高中物理 第2章 第1节 电源和电流同步辅导与检测课件 新人教版选修31.ppt

第1节电源和电流 恒定电流 电流对人体的危害小于0 01a有麻刺感或无感觉 0 02a有疼痛感 0 03a使呼吸紊乱 0 07a使呼吸极度困难 0 1a因心肌纤维震颤而死亡 大于0 2a无心肌纤维震颤 但有严重烧伤及呼吸困难 通常电流在0 1 0 2a之间是最致命的 因为这个电流强度会引起心肌纤维震颤 这种震颤是一种心肌失去控制的痉挛性抽搐 其结果是血流停止 并导致迅速死亡 可是超过0 2a的电流造成心脏停跳 经常规急救措施就能使心脏重新跳动 因此有控制的电击是使心肌纤维震颤停止的唯一办法 可见 0 1 0 2a之间的电流与较大的电流相比 更易引起死亡 通过触电者的电流大小 一般是取决于皮肤的电阻 湿皮肤与干皮肤电阻范围大约在1 500k 之间 足够大的电流能引起手脚肌肉收缩 触电者往往有抓住不放的现象 起初 电流往往还未达到致命的大小 但因皮肤的电阻是随时间增加而减小的 当电流强度达到0 1a时 便可置人于死地 电流通过人体要放热 因此 人触电死亡 实际上是电流通过人体 尤其是心脏 时把人烧死的 如果发现某人触电而被粘在电线上 应该用干木棒或干衣服 绳索等将触电者尽快与电线分离 1 分别带正 负电荷的a b两个导体 若用导线r连接 导线r中可能存在一个 电流 若要保持持续的电流 a b间需维持着一定的 能使a b间维持一定的电势差的装置称为 2 达到稳定状态时 导线内的电场是由 等电路元件所积累的电荷共同形成的 电荷的分布是 的 电场的分布也是 的且导线内的电场线保持和导线 答案 1 瞬时电势差电源2 电源导线稳定稳定平行 3 由稳定分布的 所产生的稳定的 称为恒定电场 静电场中的电势 电势差及其与电场强度的关系等在恒定电场中 适用 4 我们把 都不随时间变化的电流称为恒定电流 5 i表示电流 q表示在时间t内通过导体横截面的电荷量 它们间的关系式为 答案 3 电荷电场同样4 大小 方向5 q it 一 电源1 导体中的自由电荷在电场力作用下发生定向移动形成电流有a b两个导体 分别带正 负电荷 如果在它们之间连接一条导线r 如下图 a 所示 导线r中的自由电子便会在静电力的作用下定向运动 b失去电子 a得到电子 周围电场迅速减弱 a b之间的电势差很快就消失 两导体成为一个等势体 达到静电平衡 如下图 b 所示 2 电源可使电路中保持持续电流在上述情况中 导线r中的电流只是一个瞬时电流 倘若在a b之间连接一个装置p 它能源源不断地把经过导线r流到a的电子取走 补充给b 使a b始终保持一定数量的正 负电荷 这样 a b周围空间 包括导线之中 始终存在一定的电场 a b之间便维持着一定的电势差 由于这个电势差 导线中的自由电子就能不断地在静电力作用下由b经过r向a定向移动 使电路中保持持续的电流 如下图所示 能把电子从a搬运到b的装置p就是电源 下列关于电源的说法正确的是 a 电源是将其他形式的能转化为电能的装置b 电源的作用是使电源的正负极保持一定量的正 负电荷 维持一定的电势差c 与电源相连的导线中的电场是由电源正 负极上的电荷形成的d 在电源内部正电荷由负极流向正极 负电荷由正极流向负极 解析 在电源内部由非静电力做功 如洛伦兹力等后面将学到 将正电荷由负极搬到正极 将负电荷由正极搬到负极 使正 负极维持一定的电势差 同时将其他形式的能转化为电能 故a b d正确 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 故c错 答案 abd 二 导线中的电场1 恒定电场的形成导线本身由许多带电粒子 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的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 2 恒定电场导线与电源连通后 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 