荷（电子）的定向移动的定向移动的方向的方向相反相反；（

10、3 3）在）在电解液中电解液中，电流方向与正离子定向移动，电流方向与正离子定向移动方向方向相同，与相同，与负离子负离子定向移动方向定向移动方向相反相反导电时，是正负离子向相反方向导电时，是正负离子向相反方向定向移动形成电流，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之和绝对值之和。注意注意第14页，本讲稿共23页四、电流的微观表达式四、电流的微观表达式 推导：推导：一段粗细均匀的导体长为一段粗细均匀的导体长为l l,两端加一定的电压，自由电荷定向两端加一定的电压，自由电荷定向移动的速率为移动的速率为v v,设导体的横截面积为设导体的横截面积为

11、s s，导体每单位体积内的，导体每单位体积内的自由电荷数为自由电荷数为n n，每个自由电荷量为，每个自由电荷量为q q。-AB总电量总电量电荷总数电荷总数nqSvnlSql/vNqtQI=l/v第15页，本讲稿共23页vtvtv vs sv v【例例1 1】有一条横截面积有一条横截面积S=1mmS=1mm2 2的铜导线的铜导线,通过的电流通过的电流I=1A,I=1A,已已知铜的密度知铜的密度=8.910=8.9103 3kg/mkg/m3 3,铜的摩尔质量铜的摩尔质量M=6.410M=6.410-2 2kg/mol,kg/mol,阿伏加德罗常数阿伏加德罗常数N NA A=6.0210=6.02

12、102323molmol-1-1,电子的电量电子的电量e=-1.610e=-1.610-19-19C,C,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.第16页，本讲稿共23页设自由电子在导线内定向移动的速率是设自由电子在导线内定向移动的速率是v v。取一段导线（如。取一段导线（如图），自由电子从它的左端定向移动到右端的时间为图），自由电子从它的左端定向移动到右端的时间为t t，则，则这段导线的长度为这段导线的长度为vtvt，体积为，体积为vtsvts，质量为，质量为vtsvts，则这

13、段导，则这段导线中的原子数为线中的原子数为则这段导线中的自由电子数也为则这段导线中的自由电子数也为n n，t t时间内通过导体横截面的电荷量是时间内通过导体横截面的电荷量是把这个式子代入把这个式子代入I Iq/t,q/t,得得解得解得vtvtv vv v第17页，本讲稿共23页 如果认为电子的定向移动速率就是电流的传如果认为电子的定向移动速率就是电流的传导速率，和我们的生活经验是否相符？怎样解导速率，和我们的生活经验是否相符？怎样解释？释？电子定向移动的速率约为电子定向移动的速率约为1010-5-5m/sm/s，电子热运动的平均速率为电子热运动的平均速率为10105 5m/sm/s，电场的传播

14、速率为电场的传播速率为3103108 8m/s.m/s.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）场力作用而定向移动形成电流。（对整体而言）第18页，本讲稿共23页1 1、在金属导体中，若、在金属导体中，若10s10s内通过横截面的电量为内通过横截面的电量为10C10C，则，则导体中的电流为导体中的电流为_；2 2、某电解槽横截面积为、某电解槽横截面积为0.5m0.5m2 2，若，若10s10s内沿相反方向通过横截内沿相反方向通过横截面的正负离子的电量均为面的正负离子的电量均为10C

15、10C，则电解液中的电流为，则电解液中的电流为_1A1A2A2A第19页，本讲稿共23页3 3、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 A金属导体中电流的方向就是自由电子定向移动的方向金属导体中电流的方向就是自由电子定向移动的方向B B在电解质溶液中有自由移动的正离子和负离子，电流方向不能确在电解质溶液中有自由移动的正离子和负离子，电流方向不能确定定C C不论何种导体，电流的方向规定为正电荷定向移动的方向不论何种导体，电流的方向规定为正电荷定向移动的方向D D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电流的方向有时与正电荷定向移动的方

16、向相同，有时与负电荷定向移动的方向相同的方向相同C C第20页，本讲稿共23页4 4关于电流，下列说法中正确的是（关于电流，下列说法中正确的是（）A A通过导线截面的电量越多，电流越大通过导线截面的电量越多，电流越大B B电子运动的速率越大，电流越大电子运动的速率越大，电流越大C C单位时间内通过导体截面的电量越多，导体中的电流越大单位时间内通过导体截面的电量越多，导体中的电流越大D D因为电流有方向，所以电流是矢量因为电流有方向，所以电流是矢量C C5 5对于有恒定电流通过的导体，下列说法中正确的是对于有恒定电流通过的导体，下列说法中正确的是（）A A导体内部的电场强度为零导体内部的电场强度

17、为零 B B导体是个等势体导体是个等势体C C导体两端有恒定的电压存在导体两端有恒定的电压存在 D D通过导体某个截面的电量在任何相等的时间内都相等通过导体某个截面的电量在任何相等的时间内都相等CDCD第21页，本讲稿共23页6 6、某电解质溶液，如果在、某电解质溶液，如果在1 s1 s内共有内共有5.0105.0101818个二价正离子和个二价正离子和1.0101.0101919个一价负离子通过个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某横截面，那么通过电解质溶液的电流强度是多大？多大？解析：设在解析：设在t t=1 s=1 s内，通过某横截面的二价正离子数为内，通过某横截面的

18、二价正离子数为n n1 1，一价，一价负离子数为负离子数为n n2 2，元电荷的电荷量为，元电荷的电荷量为e e，则，则t t 时间内通过该横截面时间内通过该横截面的电荷量为的电荷量为q=q=（2n2n1 1+n+n2 2）e e电流强度为电流强度为I I=q/t=1.610=q/t=1.610-19-192102101919A=3.2 AA=3.2 A第22页，本讲稿共23页1 1、形成电流的条件：、形成电流的条件：（1 1）存在自由电荷（）存在自由电荷（2 2）导体两端存在电压）导体两端存在电压2 2、电源的作用：、电源的作用：提供持续的电压提供持续的电压3 3、恒定电场、恒定电场:由稳定分布的电荷产生的稳定的电场称为由稳定分布的电荷产生的稳定的电场称为恒定电场恒定电场4 4、恒定电流、恒定电流:大小方向都不随时间变化的电流大小方向都不随时间变化的电流.5 5、电流、电流:表示电流的强弱程度的物理量表示电流的强弱程度的物理量.定义式定义式第23页，本讲稿共23页