人教版選修3121《導體中的電場和電流》課件

第一節(jié)第一節(jié) 導體中的電場和電流導體中的電場和電流第二章第二章 恒定電流恒定電流 上一章我們學習了電荷在沒有定向移動時產(chǎn)生的現(xiàn)象、規(guī)律及應用，從這一章開始我們就要進一步來學習電荷在有定向移動時產(chǎn)生的現(xiàn)象、規(guī)律及應用，以進一步加深對電的認識，因此本章是電學部分的重點章，它不但為后面的學習打下基礎(chǔ)，而且還有較大的實用價值，是學習電工學和電子技術(shù)的基礎(chǔ)，對日常生活和生產(chǎn)實際中正確使用電器也很有用。和上一章一樣，本章同樣是在初中所學知識基礎(chǔ)上加以提高和擴展的，故仍須十分重視才能學好它。 電荷為什么會發(fā)生定向移動從而形成電流？要形成電流到底需要什么條件呢？下面我們利用上一章學過的知識來分析、討論這些問題。MNE0FFnFtAB假設在電源正、負假設在電源正、負極之間連一根導線極之間連一根導線 導體導體A A、B B間存在電場，間存在電場，有電勢差。有電勢差。 導線中的自由電子在靜電導線中的自由電子在靜電力作用下由力作用下由B B向向A A移動，最移動，最后使后使A A、B B成為一個等勢成為一個等勢體。體。有有瞬時電流瞬時電流。 要使電路中有持續(xù)電要使電路中有持續(xù)電流，應怎辦？流，應怎辦？ 可在可在A A、B B間接一間接一電源電源P P，把電子從把電子從A A搬運到搬運到B B。有了電源，電路中產(chǎn)生的電流有了電源，電路中產(chǎn)生的電流大小是恒定的還是變化的？大小是恒定的還是變化的？MNE0FFnFt 假設在電源正、負假設在電源正、負極之間連一根導線極之間連一根導線ABMNE0MNEEE0E定向移動的電荷不會側(cè)移積定向移動的電荷不會側(cè)移積聚，使導線內(nèi)很快形成沿導聚，使導線內(nèi)很快形成沿導線方向的恒定電場。線方向的恒定電場。附加電場附加電場E E/ /和電源電場和電源電場E E0 0的疊加使得的疊加使得的導線中的電場線方向變得更接近的導線中的電場線方向變得更接近于和導線平行。于和導線平行。垂直導線方向達靜電平垂直導線方向達靜電平衡時，合場強為零。衡時，合場強為零。F Ft t 使電使電子沿導子沿導線作定線作定向移動向移動形成電形成電流；流；F Fn n使電子使電子側(cè)聚。側(cè)聚。 1 1、電流：電荷的定向移動形成電流。、電流：電荷的定向移動形成電流。（2 2）條件：導體（有自由電子）兩端有電壓（內(nèi)部）條件：導體（有自由電子）兩端有電壓（內(nèi)部 形成電場）。形成電場）。（3 3）電源的作用：保持電路兩端有電勢差，使電路）電源的作用：保持電路兩端有電勢差，使電路 中存在持續(xù)電流。中存在持續(xù)電流。（1 1）方向：跟）方向：跟正電荷正電荷定向移動的方向相同。定向移動的方向相同。 2 2、恒定電場：由穩(wěn)定分布的電荷所產(chǎn)生的穩(wěn)、恒定電場：由穩(wěn)定分布的電荷所產(chǎn)生的穩(wěn)定的電場。定的電場。電流電流直流電直流電交流電交流電恒定電流：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脈動電流：脈動電流：大小變、方向不變的電流。大小變、方向不變的電流。 由恒定電場產(chǎn)生的電流叫恒定電流。由恒定電場產(chǎn)生的電流叫恒定電流。 3 3、電流：表示電流強弱的物理量。、電流：表示電流強弱的物理量。 電流既有大小又有方向，但電流滿足代數(shù)運算而不滿足矢量電流既有大小又有方向，但電流滿足代數(shù)運算而不滿足矢量運算，故電流是標量。運算，故電流是標量。（1 1）定義式：）定義式：t tq qI（2 2）單位：安培（）單位：安培（A A）（3 3）決定式：）決定式：n nq qv vs sI I 如上圖所示表示粗細均勻的一段導體，兩端加以一定的電壓，如上圖所示表示粗細均勻的一段導體，兩端加以一定的電壓，設導體中的自由電子設導體中的自由電子電荷量為電荷量為q q、定向移動速率為定向移動速率為v v、導體、導體橫截面橫截面積為積為s s、導體每、導體每單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)為單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)為n n。則。