第一节 导体中的电场和电流1

第一节电源和电流学习目标1、了解形成电流的条件，知道电源的作用和导体中的恒定电场。初步体会动态平衡的思想。2、理解电流的定义，知道电流的单位、方向的规定；理解恒定电流。3、经历金属导体内自由电子定向移动速率的推导过程，从微观的角度理解导体中电荷的定向移动与电流之间的关系。在电闪雷鸣时，强大的电流使天空发出耀眼的闪光，但它只能存在一瞬间，而手电筒的小灯泡虽然只能产生微弱的光但能持久，这是为什么呢？问题:有两个带等量异种电荷的导体A,B,现将A,B用导线连接起来,会怎么样?问题:如果要在A,B间的导线中保持一个稳定的电流,可以怎么办?A++++++++_B_______R-等势体有瞬时电流AB水池抽水机我们来看这样一个实验抽水机在这里的作用是什么呢？在A,B之间增加一个装置P,使它能够把流到导体A的电子再搬回到导体B,保持A,B的电量不变,这样就可以在导线中维持一个稳定的电流,这样的装置叫电源。---+A+++++++___B_____P--电源1.能把自由电子从正极搬到负极的装置.2.作用:保持导体两端的电势差（电压）,使电路有持续的电流.1.电源的作用是使导体中形成电场。2.电源的作用是能够保持导体两端的电压3.电源的作用是使自由电荷定向移动起来形成电流的条件：（1）存在自由电荷（2）导体两端存在电压金属导体——自由电子电解液——正、负离子8新课标资源网wx.jtyjy.com老师都说好!猜想：导体内的电场线方向如何？？导体内的电场线保持和导线平行有人说，电荷在运动，那么这样的话，电荷分布将是不稳定的，形成的电场也是变化的？你是怎么看待的？虽然电荷在流动，有的流走了，紧接着后面的电荷又来补充，那么总体来说电荷的分布是稳定的，电场也是稳定的，不随时间变化。这种稳定的电场我们称之为稳定电场。问题:在一个稳定的电路中接个电流表,电流表的偏转是个定值,由此你能分析电子在导线中做什么样的运动?结论:电子在导线中保持匀速率前进,电压越大,电子的速率越大。2020/1/29由于恒定电场的作用,导体中自由电荷定向运动的速率增加;而在运动过程中会与导体内不动的粒子碰撞从而减速,因此自由电荷定向运动的平均速率不随时间变化.如果我们在这个电路中串联一个电流表,电流表的读数保持恒定.恒定电流描述电流强弱的物理量（1）有方向,有大小,但不满足平行四边形定则,仍然为标量。（2）电解液中正负离子定向移动方向虽然相反，但正、负离子定向移动形成的电流方向是相同的，此时q为正电荷总电荷量和负电荷总电荷量的绝对值之和。单位:安培或安(A),还有毫安和微安符号tqI电流：电流方向的规定：正电荷的定向移动方向为电流方向2.公式1.定义:通过导体横截面的电量q跟通过这些电量所用时间t的比值叫做电流.m、kg、s、A、mol、K(开尔文)、（德拉光强的单位）cd恒定电流:电流的大小和方向都不随时间改变的电流.交变电流:电流的大小和方向都随时间改变的电流.tI00IIt0在加有电压的一段粗细均匀的导体AD上选取两个截面B和C，设导体的横截面积为S．导体每单位体积内的自由电荷数为n，每个电荷的电荷量为q，电荷的定向移动速率为v则在时间t内处于相距为vt的两截面B、C间的所有自由电荷将通过截面C．已知：n为单位体积内的自由电荷的个数，S为导线的横截面积，v为自由电荷的定向移动速率.在时间t内通过导体某截面的电量为:Q=(VtS)nq所形成的电流为:I=Q/t=nqSV17新课标资源网wx.jtyjy.com老师都说好!问题9：知识应用举例例题:有一条横截面积S=1mm2的铜导线,通过的电流I=1A,已知铜的密度ρ=8.9×103kg/m3,铜的摩尔质量M=6.4×10-2kg/mol,阿伏加德罗常数NA=6.02×1023mol-1,电子的电量e=-1.6×10-19C,求铜导线中自由电子定向移动的速率.可认为铜导线中平均每个铜原子贡献一个自由电子。Svt析与解I－－－－－－vtL长度SvtLSV体积AANMSvtNMmNSvtVm质量tqIeSNIMvAsm/105.75tNeeNMtSvtA问题:电子在导线中定向移动的速度这么慢(通过一米长的导线要三个多小时),而平时我们一开灯,电流就瞬间产生了,这是怎么回事?电子定向移动的速率约10-5m/s，电子热运动的平均速率105m/s，电场的传播速率3×108m/s.在导体两端加电压时,导体内各处就以光速在各处建立电场,自由电子同时发生定向运动,从而形成电流。在导体两端没有加电压时,导体内没有电场,自由电子做无规则的剧烈热运动,向不同方向运动的电子数目大致相等，导体中不会形成电流。•1、形成电流的条件：（1）存在自由电荷•（2）导体两端存在电压•2、电源：把自由电子从正极搬到负极的装置。