高中物理 電源和電流課件 新人教版選修31

1 1 電源和電流電源和電流第二章第二章 恒定電流恒定電流 1.1.了解電源的形成過程，明確電源在直流電路中的作用了解電源的形成過程，明確電源在直流電路中的作用. .2.2.理解導(dǎo)線中恒定電場的建立，掌握恒定電場和恒定電流理解導(dǎo)線中恒定電場的建立，掌握恒定電場和恒定電流的形成過程的形成過程. .3.3.知道描述電流強(qiáng)弱程度的物理量知道描述電流強(qiáng)弱程度的物理量電流電流. . 雷鳴電閃時(shí)雷鳴電閃時(shí), ,強(qiáng)大的電流使天空發(fā)出耀眼強(qiáng)大的電流使天空發(fā)出耀眼的閃光的閃光, ,但它只能存在于一瞬間但它只能存在于一瞬間, ,而手電筒中而手電筒中的小燈泡卻能持續(xù)發(fā)光的小燈泡卻能持續(xù)發(fā)光, ,這是為什么這是為什么? ?B BA A-A A+_B B_等勢體等勢體用導(dǎo)線用導(dǎo)線R R連接兩個(gè)分別帶正負(fù)電荷的導(dǎo)體，導(dǎo)線中有沒有電連接兩個(gè)分別帶正負(fù)電荷的導(dǎo)體，導(dǎo)線中有沒有電流通過？為什么？如果有，這個(gè)電流能持續(xù)下去嗎？流通過？為什么？如果有，這個(gè)電流能持續(xù)下去嗎？導(dǎo)體中自由電子的定向移動(dòng)使導(dǎo)體中自由電子的定向移動(dòng)使兩個(gè)帶電體成為等勢體，達(dá)到兩個(gè)帶電體成為等勢體，達(dá)到靜電平衡，導(dǎo)線靜電平衡，導(dǎo)線R R中會(huì)產(chǎn)生一中會(huì)產(chǎn)生一個(gè)個(gè)瞬時(shí)瞬時(shí)電流。電流。A A得到電子，得到電子，B B失去電子，失去電子，周圍電場迅速減弱周圍電場迅速減弱. .AB水池抽水機(jī)抽水機(jī)如圖，水池如圖，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之間用之間用一個(gè)細(xì)管連起來，則水在重力的作用下從水池一個(gè)細(xì)管連起來，則水在重力的作用下從水池A A到水池到水池B B做定向移動(dòng)，做定向移動(dòng)，A A、B B之間的高度差很快消失，在這種情況之間的高度差很快消失，在這種情況下，水管中只可能有一個(gè)瞬間的水流下，水管中只可能有一個(gè)瞬間的水流. .怎樣才能使水管中有源源不斷的水流呢？怎樣才能使水管中有源源不斷的水流呢？水池水池A A中的水量要及時(shí)補(bǔ)充才行?？芍械乃恳皶r(shí)補(bǔ)充才行?？蓪 B中的水及時(shí)抽到中的水及時(shí)抽到A A中，保持水池中，保持水池A A、B B的水面有一定的的水面有一定的高度差。高度差。B BA A-A A+_B B_如果在如果在A A、B B之間接上一個(gè)裝置之間接上一個(gè)裝置P P，它能把經(jīng)過導(dǎo)線，它能把經(jīng)過導(dǎo)線R R流到流到A A的電的電子取走，補(bǔ)充給子取走，補(bǔ)充給B B，使，使A A、B B始終保持一定數(shù)量的正、負(fù)電荷，始終保持一定數(shù)量的正、負(fù)電荷，情況會(huì)怎樣呢？情況會(huì)怎樣呢？-+A A+_B B_P P-導(dǎo)體中自由電子的定向?qū)w中自由電子的定向移動(dòng)使兩個(gè)帶電體成為移動(dòng)使兩個(gè)帶電體成為等勢體，達(dá)到靜電平衡，等勢體，達(dá)到靜電平衡，導(dǎo)線導(dǎo)線R R 中會(huì)產(chǎn)生一個(gè)瞬中會(huì)產(chǎn)生一個(gè)瞬時(shí)電流時(shí)電流能保持能保持導(dǎo)體兩端的電導(dǎo)體兩端的電勢差勢差( (電壓電壓),),使電路使電路有有持續(xù)持續(xù)的電流。