福建省漳州市芗城中学高二物理 3.1电流 新人教版选修3.ppt

恒定电流 第三章恒定电流 第一节电流 什么是电流 问题 回忆 电荷定向移动形成电流 这是一块金属板 金属板本身不会带电 或者说对外不显电性 金属板中的自由电子做无规则热运动 电荷的无规则热运动在各个方向都有运动 是混乱的 不是定向的 所以从宏观上看 不能形成电流 1 电流的形成 现在已知金属板中有自由电荷 那我们如何让金属板的自由电荷定向移动呢 1 电流的形成 如果我们把金属换成塑料 还会有电流么 那么金属和塑料相比 到底是什么决定是否有电流 金属导体的原子核对电子的束缚能力较弱 电子很容易挣脱原子核的束缚而成为自由电子 1 存在自由电荷金属导体 自由电子 电解液 正 负离子 2 导体两端存在电压当导体两端存在电压时 导体内建立了电场 电场对电荷有力的作用 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 flash swf而且这种移动总是正电荷从高电势走向低电势 负电荷则从低电势走向高电势 1 电流的形成 当导体两端存在电压时 导体内建立了电场 电场对电荷有力的作用 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 而且这种移动总是正电荷走向低电势 负电荷则从低电势走向高电势 思考一下 回答把一个金属导体的两端与具有不同电势的物体接触 导体中的电荷将怎么运动 金属导体中的自由电子从电势低的一端移向电势高处 1 不接电源 放电时q减小 u减小 e减小 q 0时u 0 i 0 2 接通电源 充电时q不变 u不变 e不变 i不变 eg移动电源 1 电流的形成 持续电流形成条件 要形成持续电流 导体中场强不能为零 要保持下去 导体两端保持电势差 电压 电源的作用就是保持导体两端电压 使导体中有持续电流 因此 要有持续的电流 就必须有闭合回路和电源 提供稳定的电势差 2 电流的大小 电流i 提出问题 我们经常把电流比作水流 水流有大有小 导体中的电流也有强有弱 或者说电流也有大有小 在初中 该用什么物理量来表示电流的强弱呢 符号 i 1 定义 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 i q t若通过横截面的电荷是负电荷 或者通过横截面的电荷有正有负呢 意义 描述电流的强弱 2 单位 电流是物理学中七个基本物理量之一 相应的单位是基本单位 在国际单位制中 电流的单位是安培 符号是a 常用单位还有毫安 ma 微安 a 1a 1c s1a 103ma 106 a 2电流的大小和单位 3电流的方向 我们都知道 当金属导线导电时 导线内做定向运动的是大量自由电子 按理来说 电流的方向就是电子运动的方向 可是在200多年前 人们对电流还缺乏本质的认识 认为电流是正电荷的流动形成的 所以就把正电荷的运动方向规定为电流方向 所以负电荷的运动方向与电流方向相反 溶液如果为nacl溶液 那么溶液中的自由移动的电荷是什么 如何移动 通过横截面的电荷量 1 在金属导体中 电流方向与自由电荷 电子 的定向移动方向相反 在电解液中 电流方向与正离子定向移动方向相同 与负离子走向移动方向相反 2 电流是标量 它的运算不遵循平行四边形定则 有方向的不一定是矢量 是否为矢量 看满不满足平行四边形法则 3 直流 方向不随时间变化的电流 恒定电流 方向和强弱都不随时间变化的电流 规定正电荷定向移动的方向为电流的方向 1 在金属导体中 若10s内通过横截面的电量为10c 则导体中的电流为 a 分析解答 1 根据电流的定义式得到10s内通过横截面积的电流为1a 2 某电解槽横截面积为0 5m2 若10s内沿相反方向通过横截面的正负离子的电量均为10c 则电解液中的电流为 a 分析解答 2 正负粒子的电量均为10库 则10s内通过横截面积的总电量为20库 电流为2a 电流的速度 问题 我们经常把电流比做水流 水龙头打开 过了一会儿水就流出来了 电路中开关闭合 电灯就亮了 这个时间很短 开关闭合和灯亮起来几乎是同时的 那么 从电路闭合到电灯亮起来 所用的时间是不是电荷从电源移动到电灯所用的时间呢 如果是 那么电子的定向移动速度应该是非常快的 但其实这种理解是错误的 为什么 2 电流的速度 分析 因为当导体接在电源两端时 闭合开关 电路中立刻建立起电场 场中各处的自由电子就同时运动起来了 就是一接上电源 立马就有电流了 所以电流传播的速度其实是电场传播的速度 这接近于光速 而电荷的定向移动速度是很慢的 甚至比微观粒子的分子热运动还要慢的多 一路上电子在电场作用力下前行 还要和前方路上的金属离子以及其他电子碰撞 不过可以想到 自由电荷移动的快慢会影响到电流的大小 2 电流大小的微观表达式 我们可以设想一段导体 其横截面面积为s 长度为l 其中单位体积的自由电荷数为n 每个自由电荷的电量为q 自由电荷的定向移动速度为v 那么 电荷移动形成的电流是多少呢 可算出这段导体内的自由电荷全部定向通过该导体的时间 可推出 三种速率的比较 电流的速度3 0 108m s自由电子热运动的平均速率105m s自由电子定向运动的速度10 5m s 小结 在加有电压的一段粗细均匀的导体ad上选取两个截面b和c 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 每个电荷的电荷量为q 电荷的定向移动速率为v 则在时间t内处于相距为vt的两截面b c间的所有自由电荷将通过截面c 由可得 1 形成电流的条件 1 存在自由电荷 2 导体两端存在电压2 电流的大小 i q t3 电流的方向 规定正电荷运动方向为电流方向4 决定电流大小的微观量 n为电荷体密度s为导体横截面积v为电荷定向移动速率 作业 1 书本p522导与学p374 8写出过程 周一交2 导与学p37 38 关于电流的方向 例1 关于电流的方向 下列叙述中正确的是 a 金属导体中电流的方向就是自由电子定向移动的方向b 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c 不论何种导体 电流的方向规定为正电荷定向移动的方向d 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同 例1 解析 正确选项为c电流是有方向的 电流的方向是人为规定的 物理上规定正电荷定向移动的方向为电流的方向 则负电荷定向移动的方向一定与电流的方向相反 关于电流的计算 例2 某电解质溶液 如果在1s内共有5 0 1018个二价正离子和1 0 1019个一价负离子通过某横截面 那么通过电解质溶液的电流强度是多大 例2 解析 设在t 1s内 通过某横截面的二价正离子数为n1 一价离子数为n2 元电荷的电荷量为e 则t时间内通过该横截面的电荷量为q 2n1 n2 e电流强度为i 1 6 10 19a 3