2018-2019高中物理 第二章 恒定電流 2.1 電源和電流課件 新人教版選修3-1.ppt

第二章恒 定 電 流 1電源和電流,一、電源 1.定義：能把電子在電源內(nèi)部從電源_搬運(yùn)到電源 _的裝置。 2.電源的作用： (1)從電荷移動(dòng)角度看：移送電荷，維持電源正、負(fù)極 間有一定的_，保持電路中有持續(xù)電流。,正極,負(fù)極,電勢(shì)差,(2)從能量轉(zhuǎn)化的角度看：克服_做功，將其他 形式的能轉(zhuǎn)化為電能。,非靜電力,二、恒定電場(chǎng) 1.定義：由電路中穩(wěn)定分布的電荷所產(chǎn)生的_ _。 2.形成：當(dāng)電路達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，導(dǎo)線中的電場(chǎng)是由 _、_等電路元件所積累的電荷共同形成的。 3.特點(diǎn)：任何位置的_和_都不隨時(shí)間 發(fā)生變化。,穩(wěn)定的電,場(chǎng),電源,導(dǎo)線,電荷分布,電場(chǎng)強(qiáng)度,三、恒定電流 1.電流： (1)概念：電荷的_形成電流。 (2)物理意義：反映了電流的_程度。 (3)符號(hào)及單位：用符號(hào)_表示，單位是_，符號(hào) 為_。,定向移動(dòng),強(qiáng)弱,I,安培,A,(4)表達(dá)式： _ 。 (5)電流的方向：規(guī)定_定向移動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞯?方向，負(fù)電荷定向移動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞯腳。 2.恒定電流：_和_都不隨時(shí)間變化的電流。,正電荷,反方向,大小,方向,【思考辨析】 (1)電源能把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能。() (2)必須有電源，自由電荷才能在電路中移動(dòng)。 () (3)恒定電場(chǎng)形成后電路中的電荷不再發(fā)生移動(dòng)。 (),(4)電荷移動(dòng)的方向就是電流的方向。() (5)電流越大，單位時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量越多。(),提示：(1)。從能量轉(zhuǎn)化的角度看，電源是將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。 (2)。電源的作用是使電路中的自由電荷持續(xù)不斷地發(fā)生定向移動(dòng)。 (3)。恒定電場(chǎng)形成后電路中的電荷仍然在移動(dòng)，只是在相同時(shí)間內(nèi)流入和流出某一部分電路的電荷量相等，電路處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。,(4)。電流的方向與正電荷定向移動(dòng)的方向相同，與負(fù)電荷定向移動(dòng)的方向相反。 (5)。根據(jù)電流的定義，q=It，由此確定這種說法正確。,【生活鏈接】 風(fēng)箏實(shí)驗(yàn)是美國先賢本杰明富蘭克 林的一次關(guān)于雷電的實(shí)驗(yàn)。在這個(gè)實(shí)驗(yàn) 中，證實(shí)了雷電是一種電，從天空中引下 的電流是一種瞬間電流，還是一種恒定電流？ 提示：雷電是一種瞬間電流。,知識(shí)點(diǎn)一對(duì)電流的理解 探究導(dǎo)入： 如圖所示，在裝有導(dǎo)電液體的細(xì)管中，時(shí)間t內(nèi)通過截面AB的正電荷為q1，通過截面AB的負(fù)電荷為q2，電荷運(yùn)動(dòng)方向如圖所示。請(qǐng)問：,(1)怎樣確定導(dǎo)電液體中電流的方向？ (2)怎樣計(jì)算導(dǎo)電液體中電流的大?。?提示：(1)物理學(xué)中規(guī)定正電荷定向移動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞯姆较?，?fù)電荷定向移動(dòng)的方向與電流的方向相反。