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1、2.12.1电源和电流电源和电流 物理选修物理选修3-13-1第二章恒定电流第二章恒定电流课标定位：1. .了解电流的作用及恒定电场的形成。了解电流的作用及恒定电场的形成。2.2.了解形成电流的条件，知道电源的作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，初步体会动态用和导体中的恒定电场，初步体会动态平衡的思想。平衡的思想。3.3.理解电流的定义，知道电流的单位、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。方向的规定；理解恒定电流。4.4.经历金属导体内自由电子定向移动速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率的推导过程，从微观的角度理解导体
2、中电荷的定向移动与电流之间的关系。中电荷的定向移动与电流之间的关系。 雷鸣电闪时雷鸣电闪时, ,强大的电流使天强大的电流使天空发出耀眼的闪光空发出耀眼的闪光, ,但它只能存在但它只能存在于一瞬间于一瞬间, ,而手电筒中的小灯泡却而手电筒中的小灯泡却能持续发光能持续发光, ,这是为什么这是为什么? ?一、电源一、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作用是不
3、断地把电子从从A A搬运到搬运到B B，使，使ABAB之间始终存在一定的电场，从而保之间始终存在一定的电场，从而保持持续电流。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条件导体中产生电流的条件: :导体两端存在电势差导体两端存在电势差AB水池导体中自由电子的定向移导体中自由电子的定向移动使两个带电体成为等势动使两个带电体成为等势体体, ,达到静电平衡，导线达到静电平衡，导线R R中会产生一个瞬时电流中会产生一个瞬时电流抽水机抽水机-+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
4、持导体两端的电势差保持导体两端的电势差( (电压电压),),使电路使电路有持续的电流有持续的电流. .-+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、负极之假设在电源正、负极之间连一根导线间连一根导线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+BPB+PB 小结小结: :形成电流的条件形成电流的条件 （1 1）存在自由电荷）存在自由电荷
5、 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）导体两端存在电压）导体两端存在电压 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动，形成电流移动，形成电流 电电源源的的作作用用是是保保持持导导体体两两端端的的电电压压，使使导导体体中有持续的电流中有持续的电流 我们在上一章中曾经得出结我们在上一章中曾经得出结论论: :在静电平衡时在静电平衡时, ,导体内部的场强导体内部的场强为零为零, ,导体上任意两点之间的电势导体上任意两点之间的电势差为零差为零( (
6、等势体等势体).).这与我们现在的这与我们现在的说法有矛盾吗说法有矛盾吗? ?为什么为什么? ?思考题思考题 导线内的电场，是由电源、导线内的电场，是由电源、导线等电路元件所积累的电荷共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，补充，所以电荷的分布是稳定的，电场的分布也稳定。电场的分布也稳定。 -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
7、在各个位置的定向运动速率也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串一个电流表, ,读数不会变读数不会变( (恒定电流恒定电流) )3 3、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大小、方向都不随时间变化的电流流 用单位时间内通过导体横截面的电量表示用单位时间内通过导体横截面的电量表示电流强弱电流强弱 4 、 方向：正电荷定向移动的方向金属方向：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导体中电流的方向与自由电子定向移动的方向相反向相反。 2、 公式：公式：可得可得 3、 单位：安培单位：安培 A 其他单位其他单位mA A（
8、1 1 1 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）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 2 2 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、）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 q q q为正电为正电为正电为正电荷总电荷量和负电荷总电荷量的绝对值之和。荷总
9、电荷量和负电荷总电荷量的绝对值之和。荷总电荷量和负电荷总电荷量的绝对值之和。荷总电荷量和负电荷总电荷量的绝对值之和。 例题例题1 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个二价正个二价正离子和离子和5.01018个一价负电子通过某横截面，那么通过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？这个横截面的电流强度是多大？答案：答案：2.4A说明说明例题例题 2 2 有一条横截面积有一条横截面积有一条横截面积有一条横截面积S=1mmS=1mm2 2的铜导线，通过的电流的铜导线，通过的电流的铜导线，通过的电流的铜导线，通过的电流I=1AI=1A。已知
10、铜的密度。已知铜的密度。已知铜的密度。已知铜的密度=8.910=8.9103 3kg/mkg/m3 3，铜的摩尔质量，铜的摩尔质量，铜的摩尔质量，铜的摩尔质量M=6.410M=6.410-2-2kg/molkg/mol，阿伏加德罗常数，阿伏加德罗常数，阿伏加德罗常数，阿伏加德罗常数N NA A=6.62 10=6.62 102323molmol-1-1，电，电，电，电子的电量子的电量子的电量子的电量e=-1.6 10e=-1.6 10-19-19C C。求铜导线中自由电子定向移动的速。求铜导线中自由电子定向移动的速。求铜导线中自由电子定向移动的速。求铜导线中自由电子定向移动的速率。率。率。率。
11、解解：设自由电子定向移动的速率是设自由电子定向移动的速率是v通过横截面的电荷通过横截面的电荷量是量是由得从中解出代入数值后得 v =7.5 10-5 m/svtvsv四、电流的微观表达式 推导：推导：推导：推导：一段粗细均匀的导体长为一段粗细均匀的导体长为L,两端加一定的电两端加一定的电压，自由电荷定向移动的速率为压，自由电荷定向移动的速率为v,设导体的设导体的横截面积为横截面积为s，导体每单位体积内的自由电，导体每单位体积内的自由电荷数为荷数为n，每个自由电荷量为，每个自由电荷量为q。-AB总电量总电量电荷总数电荷总数nqSvnLSqL/v vNqtQI=L/v v课堂训练课堂训练例例3 3
12、、氢原子的核外只有一个电子，设电氢原子的核外只有一个电子，设电子在离原子核距离为子在离原子核距离为R R的圆轨道上做匀的圆轨道上做匀速圆周运动。已知电子的电荷量为速圆周运动。已知电子的电荷量为e e，运动速率为运动速率为v v，求电子绕核运动的等效，求电子绕核运动的等效电流多大？电流多大？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/s m/s， 电子热运动的平均速率电子热运动的平均速率10 10
13、 5 5 m/s m/s， 电场的传播速率电场的传播速率3 310 10 8 8 m/s. m/s. 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）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）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）电子定向移动速率，其大小与电流有关，一般每秒为般每秒为10-2-10-3m的数量级。的数量级。（对每个电子（对每个电子而言）而言）(3)电子热运动速率，任何微观粒子都做无规则运动，电子热运动速率，任何微观粒子都做无规则运
14、动，其速度与温度有关，通常情况为每秒几百米。其速度与温度有关，通常情况为每秒几百米。1 1、形成电流的条件：、形成电流的条件： （1 1）存在自由电荷（）存在自由电荷（2 2）导体两端存在电压）导体两端存在电压2 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 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 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 5、电流、电流: :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 1）定义式）定义式 I=q / tI=q / t （2 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 祝同学们学习愉快！ 再见！
