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1、2.1 2.1 电源和电流电源和电流，电动势，电动势第二章 恒定电流甘生存甘生存教学目标教学目标一、知识与技能一、知识与技能1让学生明确电源在直流电路中的作用，理解导线中的恒定电场的建立2知道恒定电流的概念和描述电流强弱程度的物理量-电流。 3从微观意义上看电流的强弱与自由电子平均速率的关系。4.理解电动势的概念，掌握电动势的定义式二，教学重点与难点二，教学重点与难点：重点：重点：1理解电源的形成过程及电流的产生。2电动势的概念，对电动势的定义式的应用。难点：难点：1电源作用的道理，区分电子定向移动的速率和在导线中建立电场的速率这两个不同的概念。2、电池内部能量的转化；电动势概念的理解。一、电
2、源一、电源导体中的自由电荷在电场力的作用下发生导体中的自由电荷在电场力的作用下发生定向移动形成电流定向移动形成电流. (瞬时电流瞬时电流) 1、电流的形成、电流的形成2 2、持续电流的形成、持续电流的形成倘若在倘若在A,BA,B之间连接一个装置之间连接一个装置P,P,作用是不断地把电子从作用是不断地把电子从A A搬运到搬运到B B，使，使ABAB之间始终存在一定的电场，从而保持持续电流。之间始终存在一定的电场，从而保持持续电流。装置P电源-BA-A+_B_等势体等势体导体中产生电流的导体中产生电流的条件条件: :导体两端存在导体两端存在电势差电势差AB水池导体中自由电子的定向导体中自由电子的定
3、向移动使两个带电体成为移动使两个带电体成为等势体等势体, ,达到静电平衡，达到静电平衡，导线导线R R中会产生一个瞬时中会产生一个瞬时电流电流抽水机抽水机-+A A+_B B_P P-电源电源1.1.能把自由电子从正极搬到负极的装置能把自由电子从正极搬到负极的装置. .2.2.作用作用: :保持导体两端的电势差保持导体两端的电势差( (电压电压),),使电路有持续的电流使电路有持续的电流. .-+A+_B_P假设在电源正、负极假设在电源正、负极之间连一根导线之间连一根导线MNE0FFnFt二二. .导线中的电场导线中的电场-+A+_B_P假设在电源正、负极假设在电源正、负极之间连一根导线之间连
4、一根导线MNE0FFnFtMNE0E0E MNE导线内很导线内很快形成沿快形成沿导线方向导线方向的电场的电场二二. .导线中的电场导线中的电场导体内的电场线保持和导线平行导体内的电场线保持和导线平行 小结小结:形成电流的形成电流的条件条件 （1 1）存在自由电荷）存在自由电荷 金属导体金属导体自由电子自由电子 电解液电解液正、负离子正、负离子（2 2）导体两端）导体两端存在电压存在电压 当当导导体体两两端端存存在在电电压压时时，导导体体内内建建立立了了电电场场，导导体体中中的的自自由由电电荷荷在在电电场场力力的的作作用用下下发发生生定定向向移移动动，形成电流形成电流 电电源源的的作作用用是是保
5、保持持导导体体两两端端的的电电压压，使使导导体体中中有持续的电流有持续的电流 导线内的电场，是由电导线内的电场，是由电源、导线等电路元件所积累的源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成的。尽管这些电电荷共同形成的。尽管这些电荷也在运动，但有的流走了，荷也在运动，但有的流走了，另外的又来补充，所以电荷的另外的又来补充，所以电荷的分布是稳定的，电场的分布也分布是稳定的，电场的分布也稳定。稳定。-恒定电场恒定电场 恒定电场恒定电场 由稳定分布的电荷产生由稳定分布的电荷产生稳定的电场称为恒定电场稳定的电场称为恒定电场. .恒定电场恒定电场电场强度不变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自由
6、电子在各个位置的定向运动速率也不变串一个电流表串一个电流表, ,读数不会变读数不会变( (恒定电流恒定电流) )三三、恒定电流、恒定电流电流：电流：1、 定义：定义： 大小、方向都不随时间变化的电流大小、方向都不随时间变化的电流大小、方向都不随时间变化的电流大小、方向都不随时间变化的电流 用单位时间内通过导体横截面的电量表示电流强弱用单位时间内通过导体横截面的电量表示电流强弱 2、 公式：公式： 4 、 方向：正电荷定向移动的方向方向：正电荷定向移动的方向 金属导体中电流的方向与自由电子定向移动的方向相反。金属导体中电流的方向与自由电子定向移动的方向相反。 可得可得 3、 单位：安培单位：安培