由圖可知，正電荷定向移動(dòng)所形成的電流方向向右，負(fù)電荷定向移動(dòng)所形成的電流方向也向右。,(2)正電荷定向移動(dòng)所形成的電流I1= ，負(fù)電荷定 向移動(dòng)所形成的電流I2= ；由于正、負(fù)電荷所形成 的電流方向相同，故導(dǎo)電液體中的電流I=I1+I2= 。,【歸納總結(jié)】 1.電流的形成： (1)形成原因：電荷的定向移動(dòng)。 (2)形成條件：導(dǎo)體兩端有電壓。 (3)電路中產(chǎn)生持續(xù)電流的條件：電路中有電源且電路閉合。,2.電流的方向：規(guī)定正電荷定向移動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞯姆较?，則負(fù)電荷定向移動(dòng)的方向與電流的方向相反。 3.電流的大?。?(1)定義式：I= 。用該式計(jì)算出的電流是時(shí)間t內(nèi)的平均值。對(duì)于恒定電流，電流的瞬時(shí)值與平均值相等。,(2)兩點(diǎn)說明。 電解液中正、負(fù)離子定向移動(dòng)的方向雖然相反，但正、負(fù)離子定向移動(dòng)形成的電流方向是相同的，應(yīng)用I= 求電流時(shí)，q為正電荷總電荷量和負(fù)電荷總電荷量的絕對(duì)值之和。 q=It是I= 的變形，是求電荷量的重要公式。其中I是電流在時(shí)間t內(nèi)的平均值。,【特別提醒】(1)電流是標(biāo)量：電流雖然有方向，但是 它遵循代數(shù)運(yùn)算法則，所以電流不是矢量，而是標(biāo) 量。 (2)用公式I= 計(jì)算電流大小時(shí)，只需代入電荷量的絕 對(duì)值，且q要與時(shí)間t相對(duì)應(yīng)。 (3)當(dāng)正、負(fù)電荷都參與定向移動(dòng)時(shí)，正、負(fù)電荷對(duì)電 流的形成都有貢獻(xiàn)。,【典題通關(guān)】 考查角度1電流的形成和電流的方向 【典例1】關(guān)于電流，下列說法正確的是() A.通過截面的電荷量的多少就是電流的大小 B.電流的方向就是電荷定向移動(dòng)的方向 C.在導(dǎo)體中，只要自由電荷在運(yùn)動(dòng)，就一定會(huì)形成電流 D.導(dǎo)體兩端沒有電壓就不能形成電流,【正確解答】選D。根據(jù)電流的概念，電流是單位時(shí)間內(nèi)通過截面的電荷量，故A項(xiàng)錯(cuò)；規(guī)定正電荷移動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞣较?，故B項(xiàng)錯(cuò)；自由電荷持續(xù)的定向移動(dòng)才會(huì)形成電流，C錯(cuò)，D對(duì)。,考查角度2電解液中電流的計(jì)算 【典例2】如圖所示的電解槽接入電路后，在t秒內(nèi)有n1個(gè)1價(jià)正離子通過溶液內(nèi)截面S，有n2個(gè)1價(jià)負(fù)離子通過溶液內(nèi)截面S，設(shè)e為基元電荷，以下說法正確的是(),A.當(dāng)n1=n2時(shí)電流強(qiáng)度為零 B.當(dāng)n1n2時(shí)，電流方向從AB，電流強(qiáng)度為I= C.當(dāng)n1<n2時(shí)，電流方向從BA，電流強(qiáng)度為I= D.電流方向從AB，電流強(qiáng)度I=,【正確解答】選D。本題考查電流方向和電流強(qiáng)度的定 義式I= ，電荷的定向移動(dòng)形成電流，金屬導(dǎo)體中定 向移動(dòng)的是帶負(fù)電的自由電子，這時(shí)電流的方向與自 由電子定向移動(dòng)的方向相反，在電解液導(dǎo)電時(shí)，定向 移動(dòng)的電荷有正離子和負(fù)離子，它們同時(shí)向相反方向 移動(dòng)形成電流，所以，電流強(qiáng)度應(yīng)該是I= ， 電流方向應(yīng)是從AB。,【過關(guān)訓(xùn)練】 1.下列說法中正確的是() A.導(dǎo)體中只要電荷運(yùn)動(dòng)就形成電流 B.在國際單位制中，電流的單位是A C.電流有方向，它是一個(gè)矢量 D.根據(jù)I= ，可知I與q成正比,【解析】選B。