高二物理選修3 導(dǎo)體中的電場和電流 ppt

2.1 2.1 導(dǎo)體中的電場和電流導(dǎo)體中的電場和電流第二章第二章 恒定電流恒定電流 電閃雷鳴時電閃雷鳴時, ,強(qiáng)大的電流使天空發(fā)強(qiáng)大的電流使天空發(fā)出耀眼的閃光出耀眼的閃光, ,但它只能存在于一瞬但它只能存在于一瞬間間, ,而手電筒中的小燈泡卻能持續(xù)發(fā)而手電筒中的小燈泡卻能持續(xù)發(fā)光光, ,這是為什么這是為什么? ?電流的形成電流的形成1 1電流：電流：電荷的熱運(yùn)動，從宏觀上看，不能電荷的熱運(yùn)動，從宏觀上看，不能形成電流形成電流 電荷的定向移動形成電流電荷的定向移動形成電流-BA-A+_B_等勢體等勢體導(dǎo)體中產(chǎn)生電流的條件導(dǎo)體中產(chǎn)生電流的條件: :導(dǎo)體兩端存在導(dǎo)體兩端存在電勢差電勢差A(yù)B水池導(dǎo)體中自由電子的定向移導(dǎo)體中自由電子的定向移動使兩個帶電體成為等勢動使兩個帶電體成為等勢體，達(dá)到靜電平衡，導(dǎo)線體，達(dá)到靜電平衡，導(dǎo)線R R中會產(chǎn)生一個中會產(chǎn)生一個瞬時瞬時電流電流抽水機(jī)抽水機(jī)-+A+_B_P-一.電源1. 1.能把自由電子從能把自由電子從正極正極搬到搬到負(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), ),使電使電路有路有持續(xù)持續(xù)的電流的電流. . 形成電流的條件形成電流的條件： （1 1）存在）存在自由電荷自由電荷金屬導(dǎo)體金屬導(dǎo)體自由電子自由電子 電解液電解液正、負(fù)離子正、負(fù)離子（2 2）導(dǎo)體兩端存在）導(dǎo)體兩端存在電壓電壓 當(dāng)導(dǎo)體兩端存在電壓時，導(dǎo)體內(nèi)建立了電場，導(dǎo)體當(dāng)導(dǎo)體兩端存在電壓時，導(dǎo)體內(nèi)建立了電場，導(dǎo)體中的自由電荷在電場力的作用下發(fā)生定向移動，形成電中的自由電荷在電場力的作用下發(fā)生定向移動，形成電流流 電源的作用是電源的作用是保持保持導(dǎo)體兩端的導(dǎo)體兩端的電壓電壓，使導(dǎo)體中有，使導(dǎo)體中有持續(xù)持續(xù)的電流的電流-+A+_B_P假設(shè)在電源正、負(fù)假設(shè)在電源正、負(fù)極之間連一根導(dǎo)線極之間連一根導(dǎo)線MNE0FFnFt二二. .導(dǎo)線中的電場導(dǎo)線中的電場-+A+_B_P假設(shè)在電源正、負(fù)假設(shè)在電源正、負(fù)極之間連一根導(dǎo)線極之間連一根導(dǎo)線MNE0FFnFtMNE0E0E MNE導(dǎo)線內(nèi)很快導(dǎo)線內(nèi)很快形成沿導(dǎo)線形成沿導(dǎo)線方向的電場方向的電場二二. .導(dǎo)線中的電場導(dǎo)線中的電場導(dǎo)體內(nèi)的電場線保持和導(dǎo)線平行導(dǎo)體內(nèi)的電場線保持和導(dǎo)線平行 我們在上一章中曾經(jīng)得出結(jié)論我們在上一章中曾經(jīng)得出結(jié)論: :在在靜電平衡靜電平衡時時, ,導(dǎo)體內(nèi)部的導(dǎo)體內(nèi)部的場強(qiáng)為場強(qiáng)為零零, ,導(dǎo)體上任意兩點(diǎn)之間的電勢差導(dǎo)體上任意兩點(diǎn)之間的電勢差為零為零( (等勢體等勢體). ).這與我們現(xiàn)在的說法這與我們現(xiàn)在的說法有矛盾嗎有矛盾嗎? ?為什么為什么? ?思考題思考題 導(dǎo)線內(nèi)的電場，是由電源、導(dǎo)線內(nèi)的電場，是由電源、導(dǎo)線導(dǎo)線 等電路元件所積累的電等電路元件所積累的電荷共同形成的。盡管這些電荷荷共同形成的。盡管這些電荷也在運(yùn)動，但也在運(yùn)動，但有的流走了，另有的流走了，另外的又來補(bǔ)充外的又來補(bǔ)充，所以電荷的分，所以電荷的分布是穩(wěn)定的，電場的分布也穩(wěn)布是穩(wěn)定的，電場的分布也穩(wěn)定。定。