《高中物理奥赛之电磁学—2.1电流》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高中物理奥赛之电磁学—2.1电流（13页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、高中物理精品教案学案2、1 电 流21 1电流、电流强度、电流密度导体处于静电平衡时，导体内部场强处处为零。如果导体内部场强不为零，带电粒子在电场力作用下发生定向移动，形成了电流。形成电流条件是：存在自由电荷和导体两端有电势差（即导体中存在电场）。自由电荷在不同种类导体内部是不同的，金属导体中自由电荷是电子；酸、碱、盐在水溶液中是正离子和负离子；在导电气体中是正离子、负离子和电子。电流强度是描述电流强弱的物理量，单位时间通过导体横截面的电量叫做电流强度。用定义式表示为电流强度是标量。但电流具有方向性，规定正电荷定向移动方向为电流方向。在金属导体中电流强度的表达式是n是金属导体中自由电子密度，e
2、是电子电量，v是电子定向移动平均速度，S是导体的横截面积。在垂直于电流方向上，单位面积内电流强度叫做电流密度，表示为金属导体中，电流密度为电流密度是矢量，其方向与电流方向一致。21 2、电阻定律导体的电阻为式中、称为导体电阻率、电导率，由导体的性质决定。实验表明，多数材料的电阻率都随温度的升高而增大，在温度变化范围不大时，纯金属的电阻率与温度之间近似地有如下线性关系为0时电子率，为时电阻率，为电阻率的温度系数，多数纯金属值接近于，而对半导体和绝缘体电阻率随温度 的升高而减小。某些导体材料在温度接近某一临界温度时，其电阻率突减为零，这种现象叫超导现象。图2-2-1超导材料除了具有零电阻特性外，还
3、具有完全抗磁性，即超导体进入超导状态时，体内磁通量被排除在体外，可以用这样一个实验来形象地说明：在一个浅平的锡盘中，放入一个体积很小但磁性很强的永磁铁，整个装置放入低温容器里，然后把温度降低到锡出现超导电性的温度。这时可以看到，小磁铁竟然离开锡盘表面，飘然升起与锡盘保持一定距离后，悬在空中不动了，如图2-2-1所示。这是由于超导体的完全抗磁性，使小磁铁的磁感线无法穿透超导体，磁场畸变产生一个向上的很大的排斥力，把磁铁托在空中，这就是磁悬浮的道理，这一特性启示了人们用超导材料制造磁悬浮列车。超导现象是1911年荷兰物理学家昂尼斯首先发现的。他发现在（），汞的电阻突然消失，并把这种“零”电阻特性称
4、为“超导电性”。接着他又发现在附近，铅也具有“超导性”。1933年，迈斯纳发现了超导的“完全抗磁性”，他证明处于磁场中的超导体可以把磁感线完全排斥在体外，从而使自身可以悬浮在磁体之上。这个现象称为“迈斯纳效应”。至今人们仍把“零电阻特性”和“完全抗磁性”作为判定材料达到“超导状态”的两个必要条件。例1、为了使一圆柱形导体棒电阻不随温度变化，可将两根截面积相同的碳棒和铁棒串联起来，已知碳的电阻率为，电阻率温度系数，而铁，求这两棒的长度之比是多少？解： 各种材料的长度和截面积都会随温度变化而变化，但它们电阻率的变化比线度的变化要明显得多（一般相差两个数量级），因此可以忽略线度的变化。将代入，得式中
5、为材料0时电阻将碳棒和铁棒串联，总电阻为要R不随温度变化，必须有由，可知截面积相同的两棒长度之比为 2. 1 3、电流密度和电场强度的关系通电导体中取一小段长，其两端电压，则有：得到 上式给出了电流密度与推动电荷流动的电场之间的对应关系，更细致地描述了导体的导电规律，被称为欧姆定律的微分形式。对于金属中的电流，上式中的还可有更深入的表示。当金属内部有电场时，所有自由电子都将在原有的热运动的基础上附加一个逆场强的定向运动，就是所有电子的这种定向运动形成宏观电流。由于与晶体点阵的碰撞，自由电子定向速度的增加受到限制。电子与晶体点阵碰撞后散射的速度沿各个方向几率相等，这样电子定向运动特征完全丧失，其
6、定向速度为0。这样电子在电场力的作用下从零开始作匀加速运动，设两次碰撞之间的平均时间为，平均路程为，则电子定向运动平均速度。而，是电子热运动的平均速率。所以下面我们看电流密度矢量与电子定向运动平均速度的关系。在金属内部，在与垂直方向取一面积为的面元，以为底，为高作一个柱体。设单位体积内自由电子数为n，则单位时间内柱体内的所有为由电子能穿过面而形成电流，面上任一点的电流密度： 的方向以正电荷运动方向为准，电子带负电，的方向与的方向相反代入，我们得到对于一定的金属导体，在一定温度下，是一定的，与欧姆定律的微分形式相比，金属的电导率为对于导电液体，同样有更细微的表达式。能够导电的液体称为电解液。电解
7、液中能自由移动的带电粒子是正、负离子。在没有外电场时，正负离子作无规则的热运动。在有外场作用时，液体中正负离子定向移动形成宏观电流，正、负离子的平均定向速度（以称迁移速度）和与所加的电场成正比。若单位体积内有n对正负离子，每个离子带电量q，考虑到负电荷的运动等效于等量的正电荷反方向的运动，则所研究面元的电流密度大小为定义单位场强下的迁移速度为迁移率，分别用和表示 则 对于一定浓度的某一种电解液，均为恒量，液体导电仍满足欧姆定律。 高考必背物理公式质点运动1.匀速直线运动：- - v表示速度，s表示位移，t表示时间。2.变速直线运动：- 其中：s表示位移，表示平均速度，t表示时间。3.匀变速直线