由于在恒定电场中 任何位置的电场强度都不随时间变化 所以它的基本性质与静电场相同 在静电场中所讲的电势 电势差及其与电场强度的关系等 在恒定电场中同样适用 关于导线中的电场 下列说法正确的是 a 导线内的电场线可以与导线相交b 导线内的电场e是由电源电场e0和导线侧面堆积电荷形成的电场e 叠加的结果c 导线侧面堆积电荷分布是稳定的 故导线处于静电平衡状态d 导线中的电场是静电场的一种 解析 导线内的电场线与导线是平行的 故选项a错 导线中的电场是电源电场和导线侧面堆积电荷形成的电场叠加而成的 故选项b对 导线内电场不为零 不是静电平衡状态 导线中的电场是恒定电场 并不是静电场的一种 故选项c d错 答案 b 1 把一个金属导体的两端与具有不同电势的带电物体接触 导体中的电荷将怎样运动 答案 金属导体中能够自由移动的电荷是带负电荷的电子 而负电荷在电场力作用下 将由低电势处向高电势处移动 因此金属导体中的电荷 电子 将从低电势的物体向高电势的物体运动 变式迁移 三 电流1 电流 通过导体横截面的电荷量跟通过这些电荷量所用时间的比值 2 物理意义 表示电荷定向移动快慢程度 在数值上等于单位时间内通过导体某一横截面上的电荷量 3 公式 其中q是在时间t内通过导体某一横截面上的电荷量 4 单位 安培 符号a 其他单位 毫安 ma 微安 a 1a 103ma 106 a 注意 无论是正电荷定向移动形成的电流还是负电荷定向移动形成的电流 电荷量都取其绝对值进行计算 如果正负电荷同时定向移动形成电流时 如电解液导电 中的q为通过导体横截面的正 负两种电荷电荷量的绝对值之和 而不能取正负电荷抵消的代数和 这是因为负电荷定向移动形成的电流方向与正电荷定向移动形成的电流方向相同 5 恒定电流 方向不随时间变化的电流是直流电 方向和大小都不随时间而变化的电流是恒定电流 6 五点说明诠释电流概念 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 此中 q为正电荷总电荷量和负电荷总电荷量的绝对值之和 4 电流虽有大小和方向 但不是矢量 5 q it是求电荷量的重要公式 其变形公式求出的是电流在时间t内的平均值 对恒定电流来说 其瞬时值与平均值相等 一硫酸铜电解槽的横截面积为2m2 在0 4s内若相向通过同一横截面的铜离子和硫酸根离子分别为5 625 1018个和4 735 1018个 则电解槽中的电流是多大 方向如何 解析 电解槽中的电流是铜离子和硫酸根离子分别向相反的方向运动形成的 所以电流的方向与铜离子定向移动的方向相同 铜离子和硫酸根离子都是二价离子 每个离子的电荷量为q1 q2 2 1 6 10 19c 答案 8 3a 方向与铜离子定向移动的方向相同点评 在电解液中 形成电流的自由电荷是正负离子 通过某一横截面的电荷量为正负电荷迁移电荷量的绝对值之和 变式迁移 2 在如图所示的电路中 5s内有10c正离子从左侧通过横截面yy 与此同时有10c负离子从右侧通过横截面yy 求电解液中的电流和电流表的读数 解析 电流表的读数和电解液中的电流是相同的 也是4a 答案 4a 四 电流的微观表达式1 电流的微观表达式为i nqsv推导 如右图所示 ad表示粗细均匀的一段长为l的导体 两端加一定的电压 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 每个自由电荷的电荷量为q ad导体中的自由电荷总数 n nls 总电荷量q nq nlsq 所有这些电荷都通过横截面d所需要的时间 由此可见 从微观上看 电流取决于导体中单位体积内的自由电荷数 电荷量 定向移动速率 还与导体的横截面积有关 2 三种速率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 一般数量级为10 5m s 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 其速度与温度有关 通常情况为每秒