7、 A 其他单位其他单位 mA A（1）电流为标量，电流虽有方向但是标量）电流为标量，电流虽有方向但是标量（2）电解液中正负离子定向移动方向虽然相反，但正、）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，此时负离子定向移动形成的电流方向是相同的，此时q为正为正电荷总电荷量和负电荷总电荷量的绝对值之和。电荷总电荷量和负电荷总电荷量的绝对值之和。 例例1 某电解池，如果在某电解池，如果在1s中内共有中内共有5.01018个二价正离子个二价正离子和和5.01018个一价负电子通过某横截面，那么通过这个个一价负电子通过某横截面，那么通过这个横截面的电流强度是多大？横截
8、面的电流强度是多大？答案：答案：1.6A说明说明1 1、在金属导体中，若、在金属导体中，若10s10s内通过横截面的电量内通过横截面的电量为为10C10C，则导体中的电流为，则导体中的电流为_A A； 1A1A 2 2、某电解槽横截面积为、某电解槽横截面积为0.5m0.5m2 2，若，若10s10s内沿相反内沿相反方向通过横截面的正负离子的电量均为方向通过横截面的正负离子的电量均为10C10C，则电解液中的电流为则电解液中的电流为_A A 2A2A 课堂训练课堂训练四四决定电流大小的微观量决定电流大小的微观量 在加有电压的一段粗细均匀的导体在加有电压的一段粗细均匀的导体ADAD上选取两个上选取
9、两个截面截面B B和和C C，设导体的横截面积为设导体的横截面积为S S导体每单位体积导体每单位体积内的自由电荷数为内的自由电荷数为n n，每个电荷的电荷量为每个电荷的电荷量为q q，电荷电荷的定向移动速率为的定向移动速率为v v 则在时间则在时间t t内处于相距为内处于相距为 vtvt 的两截面的两截面B B、C C间的所有间的所有自由电荷将通过截面自由电荷将通过截面C C 已知：已知：n n为单位体积为单位体积内的自由电荷的个数，内的自由电荷的个数，S S为导线的横截面积，为导线的横截面积，v v为自由电荷的为自由电荷的定向移动速率定向移动速率 . . 在时间在时间t t内通过导体某截面的
10、电量为内通过导体某截面的电量为: : Q=( Q=(VtS)nqVtS)nq 所形成的电流为所形成的电流为: : I I=Q/t=Q/t=nqSVnqSV vtvsv例3.有一条横截面积有一条横截面积S=1mmS=1mm2 2 的铜导线，通过的电的铜导线，通过的电流流I=1A .I=1A .已知铜的密度已知铜的密度=8.9=8.910103 3 kg/m kg/m3 3 ，铜，铜的摩尔质量的摩尔质量M=6.02M=6.021010-2 -2 kg/mol kg/mol，阿伏加德罗，阿伏加德罗常数常数NA=6.62NA=6.6210 10 2323mol-1mol-1，电子的电量，电子的电量e=
11、-1.6 e=-1.6 10 10 -19-19 C C 。求求: :铜导线中自由电子定向移动的速率铜导线中自由电子定向移动的速率答案：思考题思考题 如果认为电子的定向运动速率就如果认为电子的定向运动速率就是电流的传导速率，和我们的生活是电流的传导速率，和我们的生活经验是否相符？怎样解释？经验是否相符？怎样解释？ 电子定向移动的速率约电子定向移动的速率约10 10 -5-5 m/sm/s， 电子热运动的平均速率电子热运动的平均速率10 10 5 5 m/sm/s， 电场的传播速率电场的传播速率3 310 10 8 8 m/sm/s. .课堂训练课堂训练3 3、关于电流的方向，下列叙述中正确的是
12、、关于电流的方向，下列叙述中正确的是A A金属导体中电流的方向就是自由电子定金属导体中电流的方向就是自由电子定向移动的方向向移动的方向B B在电解质溶液中有自由的正离子和负离在电解质溶液中有自由的正离子和负离子，电流方向不能确定子，电流方向不能确定C C不论何种导体，电流的方向规定为正电不论何种导体，电流的方向规定为正电荷定向移动的方向荷定向移动的方向D D电流的方向有时与正电荷定向移动的方电流的方向有时与正电荷定向移动的方向相同，有时与负电荷定向移动的方向相向相同，有时与负电荷定向移动的方向相同同C C课堂训练课堂训练5 5、氢原子的核外只有一个电子，设、氢原子的核外只有一个电子，设电子在离