8、运-基本公式： 导出公式： 纸 带 法 ： 4.平抛运动：沿V0方向 沿垂直于V0方向（竖直）- - -各量方向-位移：-速度：其余量的求法：-位移： -速度： -时间：5.匀速率圆周运动：-基本公式：-运动快慢-线速度： 其中：s为t时间内通过的弧长。-转动快慢-角速度： 其中：为t时间内转过的圆心角。-周期： -向心力：-向心加速度：力的表达式1.重力-不考虑地球自转的情况下 ，重力与万有引力相等 2.弹力-不明显的形变-用动力学方程求解； 明显的形变-在弹性限度以内，满足胡克定律：3.摩擦力-静摩擦力- 最大静摩擦力：其中：为最大静摩擦因数。-滑动摩擦力- 其中：为动摩擦因数，FN为正压
9、力。4.力的合成和分解-合力的大小：其中：为F1与F2的夹角；-合力的方向：6.核力：组成原子核的核子之间的作用力。 强力、短程力7.电场力：-库仑力： -电场力：8.安培力：-当;当。 -方向用左手定则判断。9.洛仑兹力：- ； 若；方向用左手定则判断。牛顿运动定律、万有引力定律1.牛顿第二定律- 2.牛顿第三定律-3.万有引力定律 G=6.67*10-11牛顿米2/千克2 条件：均匀球体或者质点。4.星体运动：万有引力提供向心力，所以：-= 卫星绕行星的环绕速度：-其中：M为行星的质量。卫星绕行星的公转周期：-其中：r 为轨道半径=R+h黄金替代：-其中：R为地球半径；g为地球表面的重力加
10、速度。用近轨道卫星的周期表示行星的密度：- 双星问题：它们之间的引力提供了他们的圆周运动的向心力，-角速度：-向心力：- 到圆心的距离：- 同步通讯卫星：在赤道正上方36000千米处；角速度、周期与地球的相同；卫星变轨：内小（近心）外大（离心）。动量、动量守恒定律1.动量：-定义式：-改变量： 2.动量守恒定律： -系统的动量的增量为零； -第二个物体的动量的增量等于第一个物体的动量的减小量； - 常用具体等式： -条件-系统：能量1.功-恒力功：；-变力功： 2.滑动摩擦力功：是路程；且滑动摩擦力功生热E3.功率：-平均功率 -瞬时功率其中：F为牵引力。4.动能定理：-其中：5.重力势能：6
11、.机械能守恒定律-物体：或者条件-系统：-条件：只是系统内部的动能和势能的转化，不产生其它形式的能。电场中的公式1.库仑定律：-其中：K是静电力常量K=9.0*109牛顿.米2/库仑22.电场强度：定义式： 其中：q为试探电荷，对于电场中的某一点有：，普遍适用。量度式1： 其中：Q为场源电荷，r为该点到场源电荷的距离，只适用于真空中点电荷形成的电场。量度式2： 其中：U为两点间的电势差，d为距离，只适用于匀强电场。3.电势差 - -电场力做功： 4.电势能 - 电场力做功与电势能的关系：5.某带电粒子只在重力和电场力作用下：6.静电场中平衡导体：-等势体： -内部场强为零： 。7.电容器：-电
12、容定义式： ； -平行板电容器电容决定式：其中在这里是介电常数；电容器的两极板与其它断开时，电量不变，且有： 与d无关。电容器与电源相连时，两极板电压不变；它两端的电压等于与它并联的电路的电压， 在稳恒直流电路中与它串联的电阻是无用电阻。8.电荷只在电场力的作用下的加速：；当9.电荷只在电场力的作用下的偏转： - - -电场力： -加速度： -穿过长电场所用时间：-偏转速度大小： -速度偏转方向：-偏转位移大小： -位移偏转方向：稳恒电流1.电流：-定义式： -微观描述：其中：n为单位体积内自由电荷数，v是自由移动电荷的定向移动速度，s是导体的横截面积，q是自由移动电荷的带电量。2.电阻：-定
13、义式： -导体决定式：3.部分电路欧姆定律：- -适用条件：纯电阻电路4.闭合电路欧姆定律：-闭合电路欧姆定律 ： 5.电动势、内电压、路端电压的关系：-电动势等于开路时电源两端的电压。路端电压： 随外电阻的增大而增大。6.电功：(普遍适用) -纯电阻电路中7.电功率: (普遍适用) -纯电阻电路中8.电源输出功率:当 R = r 时,输出功率最大且9.某电机的输入功率: ,热功率: ,输出功率:.10.串联电路:-电压:-电流:-电阻: -其它关系:11.并联电路: -电压: -电流: -电阻: -其它关系:12.把电流计Ig、Rg改装成量程为I的电流表-需并联电阻的阻值是：。13.把电流计Ig、Rg改装成量程为U的电压表-需串联电阻的阻值是：。14.多用电表工作原理：因为：所以： )磁 场1.安培力：-当；当。 -方向用左手定则判断。2.磁感应强度：-当3.洛仑兹力：-当 ；f不做功，但是可以改变物体的动量。 -当 -方向用左手定则判断。4.带电粒子只在洛仑兹力的作用下做匀速率圆周运动： -半径： ； -周期： ；转过圆心角所用时间：电磁感应1.磁通量：- -改变量： 2.电磁感应现象的条件： ；-改变率：3.法拉第电磁感应定律：-平均