•3恒定电场：由稳定分布的电荷产生稳定的电场•4、恒定电流:大小方向都不随时间变化的电流.•（1）电流:表示电流的强弱程度的物理量.•（2）定义式：I=q/t•（3）金属导体中电流的决定式：•小结:nqsvI2020/1/29课堂讨论tqI/2解：qqs正电荷向左通过横截面S负电荷向右通过横截面S在t时间内通过横截面S的等效电流I=？2020/1/29课堂讨论•2、氢原子的核外只有一个电子，设电子在离原子核距离为R的圆轨道上做匀速圆周运动。已知电子的电荷量为e，运动速率为v，求电子绕核运动的等效电流多大？RevtqI2解：2020/1/29注意（1）适用于任何电荷的定向移动形成的电流。（2）在金属导体中，电流方向与自由电荷（电子）的定向移动方向相反；（3）在电解液中，电流方向与正离子定向移动方向相同，与负离子走向移动方向相反．导电时，是正负离子向相反方向定向移动形成电流，电量q表示通过截面的正、负离子电量绝对值之和。2020/1/29A组能力训练题11．1mA=__________A，1μA=__________A。1×10-31×10-62020/1/29A组能力训练题22．把规定为电流的方向，在金属导体中，电流方向与自由电子定向移动的方向。在电解质溶液中，电流的方向与正离子定向移动的方向，与负离子定向移动的方向。相反正电荷定向移动的方向相反相同在电解液中，电流方向与正离子定向移动方向相同，与负离子走向移动方向相反。导电时，是正负离子向相反方向定向移动形成电流，电量q表示通过截面的正、负离子电量绝对值之和。2020/1/29A组能力训练题33、一电子沿一圆周顺时针方向高速运动，周期为10-10s，则等效电流大小为A，电流方向是（填“顺时针”或“逆时针”）1.6×10-9逆时针2020/1/29A组能力训练题44．关于电源的作用,下列说法正确的是()A.电源的作用是能为电路提供自由电子B.电源的作用是使导体中形成电场C.电源的作用是能够保持导体两端的电压D.电源的作用是使自由电荷定向移动起来BCD2020/1/29A组能力训练题5（删去）5．下列叙述正确的是（）A．导体中电荷运动就形成电流B．电流的国际单位是安培C．因为电流强度有方向,所以电流强度是矢量D．导体中有电流通过时,导体内部场强不为零BD2020/1/29A组能力训练题66．关于电流的方向,下列说法正确的是（）A．在金属导体中，电流的方向是自由电子定向移动的方向B．在电解液中，电流的方向为负离子定向移动的方向C．无论在何种导体中，电流的方向都与负电荷定向移动的方向相反D．在电解液中，由于是正负电荷定向移动形成的电流，所以电流有两个方向C2020/1/29A组能力训练题77．关于电流的说法正确的是（）A．根据I=q/t可知，I与q成正比B．如果在任何相等时间内通过导体横截面积的电量相等，则导体中的电流是恒定电流C．电流强度的方向规定为正电荷定向移动的方向D．电流强度的单位“安培”是国际单位制中的基本单位BDm、kg、s、A、mol、K(开尔文)、（德拉光强的单位）cd2020/1/29A组能力训练题88．以下对导体中的电场理解正确的是（）A．导体内的电场在稳定时是和导线平行的B．导体内的电场由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成C．导线中电场始终随时间而变化D．导体内的电场是一种动态的稳定ABD2020/1/29A组能力训练题99．通过一根金属导线的电流为16mA．则10s内通过这根导线横截面的自由电子数为（）A．1.0×1017B．1.0×1018C．1.0×1019D．1.0×1020解：n=It/e=16×10-3×10/1.6×10-19=1.0×1018B2020/1/29A组能力训练题1010．在一次闪电中，持续时间为0.005s所形成的平均电流为6.0×104A，若闪电过程中产生的电荷以0.5A的电流通过电灯，试求可供电灯照明的时间。解：Q=I1t1=I2t2，t2=I1t1/I2=600s2020/1/29B组能力训练题11．有一横截面积为S的铜导线，流经其中的电流强度为I；设每单位体积的导线中有n个自由电子，电子的电量为e，此电子的定向移动速率为v，在Δt时间内，通过导线横截面的自由电子数可表示为（）A．nvSΔtB．nv·ΔtC．IΔt/eD．IΔt/eSACN=q/e=IΔt/e，又因为电流强度的微观表达式为I=nev·S，N=q/e=IΔt/e=nevSΔt/e=nvSΔt则选项A正确。解：因为I=q/Δt，所以q=I·Δt则选项C正确。所以自由电子数目为自由电子数目为：