13、原子核距离为电子在离原子核距离为R R的圆轨道上的圆轨道上做匀速圆周运动。已知电子的电荷做匀速圆周运动。已知电子的电荷量为量为e e，运动速率为，运动速率为v v，求电子绕核，求电子绕核运动的等效电流多大？运动的等效电流多大？ 三种速度的区别三种速度的区别（1）电流传导速率等于光速，电路一接通，导体中的电子立即）电流传导速率等于光速，电路一接通，导体中的电子立即 受到电场力作用而定向移动形成电流。（对整体而言）受到电场力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，一般每秒为）电子定向移动速率，其大小与电流有关，一般每秒为10-2 -10-3m的数量级。的数量
14、级。（对每个电子而言）（对每个电子而言）（3）电子热运动速率，任何微观粒子都做无规则运动，其速度与）电子热运动速率，任何微观粒子都做无规则运动，其速度与 温度有关，通常情况为每秒几百米。温度有关，通常情况为每秒几百米。1、形成电流的条件：、形成电流的条件： （1）存在自由电荷（）存在自由电荷（2）导体两端存在电压）导体两端存在电压2、电源的作用：提供持续的电压、电源的作用：提供持续的电压3、导线中的电场、导线中的电场:导线内的电场线保持和导线平行导线内的电场线保持和导线平行. (恒定电场恒定电场)4、恒定电流、恒定电流:大小方向都不随时间变化的电流大小方向都不随时间变化的电流.5、电流、电流:
15、表示电流的强弱程度的物理量表示电流的强弱程度的物理量. （1）定义式）定义式 I=q / t （2）金属导体中电流的计算式）金属导体中电流的计算式小结小结 n n 为单位体积内自由电荷数目，为单位体积内自由电荷数目，S S 为导体横截面积，为导体横截面积，v v为电荷定向移动速率为电荷定向移动速率,q,q为每个自由电荷的电量为每个自由电荷的电量-+A+_B_P-思考：电源思考：电源P P在把电子从在把电子从A A搬运到搬运到B B的过程中，电的过程中，电子的电势能如何变化？子的电势能如何变化？ 从能量转化和守恒的角度从能量转化和守恒的角度 ，电源是，电源是把其他把其他形式的能转化为电能形式的能
16、转化为电能的装置。的装置。 不同的电源把其他形式的能转化为电能的不同的电源把其他形式的能转化为电能的本领一样吗？这个本领用什么来描述呢？本领一样吗？这个本领用什么来描述呢？ 2. 2 电 动 势正极正极负极负极电源电源+1 1、在导线中，电场方、在导线中，电场方向是怎样的？向是怎样的？2 2、正电荷在导线中如、正电荷在导线中如何移动？电流方向是何移动？电流方向是怎样的？怎样的？3 3、在电源内部电场是怎样的？电源内部的电、在电源内部电场是怎样的？电源内部的电流方向如何？流方向如何？4 4、电源把正电荷从电源的负极搬到正极，电、电源把正电荷从电源的负极搬到正极，电场力做正功还是负功？场力做正功还
17、是负功？5 5、什么力来克服电场力做功？从能量的角度、什么力来克服电场力做功？从能量的角度看，电源的作用是什么？看，电源的作用是什么？ 从能量的角度看电源从能量的角度看电源也是通过也是通过非静电力做功非静电力做功把把其他形式的能转化为其他形式的能转化为电能电能的的装置。装置。电源的作用+-+电源电源正极正极负极负极 在电源外部的电在电源外部的电路里，自由电荷在静路里，自由电荷在静电力作用下移动，静电力作用下移动，静电力做正功，电势能电力做正功，电势能转化为其他形式的能。转化为其他形式的能。 在电源内部的电路里，自由电在电源内部的电路里，自由电荷移动的方向与受到的静电力方向荷移动的方向与受到的静