的電流。RRR-+A+_B_P-一、電源一、電源1.1.能把自由電子從能把自由電子從正極正極搬運(yùn)到搬運(yùn)到負(fù)極負(fù)極的裝置的裝置. .2.2.作用作用: :保持保持導(dǎo)體兩端的電勢差導(dǎo)體兩端的電勢差( (電壓電壓),),使電路有使電路有持續(xù)持續(xù)的的電流電流. .二、恒定電場二、恒定電場 導(dǎo)線內(nèi)的電場，是由電源、導(dǎo)線等電路元件所積累的導(dǎo)線內(nèi)的電場，是由電源、導(dǎo)線等電路元件所積累的電荷共同形成的電荷共同形成的.盡管這些電荷也在運(yùn)動(dòng)，但盡管這些電荷也在運(yùn)動(dòng)，但有的流走了，有的流走了，另外的又來補(bǔ)充另外的又來補(bǔ)充，所以電荷的分布是穩(wěn)定的，電場的分布，所以電荷的分布是穩(wěn)定的，電場的分布也是穩(wěn)定的也是穩(wěn)定的. 由穩(wěn)定分布的電荷所產(chǎn)生的穩(wěn)定的電場，稱為由穩(wěn)定分布的電荷所產(chǎn)生的穩(wěn)定的電場，稱為恒定電場恒定電場。恒定電場恒定電場電場強(qiáng)度不變電場強(qiáng)度不變自由電子在各個(gè)位置的定向運(yùn)動(dòng)自由電子在各個(gè)位置的定向運(yùn)動(dòng)速率速率也不變也不變串聯(lián)一個(gè)電流表串聯(lián)一個(gè)電流表, ,讀數(shù)不會(huì)變讀數(shù)不會(huì)變恒定電流恒定電流三、恒定電流三、恒定電流1.1.大小、方向都不隨時(shí)間變化的電流稱為大小、方向都不隨時(shí)間變化的電流稱為恒定電流恒定電流。2.2.電流電流(I)(I)：表示電流的強(qiáng)弱程度。：表示電流的強(qiáng)弱程度。 定義：定義：通過導(dǎo)體橫截面的電荷量通過導(dǎo)體橫截面的電荷量q q跟通過這些電荷量所跟通過這些電荷量所用時(shí)間用時(shí)間t t的比值叫做電流。的比值叫做電流。 公式：公式： 單位單位: :國際單位國際單位 安培安培(A) 1 A=1 C/s(A) 1 A=1 C/s 常用單位：毫安（常用單位：毫安（mAmA）、微安（）、微安（AA） 方向：方向：正電荷定向移動(dòng)的方向正電荷定向移動(dòng)的方向 qIt（1 1）適用于）適用于任何電荷任何電荷定向移動(dòng)形成的電流；定向移動(dòng)形成的電流；（2 2）在）在金屬導(dǎo)體金屬導(dǎo)體中，電流方向與中，電流方向與自由電荷（電子）自由電荷（電子）的定向的定向移動(dòng)的方向移動(dòng)的方向相反相反；（3 3）在）在電解液中電解液中，電流方向與正離子定向移動(dòng)的，電流方向與正離子定向移動(dòng)的方向方向相同，相同，與與負(fù)離子負(fù)離子定向移動(dòng)的方向定向移動(dòng)的方向相反相反。導(dǎo)電時(shí)，是正、負(fù)離子向。導(dǎo)電時(shí)，是正、負(fù)離子向相反方向定向移動(dòng)形成電流，相反方向定向移動(dòng)形成電流，電荷量電荷量q q表示通過橫截面的表示通過橫截面的正、負(fù)離子正、負(fù)離子電荷量絕對(duì)值之和電荷量絕對(duì)值之和。