福建省漳州市芗城中学高二物理 3.1电流的形成 新人教版选修3.ppt

第一节电流 第三章恒定电流 历史的回眸 从静电到动电 现代已证明 伽伐尼的假设是错误的 但是他的发现却使电学的研究开始从静电转向动电 所以人们没有忘记伽伐尼的贡献 直到今天英文还把电疗叫galvanism 伽伐尼电 意大利化学和物理学家伏打 1745 1827 伏打注意到伽伐尼的实验中使用了不同的金属 而实验中的青蛙腿可以看作一种潮湿的物质 所以就使用能够导电的盐水液体代替动物组织试验之 终於因此发现了电池的原理 做出了著名的伏打电堆与伏打电池 电荷的热运动 从宏观上看 不能形成电流 回忆 电荷的定向移动形成电流 一 电流的形成 电流的形成 形成电流的条件 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 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 电源的作用是保持导体两端的电压 使导体中有持续的电流 1 自由电子热运动的平均速度 2 自由电子定向运动的速度 3 电流的速度 在金属导电的微观解释中 有三个速率不可混淆 2 电流的速度 通常 金属中的自由电子不断地做无规则的热运动 它们朝任何方向运动的机会都一样 对导体的任一个截面来说 在任何一段时间内从截面两侧穿过截面的自由电子数量都相等 从宏观上看 没有电荷 自由电子 的定向移动 因而也没有电流 自由电子热运动的平均速率是很大的 它的数量级理论上是105米 秒 当导体接在电源两端时 在导体内部就建立了电场 电场中各处的自由电子在做无规则热运动的同时 还在电场力的作用下做定向移动 形成电流 所以电流传播的速度其实是电场传播的速度 这等于电磁波的传播速度 即3 0 108m s 金属在导电的时候 自由电子不过是在速率巨大的无规则热运动上附加了一个速率很小的定向移动罢了 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电流的速度3 0 108m s 电流的速度 不是电子的定向移动速度 而是电厂的传播速度 等于电磁波速度3 0 108m s 照常理来说 电流的方向就是电子运动方向 可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产生 所以把正电荷运动方向规定为电流方向 现在我们都知道 这是错误的 但是由于习惯 所以知道现在我们还是继续这么规定 电路中 正电荷的移动的方向与电子的运动方向相反 并不妨碍对于电流的研究 3 电流方向 电流的移动 电流的方向 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 规定正电荷定向移动的方向为电流的方向 4 电流的强弱 电流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 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 103ma 106 a 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 练习 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 5 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上 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 则电荷形成的电流时多少呢 导体被的自由点和全部定向通过该导体的时间 小结 1 形成电流的条件 1 定向移动的自由电荷 2 导体两端存在电压2 电流的方向 规定正电荷定向移动的方向为电流的方向 3 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q为每个电荷的电荷量 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 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 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 2a 解析 取电子运动轨道上任一截面 在电子运动一周的时间t