-恒定電場恒定電場 恒定電場恒定電場 由由穩(wěn)定分布穩(wěn)定分布的電荷產(chǎn)生的電荷產(chǎn)生穩(wěn)定穩(wěn)定的電場稱為恒定電場的電場稱為恒定電場. .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位置的定向運(yùn)動自由電子在各個位置的定向運(yùn)動速率速率也不變也不變串一個電流表串一個電流表, ,讀數(shù)不會變讀數(shù)不會變恒定電流恒定電流 三三. .恒定電流恒定電流 1. 1.大小方向都大小方向都不隨時間變化不隨時間變化的電流稱為恒定電流的電流稱為恒定電流. . 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)體橫截面的電量通過導(dǎo)體橫截面的電量q q跟通過這些跟通過這些電量所用時間電量所用時間t t的比值叫做電流的比值叫做電流 . . 公式公式: :I I= q / t= q / t 單位單位: :國際單位國際單位 安培安培(A) 1A=1C/s(A) 1A=1C/s 常用單位：毫安（常用單位：毫安（mAmA）、微安（）、微安（AA） 方向方向: :正電荷定向移動的方向正電荷定向移動的方向 （1 1）適用于）適用于任何電荷任何電荷的定向移動形成的電流。的定向移動形成的電流。（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（電自由電荷（電子）子）的定向移動方向的定向移動方向相反相反；（3 3）在）在電解液中電解液中，電流方向與正離子定向移動，電流方向與正離子定向移動方向方向相同，與相同，與負(fù)離子負(fù)離子走向移動方向走向移動方向相反相反導(dǎo)電導(dǎo)電時，是正負(fù)離子向相反方向定向移動形成電流，時，是正負(fù)離子向相反方向定向移動形成電流，電量電量q q表示通過截面的正、負(fù)離子表示通過截面的正、負(fù)離子電量電量絕對值絕對值之和之和。注意注意1 1、在金屬導(dǎo)體中，若、在金屬導(dǎo)體中，若10s10s內(nèi)通過橫截面的電量為內(nèi)通過橫截面的電量為10C10C，則導(dǎo)體，則導(dǎo)體中的電流為中的電流為_A_A； 1A1A 2 2、某電解槽橫截面積為、某電解槽橫截面積為0.5m0.5m2 2，若，若10s10s內(nèi)沿相反方向通過橫截內(nèi)沿相反方向通過橫截面的正負(fù)離子的電量均為面的正負(fù)離子的電量均為10C10C，則電解液中的電流為，則電解液中的電流為_A_A 2A2A 課堂訓(xùn)練課堂訓(xùn)練3 3決定電流大小的微觀量決定電流大小的微觀量 在加有電壓的一段粗細(xì)均勻的導(dǎo)體在加有電壓的一段粗細(xì)均勻的導(dǎo)體ADAD上選取兩個上選取兩個截面截面B B和和C C，設(shè)導(dǎo)體的橫截面積為設(shè)導(dǎo)體的橫截面積為S S導(dǎo)體每單位體積導(dǎo)體每單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)為內(nèi)的自由電荷數(shù)為n n，每個電荷的電荷量為每個電荷的電荷量為q q，電荷電荷的定向移動速率為的定向移動速率為v v 則在時間則在時間t t內(nèi)處于相距為內(nèi)處于相距為 vtvt 的兩截面的兩截面B B、C C間的所有間的所有自由電荷將通過截面自由電荷將通過截面C C 已知：已知：n n為單位體積為單位體積內(nèi)的自由電荷的個數(shù)，內(nèi)的自由電荷的個數(shù)，S S為導(dǎo)線的橫截面積，為導(dǎo)線的橫截面積，v v為自由電荷的為自由電荷的定向移動速率定向移動速率 . . 在時間在時間t t內(nèi)通過導(dǎo)體某截面的電量為內(nèi)通過導(dǎo)體某截面的電量為: : Q=( Q=(VtS)nqVtS)nq 所形成的電流為所形成的電流為: : I I=Q/t=Q/t=nqSVnqSV 例題例題: :有一條橫截面積有一條橫截面積S=1mmS=1mm2 2的銅導(dǎo)線的銅導(dǎo)線, ,通過的電流通過的電流I I=1A,=1A,已知已知銅的密度銅的密度=8.9=8.910103 3kg/mkg/m3 3, ,銅的摩爾質(zhì)量銅的摩爾質(zhì)量M=6.4M=6.41010-2-2kg/mol,kg/mol,阿伏加德羅常數(shù)阿伏加德羅常數(shù)NNA A=6.02=6.0210102323molmol-1 -1, ,電子的電量電子的電量e=-1.6e=-1.61010-19-19C C, ,求銅導(dǎo)線中自由電子定向移動的速率求銅導(dǎo)線中自由電子定向移動的速率. .