注意：注意：vtvsv【例【例1 1】有一條橫截面積】有一條橫截面積S=1 mmS=1 mm2 2的銅導(dǎo)線的銅導(dǎo)線, ,通過的電流通過的電流I=1 A,I=1 A,已知銅的密度已知銅的密度=8.9=8.910103 3 kg/mkg/m3 3, ,銅的摩爾質(zhì)量銅的摩爾質(zhì)量M=6.4M=6.41010-2 -2 kg/mol,kg/mol,阿伏加德羅常數(shù)阿伏加德羅常數(shù)N NA A=6.02=6.02101023 23 molmol-1-1, ,電子的電電子的電量量e=-1.6e=-1.61010-19 -19 C,C,求銅導(dǎo)線中自由電子定向移動(dòng)的速率求銅導(dǎo)線中自由電子定向移動(dòng)的速率. .可可認(rèn)為銅導(dǎo)線中平均每個(gè)銅原子貢獻(xiàn)一個(gè)自由電子認(rèn)為銅導(dǎo)線中平均每個(gè)銅原子貢獻(xiàn)一個(gè)自由電子. .AIMv =NeS57.5 10 /m s【解析【解析】設(shè)自由電子在導(dǎo)線內(nèi)定向移動(dòng)的速率是設(shè)自由電子在導(dǎo)線內(nèi)定向移動(dòng)的速率是v.v.取一段導(dǎo)取一段導(dǎo)線（如圖），自由電子從它的左端定向移動(dòng)到右端的時(shí)間為線（如圖），自由電子從它的左端定向移動(dòng)到右端的時(shí)間為t t，則這段導(dǎo)線的長度為，則這段導(dǎo)線的長度為vtvt，體積為，體積為vtSvtS，質(zhì)量為，質(zhì)量為vtSvtS，則，則這段導(dǎo)線中的原子數(shù)為這段導(dǎo)線中的原子數(shù)為則這段導(dǎo)線中的自由電子數(shù)也為則這段導(dǎo)線中的自由電子數(shù)也為n n，t t時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量是時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量是SA v tq = n e =NeMAvtSnNM把這個(gè)式子代入把這個(gè)式子代入I Iq/tq/t, ,得得SAv N eI =M解得解得vtvtv vv v 如果認(rèn)為電子的定向移動(dòng)速率就是電流的傳導(dǎo)速率，如果認(rèn)為電子的定向移動(dòng)速率就是電流的傳導(dǎo)速率，這和我們的生活經(jīng)驗(yàn)是否相符？怎樣解釋？這和我們的生活經(jīng)驗(yàn)是否相符？怎樣解釋？ 電子定向移動(dòng)的速率約為電子定向移動(dòng)的速率約為1010-5 -5 m/sm/s， 電子熱運(yùn)動(dòng)的平均速率為電子熱運(yùn)動(dòng)的平均速率為10105 5 m/sm/s， 電場的傳播速率為電場的傳播速率為3 310108 8 m/sm/s. .1.1.在金屬導(dǎo)體中，若在金屬導(dǎo)體中，若10 s10 s內(nèi)通過橫截面的電荷量為內(nèi)通過橫截面的電荷量為10 C10 C，則，則導(dǎo)體中的電流為導(dǎo)體中的電流為_；2.2.某電解槽橫截面積為某電解槽橫截面積為0.5 m0.5 m2 2，若，若10 s10 s內(nèi)沿相反方向通內(nèi)沿相反方向通過橫截面的正負(fù)離子的電量均為過橫截面的正負(fù)離子的電量均為10 C10 C，則電解液中的電流，則電解液中的電流為為_1 A1 A2 A2 A2.2.