電流是由導(dǎo)體中電荷的定向運(yùn)動(dòng)形成 的，在沒有電流的時(shí)候，導(dǎo)體中電荷也是在不停地運(yùn) 動(dòng)，只不過此時(shí)電荷的運(yùn)動(dòng)是雜亂無章的，所以A錯(cuò) 誤；電流的單位是安培，所以B正確；電流是標(biāo)量，所 以C錯(cuò)誤；I= 是電流的定義式，I與q無關(guān)，所以D錯(cuò) 誤。,2.某電解池，如果在1 s內(nèi)共有51018個(gè)二價(jià)正離子和11019個(gè)一價(jià)負(fù)離子通過面積為0.1 m2的某截面，那么通過這個(gè)截面的電流是() A.0B.0.8 AC.1.6 AD.3.2 A,【解析】選D。由題意，1 s內(nèi)通過截面正離子的電量為q1=2n1e，負(fù)離子的電量絕對(duì)值為q2=n2e，則電流為I= 。將n1=51018個(gè)，n2=11019個(gè)，e=1.610-19C 代入解得I=3.2 A。故選D。,【補(bǔ)償訓(xùn)練】 1.關(guān)于電流，以下說法正確的是() A.通過導(dǎo)體橫截面的電荷量越多，導(dǎo)體中的電流就越大 B.電路中的電流越大，通過的電荷量越多 C.電流是表示通過導(dǎo)體橫截面的電荷量多少的物理量 D.在一定時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量越多，導(dǎo)體中的電流越大,【解析】選D。由定義式I= 知，單位時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo) 體橫截面的電荷量越多，導(dǎo)體中的電流越大，D正確。,2.一臺(tái)半導(dǎo)體收音機(jī)，電池供電的電流是8 mA，也就是說() A.1 h電池供給8 C的電荷量 B.1 000 s電池供給8 C的電荷量 C.1 s電池供給8 C的電荷量 D.1 min電池供給8 C的電荷量,【解析】選B。由公式I= 可得t= ，故供給8 C 電荷量時(shí)的通電時(shí)間t= s=1 000 s，故選項(xiàng)B 正確。,知識(shí)點(diǎn)二電流的微觀解釋 探究導(dǎo)入： 如圖所示，AD表示粗細(xì)均勻的一段長(zhǎng)為l的導(dǎo)體，兩端加一定的電壓，導(dǎo)體中的自由電荷沿導(dǎo)體定向移動(dòng)的速率為v，設(shè)導(dǎo)體的橫截面積為S，導(dǎo)體每單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)為n，每個(gè)自由電荷的電荷量為q。,(1)導(dǎo)體AD中自由電荷總數(shù)是多少？ (2)這些自由電荷全部通過橫截面D所用時(shí)間t是多少？ (3)t時(shí)間內(nèi)通過橫截面D的電荷量是多少？,提示：(1)AD中自由電荷總數(shù)N=nlS。 (2)t= (3)通過橫截面的電荷量Q=nlSq。,【歸納總結(jié)】 1.理論推導(dǎo)：AD導(dǎo)體中的自由電荷總數(shù)：N=nlS。 總電荷量Q=Nq=nlSq。 所有這些電荷都通過橫截面D所需要的時(shí)間：t= 。,根據(jù)公式q=It可得：導(dǎo)體AD中的電流I= =nqSv。 即電流的微觀表達(dá)式為I=nqSv。,2.影響因素： 從微觀上看，電流取決于導(dǎo)體單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)、每個(gè)自由電荷的電荷量、定向移動(dòng)速率的大小和導(dǎo)體的橫截面積。,3.兩個(gè)公式的比較：,【典題通關(guān)】 考查角度1 電流微觀表達(dá)式的應(yīng)用 【典例1】(多選)橫截面積為S的導(dǎo)線中通有電流I，已 知導(dǎo)線每單位體積中有n個(gè)自由電子，每個(gè)自由電子的 電荷量是e，自由電子定向移動(dòng)的速率是v，則在時(shí)間,t內(nèi)通過導(dǎo)線橫截面的電子數(shù)是() A.nSvtB.nvtC. D.,【正確解答】選A、C。根據(jù)電流的定義求解：由電流 的計(jì)算式I= 可知，在時(shí)間t內(nèi)通過導(dǎo)線橫截面的電 荷量q=It，所以在這段時(shí)間內(nèi)通過的自由電子數(shù)為 N= ，C對(duì)，D錯(cuò)。