可認(rèn)為銅導(dǎo)線中平均每個可認(rèn)為銅導(dǎo)線中平均每個銅原子貢獻(xiàn)一個自由電子銅原子貢獻(xiàn)一個自由電子. .vtvsvAIMvSN e57.5 10/m s思考題思考題 如果認(rèn)為電子的定向運(yùn)動速率就如果認(rèn)為電子的定向運(yùn)動速率就是電流的傳導(dǎo)速率，和我們的生活是電流的傳導(dǎo)速率，和我們的生活經(jīng)驗(yàn)是否相符？怎樣解釋？經(jīng)驗(yàn)是否相符？怎樣解釋？ 電子定向移動的速率約電子定向移動的速率約10 10 -5-5 m/sm/s， 電子熱運(yùn)動的平均速率電子熱運(yùn)動的平均速率10 10 5 5 m/sm/s， 電場的傳播速率電場的傳播速率3 310 10 8 8 m/sm/s. .1 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：提供持續(xù)的電壓、電源的作用：提供持續(xù)的電壓3 3、導(dǎo)線中的電場、導(dǎo)線中的電場: :導(dǎo)線內(nèi)的電場線保持和導(dǎo)線平導(dǎo)線內(nèi)的電場線保持和導(dǎo)線平行行.( .(恒定電場恒定電場) )4 4、恒定電流、恒定電流: :大小方向都不隨時間變化的電流大小方向都不隨時間變化的電流. .5 5、電流、電流: :表示電流的強(qiáng)弱程度的物理量表示電流的強(qiáng)弱程度的物理量. . （1 1）定義式）定義式 I I=q / t=q / t （2 2）金屬導(dǎo)體中電流的計(jì)算式）金屬導(dǎo)體中電流的計(jì)算式小結(jié):nqsvI n n 為單位體積內(nèi)自由電荷數(shù)目，為單位體積內(nèi)自由電荷數(shù)目，S S 為導(dǎo)體橫截面積，為導(dǎo)體橫截面積，v v為電荷定向移動速率為電荷定向移動速率 q q為每個自由電荷的電量為每個自由電荷的電量課堂訓(xùn)練課堂訓(xùn)練3 3、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金屬導(dǎo)體中電流的方向就是自由電子定向移動的方向向移動的方向B B在電解質(zhì)溶液中有自由的正離子和負(fù)離在電解質(zhì)溶液中有自由的正離子和負(fù)離子，電流方向不能確定子，電流方向不能確定C C不論何種導(dǎo)體，電流的方向規(guī)定為正電不論何種導(dǎo)體，電流的方向規(guī)定為正電荷定向移動的方向荷定向移動的方向D D電流的方向有時與正電荷定向移動的電流的方向有時與正電荷定向移動的方向相同，有時與負(fù)電荷定向移動的方向方向相同，有時與負(fù)電荷定向移動的方向相同相同C C課堂訓(xùn)練課堂訓(xùn)練4 4、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5.05.010101818個二價正離子和個二價正離子和1.01.010101919個個一價負(fù)離子通過某橫截面，那么通過一價負(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？電解質(zhì)溶液的電流強(qiáng)度是多大？3.2 A 3.2 A 課堂訓(xùn)練課堂訓(xùn)練5 5、氫原子的核外只有一個電子，設(shè)、氫原子的核外只有一個電子，設(shè)電子在離原子核距離為電子在離原子核距離為R R的圓軌道的圓軌道上做勻速圓周運(yùn)動。已知電子的電上做勻速圓周運(yùn)動。已知電子的電荷量為荷量為e e，運(yùn)動速率為，運(yùn)動速率為v v，求電子繞，求電子繞核運(yùn)動的等效電流多大？核運(yùn)動的等效電流多大？RevtqI2