則t t時間內(nèi)通過導體時間內(nèi)通過導體橫截面的電荷量橫截面的電荷量Q=Q=nvtsnvtsqq，電流，電流I=Q/t=nvsI=Q/t=nvsq q 例題例題1 1、（、（P42P42） 分析：因為分析：因為I=nvseI=nvse， 而而n= n= N NA A/ M/ M 故故v=IM/v=IM/（seNseNA A） 電子定向移動速率、熱運動平均速率、電流傳導速率電子定向移動速率、熱運動平均速率、電流傳導速率是三個不同的概念，它們的數(shù)量級依次為：是三個不同的概念，它們的數(shù)量級依次為：1010-5-5m/sm/s、10105 5m/sm/s和和10108 8m/sm/s。電子定向移動速率是很小的。電子定向移動速率是很小的。 例題例題2 2、（、（P P4141“思考與討論思考與討論”） 沒有矛盾。沒有矛盾。垂直導線方向達到靜電平衡，其合場強為垂直導線方向達到靜電平衡，其合場強為零，任意兩點間沒有電勢差；沿導線方向不會達到靜零，任意兩點間沒有電勢差；沿導線方向不會達到靜電平衡（有電流），其合場強不為零，導線兩端有電電平衡（有電流），其合場強不為零，導線兩端有電勢差。勢差。小結(jié)： 1 1、形成電流的條件是：導體兩端有電勢差；、形成電流的條件是：導體兩端有電勢差；產(chǎn)生持續(xù)電流的條件是：保持導體兩端有電勢產(chǎn)生持續(xù)電流的條件是：保持導體兩端有電勢差。若導體兩端電壓為零，電荷的定向移動就差。若導體兩端電壓為零，電荷的定向移動就會終止。會終止。 2 2、電源的作用就是要保持導體兩端有電勢差。、電源的作用就是要保持導體兩端有電勢差。它就像一臺抽水機一樣，沒有抽水機，水就會它就像一臺抽水機一樣，沒有抽水機，水就會從高處自動流到低處，液面很快就會沒有高度從高處自動流到低處，液面很快就會沒有高度差而相平，水也就不會再流動。差而相平，水也就不會再流動。鞏固練習：1 1、下列關(guān)于電流的說法中，正確的是：（、下列關(guān)于電流的說法中，正確的是：（ ） A.A.只要導體中有電荷運動，就有電流；只要導體中有電荷運動，就有電流； B.B.導體中沒有電流時，導體內(nèi)的電荷是靜止的；導體中沒有電流時，導體內(nèi)的電荷是靜止的； C.C.導體中的電流一定是自由電子定向移動形成的；導體中的電流一定是自由電子定向移動形成的； D.D.電流可能是由正電荷或負電荷的定向移動形成的。電流可能是由正電荷或負電荷的定向移動形成的。D2 2、下列說法中錯誤的是：（、下列說法中錯誤的是：（ ）A.A.金屬導體導電，只是自由電子作定向移動；金屬導體導電，只是自由電子作定向移動；B.B.電解液導電，正負離子都作定向移動；電解液導電，正負離子都作定向移動；C. C. 氣體導電，一定只有正離子作定向移動；氣體導電，一定只有正離子作定向移動；D. D. 氣體導電，正、負離子和自由電子都作定向移動。氣體導電，正、負離子和自由電子都作定向移動。C3 3、關(guān)于電源的作用，下列說法中正確的是（、關(guān)于電源的作用，下列說法中正確的是（ ） A.A.它能為電路持續(xù)地提供自由電荷；它能為電路持續(xù)地提供自由電荷； B. B. 它能直接釋放出電能；它能直接釋放出電能； C.C.它能保持導體兩端的電壓，使電路中有持續(xù)的電流；它能保持導體兩端的電壓，使電路中有持續(xù)的電流； D.D.它能使自由電荷運動起來。它能使自由電荷運動起來。C4 4、關(guān)于導體中的電場，下列說法中正確的是：（、關(guān)于導體中的電場，下列說法中正確的是：（ ） A.A.它是由電源兩極在空間直接形成的；它是由電源兩極在空間直接形成的； B.B.它是導線上的堆積電荷所形成的；它是導線上的堆積電荷所形成的； C.C.導線內(nèi)的電場線最終和導線平行；導線內(nèi)的電場線最終和導線平行； D.D.它的分布隨著電荷的移動而隨時間變化。它的分布隨著電荷的移動而隨時間變化。C5、有一電解池，如果在1s內(nèi)共有5.01018個二價正離子和1.01019個一價負離子通過某一橫截面，則通過這個截面的電流是：（ ） A. 0 B. 0.8A C. 1.6A D. 3.2ADAA2311061100110612100519191918.).(.t tQ QI I解解： ：應用電流的定義式進行計算時，若是電子導：應用電流的定義式進行計算時，若是電子導 電，電，q q為通過導體橫截面的電子電量的絕對為通過導體橫截面的電子電量的絕對 值；若為離子導電（如氣體或液體導電），值；若為離子導電（如氣體或液體導電），q q 為通過（氣體放電管或電解槽液體）截面為通過（氣體放電管或電解槽液體）截面 正、負離子電量的正、負離子電量的。一個電子繞氫原子核以半徑為一個電子繞氫原子核以半徑為R做勻速圓周運動，做勻速圓周運動，其等效電流為多少？（已知電子質(zhì)量為其等效電流為多少？（已知電子質(zhì)量為m，帶電，帶電量為量為e)作業(yè)：作業(yè)：