根據(jù)電流形成的微觀原因 求解：已知自由電子定向移動(dòng)的速率是v，因此在,時(shí)間t內(nèi)，位于橫截面積為S、長(zhǎng)L=vt的這段導(dǎo)線內(nèi)的自由電子都能通過橫截面，這段導(dǎo)線的體積V=SL =Svt，所以在時(shí)間t內(nèi)通過橫截面S的自由電子數(shù)為N=nV=nSvt，A對(duì)，B錯(cuò)。,考查角度2 質(zhì)子流問題 【典例2】來自質(zhì)子源的質(zhì)子(初速度為零)，經(jīng)一直線加速器加速，形成電流為I的細(xì)柱形質(zhì)子流。已知質(zhì)子源與靶間的距離為d，質(zhì)子電荷量為e，假定分布在質(zhì)子源到靶之間的加速電場(chǎng)是勻強(qiáng)電場(chǎng)，質(zhì)子到達(dá)靶時(shí)的速度為 v，則質(zhì)子源與靶間的質(zhì)子數(shù)為(),【正確解答】選B。設(shè)質(zhì)子源與靶間的質(zhì)子數(shù)為n，則 選項(xiàng)B正確。,【規(guī)律方法】微觀電流問題的解答技巧 (1)選擇一段導(dǎo)體或柱形質(zhì)子流為研究對(duì)象。 (2)確定被選定的導(dǎo)體內(nèi)或柱內(nèi)自由電荷的數(shù)量，計(jì)算出一定時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量。 (3)確定被選定的導(dǎo)體內(nèi)自由電荷全部通過橫截面的時(shí)間，根據(jù)I= 進(jìn)行計(jì)算。,【過關(guān)訓(xùn)練】 1.如圖所示，一根截面積為S的均勻長(zhǎng)直 橡膠棒上均勻帶有負(fù)電荷，每米電荷量 為q，當(dāng)此棒沿軸線方向做速度為v的勻速 直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于棒運(yùn)動(dòng)而形成的等效電流大小為 () A.vqB. C.qvSD.,【解析】選A。在運(yùn)動(dòng)方向上假設(shè)有一截面，則在t時(shí) 間內(nèi)通過截面的電荷量為Q=vtq，等效電流I= =vq，故A正確。,2.有甲、乙兩導(dǎo)體，甲的橫截面積是乙的2倍，而單位時(shí)間內(nèi)通過橫截面的電荷量，乙是甲的2倍，以下說法正確的是() A.甲、乙兩導(dǎo)體的電流相同 B.乙導(dǎo)體的電流是甲導(dǎo)體的2倍 C.乙導(dǎo)體中自由電荷定向移動(dòng)的速率是甲導(dǎo)體的2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,【解析】選B。由于單位時(shí)間內(nèi)通過乙橫截面的電荷量 是甲的2倍，因此通過乙導(dǎo)體的電流是甲的2倍，A錯(cuò) 誤，B正確；由于I=nqSv，所以v= ，由于不知道 甲、乙兩導(dǎo)體的性質(zhì)(n、q關(guān)系未知)，所以無法判斷 自由電荷定向移動(dòng)的速率大小，C、D錯(cuò)誤。,【拓展例題】考查內(nèi)容：等效電流問題 【典例】(多選)半徑為R的橡膠圓環(huán)均勻帶正電，總電荷量為Q，現(xiàn)使圓環(huán)繞中心軸線以角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，則由環(huán)產(chǎn)生的等效電流應(yīng)有() A.若不變而使電荷量Q變?yōu)樵瓉淼?倍，則電流也將變?yōu)樵瓉淼?倍,B.若電荷量不變而使變?yōu)樵瓉淼?倍，則電流也將變?yōu)樵瓉淼?倍 C.若使、Q不變，將橡膠環(huán)拉伸，使環(huán)半徑增大，電流將變大 D.若使、Q不變，將橡膠環(huán)拉伸，使環(huán)半徑增大，電流將變小,【正確解答】選A、B。正電荷Q均勻分布在橡膠環(huán)上， 當(dāng)環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在環(huán)上任取一截面，則一個(gè)周期T內(nèi)穿過 此截面的電荷量為Q，由電流的定義式I= 及T= 得，環(huán)中等效電流為I= ，故選A、B。,