關(guān)于電流的方向，下列敘述中正確的是（關(guān)于電流的方向，下列敘述中正確的是（ ）A A金屬導(dǎo)體中電流的方向就是自由電子定向移動(dòng)的方向金屬導(dǎo)體中電流的方向就是自由電子定向移動(dòng)的方向B B在電解質(zhì)溶液中有自由移動(dòng)的正離子和負(fù)離子，電流方向在電解質(zhì)溶液中有自由移動(dòng)的正離子和負(fù)離子，電流方向不能確定不能確定C C不論何種導(dǎo)體，電流的方向規(guī)定為正電荷定向移動(dòng)的方向不論何種導(dǎo)體，電流的方向規(guī)定為正電荷定向移動(dòng)的方向D D電流的方向有時(shí)與正電荷定向移動(dòng)的方向相同，有時(shí)與負(fù)電流的方向有時(shí)與正電荷定向移動(dòng)的方向相同，有時(shí)與負(fù)電荷定向移動(dòng)的方向相同電荷定向移動(dòng)的方向相同C C3 3關(guān)于電流，下列說法中正確的是（關(guān)于電流，下列說法中正確的是（ ）A A通過導(dǎo)線橫截面的電荷量越多，電流越大通過導(dǎo)線橫截面的電荷量越多，電流越大B B電子運(yùn)動(dòng)的速率越大，電流越大電子運(yùn)動(dòng)的速率越大，電流越大C C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)體中的電流越大流越大D D因?yàn)殡娏饔蟹较?，所以電流是矢量因?yàn)殡娏饔蟹较颍噪娏魇鞘噶緾 C4 4對(duì)于有恒定電流通過的導(dǎo)體，下列說法中正確的是對(duì)于有恒定電流通過的導(dǎo)體，下列說法中正確的是 （ ） A A導(dǎo)體內(nèi)部的電場強(qiáng)度為零導(dǎo)體內(nèi)部的電場強(qiáng)度為零 B B導(dǎo)體是個(gè)等勢體導(dǎo)體是個(gè)等勢體C C導(dǎo)體兩端有恒定的電壓存在導(dǎo)體兩端有恒定的電壓存在 D D通過導(dǎo)體某個(gè)橫截面的電荷量在任何相等的時(shí)間內(nèi)都相通過導(dǎo)體某個(gè)橫截面的電荷量在任何相等的時(shí)間內(nèi)都相等等CDCD6.6.某電解質(zhì)溶液，如果在某電解質(zhì)溶液，如果在1 s1 s內(nèi)共有內(nèi)共有5.05.0101018 18 個(gè)二價(jià)正離子個(gè)二價(jià)正離子和和1.01.0101019 19 個(gè)一價(jià)負(fù)離子通過某橫截面，那么通過電解質(zhì)個(gè)一價(jià)負(fù)離子通過某橫截面，那么通過電解質(zhì)溶液的電流強(qiáng)度是多大？溶液的電流強(qiáng)度是多大？解析：解析：設(shè)在設(shè)在t t=1 s=1 s內(nèi)，通過某橫截面的二價(jià)正離子數(shù)為內(nèi)，通過某橫截面的二價(jià)正離子數(shù)為n n1 1，一價(jià)負(fù)離子數(shù)為，一價(jià)負(fù)離子數(shù)為n n2 2，元電荷的電荷量為，元電荷的電荷量為e e，則，則t t 時(shí)時(shí)間內(nèi)通過該橫截面的電荷量為間內(nèi)通過該橫截面的電荷量為q=q=（2n2n1 1+n+n2 2）e e電流強(qiáng)度為電流強(qiáng)度為I I=q/t=q/t=1.6=1.61010-19-192 2101019 19 A=3.2 AA=3.2 A1.1.形成電流的條件：形成電流的條件： （1 1）存在自由電荷（）存在自由電荷（2 2）導(dǎo)體兩端存在電壓）導(dǎo)體兩端存在電壓2.2.電源的作用：電源的作用：提供持續(xù)的電壓。提供持續(xù)的電壓。3.3.恒定電場恒定電場: :由穩(wěn)定分布的電荷產(chǎn)生的穩(wěn)定的電場稱為由穩(wěn)定分布的電荷產(chǎn)生的穩(wěn)定的電場稱為恒定電場。恒定電場。4.4.恒定電流恒定電流: :大小方向都不隨時(shí)間變化的電流大小方向都不隨時(shí)間變化的電流. .5.5.電流電流: :表示電流強(qiáng)弱程度的物理量表示電流強(qiáng)弱程度的物理量. . 定義式定義式qIt