18、电力方向相反，移送电荷的不再是静电力，相反，移送电荷的不再是静电力，叫做叫做“非静电力非静电力”。非静电力做功。非静电力做功将电荷将电荷“移送移送”到电势能高的电极，到电势能高的电极，增加电势能（消耗其他形式的能）。增加电势能（消耗其他形式的能）。 通过非静电力通过非静电力做功把其他形式的做功把其他形式的能转化为电势能的能转化为电势能的装置。装置。1. 1.定义：非静电力把正电荷从负极移送到定义：非静电力把正电荷从负极移送到正极所做的功跟被移送的电荷量的正极所做的功跟被移送的电荷量的比值比值。电动势电动势2.2.公式：公式：3.3.物理意义：反映电源把其他形式的能转物理意义：反映电源把其他形式
19、的能转化为电能化为电能本领的大小本领的大小，数值上数值上等于等于非静非静电力把电力把1C1C的正电荷的正电荷在电源内部从负极移在电源内部从负极移送到正极送到正极所做的功所做的功。电动势是电动势是1.5V1.5V的物理意义是什么？的物理意义是什么？电动势电动势伏特伏特 V V 1V=1J/C1V=1J/C4 4、单位：、单位：6 6、标量、标量5 5、特点：特点：电动势由电源中非静电力的特电动势由电源中非静电力的特性决定，跟电源的体积、形状无关，与性决定，跟电源的体积、形状无关，与是否联入电路及外电路的情况无关。是否联入电路及外电路的情况无关。电动势与电压的区别电动势与电压的区别电动势：电动势：
20、WW表示正电荷从负极移到正极所消耗的表示正电荷从负极移到正极所消耗的化学能（或其它形式能），化学能（或其它形式能）， E E表示移动单位正表示移动单位正电荷消耗化学能（或其它形式能）电荷消耗化学能（或其它形式能） 反映电源把其它形式能转化为电能的本领。反映电源把其它形式能转化为电能的本领。电压：电压：WW表示正电荷在电场力作用下从一点移到表示正电荷在电场力作用下从一点移到另一点所消耗的电势能，电压表示移动单位正另一点所消耗的电势能，电压表示移动单位正电荷消耗的电势能。电荷消耗的电势能。 反映把电势能转化为其它形式能的本领。反映把电势能转化为其它形式能的本领。 电动势表征电动势表征电源电源的性质
21、，的性质， 电势差表征电势差表征电场电场的性质。的性质。二、电动势二、电动势1、定义：电动势在数值上等于非静电力把、定义：电动势在数值上等于非静电力把1C的正的正电荷在电源内从负极移送到正极所做的功。电荷在电源内从负极移送到正极所做的功。2、定义式：、定义式：3、单位：、单位： V 1V=1J/C4、物理意义：反映电源把其他形式的能转化为电、物理意义：反映电源把其他形式的能转化为电能本领的大小。能本领的大小。二、电动势二、电动势5、电动势有电源中非静电力的特性决定，跟、电动势有电源中非静电力的特性决定，跟电源的体积无关，也跟外电路无关。电源的体积无关，也跟外电路无关。7、电源的另一重要参数、电
22、源的另一重要参数内阻。内阻。6、电动势是标量、电动势是标量三、生活中的电池三、生活中的电池太阳电池太阳电池干电池干电池铅蓄电池铅蓄电池锂电池锂电池锌汞电池锌汞电池 电池放电时能输出的总电荷量，通常以安培小电池放电时能输出的总电荷量，通常以安培小时（时（Ah）或毫安小时（）或毫安小时（mA h）做单位）做单位影响电源的参数影响电源的参数 电池的容量电池的容量:内阻内阻电动势电动势容量容量A. 在电源内部把正电荷从负极移到极，非静电力做功，在电源内部把正电荷从负极移到极，非静电力做功，电能增加电能增加B. 对于给定的电源，移动正电荷，非静电力做功越多，对于给定的电源，移动正电荷，非静电力做功越多，
23、电动势就越大电动势就越大C. 电动势越大，说明非静电力在电源内部从负极向正极电动势越大，说明非静电力在电源内部从负极向正极移送单位电荷量做功越多移送单位电荷量做功越多D. 电动势越大，说明非静电力在电源内部把正电荷从负电动势越大，说明非静电力在电源内部把正电荷从负极移送到正极的电荷量越多极移送到正极的电荷量越多1、关于电动势，下列说法正确的是（、关于电动势，下列说法正确的是（ ）ACAC课堂训练课堂训练A、电路中每通过、电路中每通过1C的电量，电源把的电量，电源把2J的化学能的化学能转变为电能转变为电能B、 蓄电池两极间的电压为蓄电池两极间的电压为2VC、 蓄电池在蓄电池在1s内将内将2J的化学能转变成电能的化学能转变成电能D、蓄电池将化学能转变为电能的本领比一节干电、蓄电池将化学能转变为电能的本领比一节干电池（电动势为池（电动势为1.5V）强）强2、铅蓄电池的电动势为、铅蓄电池的电动势为2V，这表示（，这表示（ ）ABD课堂训练课堂训练
