物理选修3-1电流电源课件

第1节电源和电流一、电流的形成1、导体中电荷的定向移动形成电流。条件1：存在自由电荷→金属导体——自由电子，电解液——正、负离子．问：有自由电荷就形成电流吗？BA-_等势体------A++++++++B_______1、导体中电荷的定向移动形成电流。产生条件1：存在自由电荷→金属导体——自由电子，电解液——正、负离子．条件2：导体两端存在电势差一、电流的形成•电闪雷鸣时,强大的电流使天空发出耀眼的闪光,但它只能存在于一瞬间,而手电筒中的小灯泡却能持续发光,这是为什么?一、电流的形成2、导体中持续电流的形成。－－++++++++++－－－－－－－－－－ABP－－－－电源的主要作用是维持导体两端的电压。（能把自由电子从正极搬到负极的装置.）形成持续电流！电源是提供电压的装置。把其他形式的能转换成电能的装置叫做电源。电源利用非静电力!---+A+++++++___B_____P--电源能把自由电子从正极搬到负极的装置.无电压时，导体中的自由电荷做无规则运动，在一段时间内向左，向右穿过横截面的自由电荷数相等有电压时，导体中的自由电荷在电场力的作用下做定向运动二、电路中的电场1、导线中电场的形成：导线本身是由许多带电粒子（电子和质子）组成，当它和电源连通后，在电源两极上的正负电荷激发的电场作用下，导线的表面以及导线接头处会有电荷积累，正是这些电荷激发了导线内外的电场，也正是依靠这些电荷才保证导线内部的场强沿导线方向，所以导线中的电场，是由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成的，并且形成过程是在接通电源后的极短时间内（以光速）完成的。－－++++++++++－－－－－－－－－－ABP－－－－二、电路中的电场1、导线中电场的形成：导线与电源连通后，导线内部很快形成沿导线切线方向的电场，这个电场是由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成的，尽管这些电荷也在运动，但有的流走了，另外的又来补充，所以电荷的分布是稳定的，电场的分布也不会随时间变化，这种由稳定分布的电荷所产生的稳定的电场，称为恒定电场。－－++++++++++－－－－－－－－－－ABP－－－－静电场一样二、电路中的电场1、导线中电场的形成：（1）导线内的电场线和导线平行。为什么？（2）在静电场中所学的电势、电势差及电场强度的关系，在此照用。dUE恒定电场电场强度不变自由电子在各个位置的定向运动速率也不变串一个电流表,读数不会变恒定电流三、恒定电流1、恒定电流：大小、方向都不随时间变化的电流。2、电流：物理上把通过导体横截面的电荷量q跟通过这些电荷量所用的时间t的比值称为电流。表示电流强弱程度的物理量。3、单位：安培（简称安），符号：A4、公式：uAmAA6310101tqIItq表示在时间t内通过导体横截面的电荷量。电流平均电流三、恒定电流5、说明（1）电流方向的规定：规定正电荷定向移动的方向为电流方向。（2）金属导体中电流的方向与自由电子定向移动的方向相反。（3）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：tqqI21（4）电流强度虽然有大小和方向，但不是矢量，而是一个标量。1I2II21III四、电流的微观意义1、说明LSnN一个粗细均匀的，长为L的导体，两端加一定电压，导体中的自由电荷沿导体定向移动的速率为v，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，每个自由电荷所带电量为q，求此导体中的电流是多少？qLSnNeQvLtqvSnvLqLSntQI（这段导体中的自由电荷个数）（总电荷量）（这段导体中的自由电荷个数通过横截面积S所需要的时间）（电流）LSvsvtvt四、电流的微观意义2、例题有一个横截面积S=1mm2的铜导线，通过的电流I=1A。已知铜的密度为ρ=8.9×103kg/m3,铜的摩尔质量为6.4×10－2kg/mol,阿佛加德罗常数为NA=6.02×1023mol-1，电子的电量为e。在这个问题中可以认为每个铜原子贡献一个自由电子。求铜导线中自由电子定向移动的速率v？解析：设自由电子定向移动的速度为v，任意取一段导线，自由电子从左断移到右端时间为t，则这段导线长度为vt，体积为vtS，质量为ρvtS。这段导体中的原子个数为：ANMvtSneNMvtSneqAsmeSNIMvA/105.75定向移动速率非常小!（也为导线中的自由电子个数）It四、电流的微观意义3、三种微观速度的区别电流传导速率、电子定向移动速率、电子热运动速率（1）电流传导速率等于光速，电路一接通，导体中的电子立即受到电场力的作用而定向移动形成电流。（对整体而言）（2）电子定向移动速率，其大小与电流有关，一般数量级10－5m/s。（对每个电子而言）（3）电子的热运动速率，任何微观粒子都做无规则的运动，其速率与温度有关，通常情况为105m/s。讨论：如果认为电子的定向运动速率就是电流的传导速率，和我们的生活经验是否相符？怎样解释？五、典型例题讨论1、如图示，电解液接入电路后，在tS内有n1个一价正离子通过溶液内截面S，有n2个二价负离子通过溶液内截面S，设e为元电荷，则以下关于通过该截面电流的说法正确的是（）A、当n1=n2时，电流大小为零+－ABB、当n1n2时，电流方向由A指向B，电流：C、当n1n2时，电流方向由A指向B，电流：D、当n1n2时，电流方向由A指向B，电流：tennI)2(21tennI)2(12tennI)2(21五、典型例题讨论1、如图示，电解液接入电路后，在tS内有n1个一价正离子通过溶液内截面S，有n2个二价负离子通过溶液内截面S，设e为元电荷，则以下关于通过该截面电流的说法正确的是（）+－AB解析：正电荷移动形成的电流：tenI1向右负电荷移动形成的电流：tenI22向右tennI)2(21五、典型例题讨论2、一条导线中的电流为1.6A，在1s内通过这条导线某一横截面积的电子有多少个？Itq个个191910106.116.1eqn3、原子中的电子饶原子核的运动可以等效为环行电流。设氢原子的电子以速率v在半径为r的圆周轨道上饶核运动，电子的电荷量为e，等效电流有多大？vrTt2revteI2五、典型例题讨论4、（天津高考）在显像管的电子枪中，从炽热的金属丝不断放出的电子进入电压为U的加速电场，设其初速度为零，经加速后形成横截面积为S、电流为I的电子束。已知电子的电荷量为e、质量为m，则在刚射出加速度时，一小段长为△l的电子束的电子个数是（）eUmeSlIA2.BeUmelIB2.eUmeSC21.eUmelISB2.六、易误问题六点启示1、误认为电流的方向就是自由电荷的运动方向。2、不理解恒定电流的形成条件。3、电流I=q/t不要理解为I与q成正比，与t成反比。4、电解液导电电流的计算误用公式：5、自由电荷的定向移动速率与电流的传导速率不能正确区分。tqqI