学鲁科版选修31 3.1电流 课件（2）（41张）.ppt

第3章恒定电流 第3章恒定电流 第1节电流 目标导航 一 电流的形成1 形成电流的条件 回路中存在 导体两端有 2 导体中形成持续电流的条件是导体两端有 自由电荷 电压 持续电压 想一想1 电解液和导线中的自由电荷各是什么电荷 提示 电解液中的自由电荷是正 负离子 导线中的自由电荷是自由电子 正电荷不能定向移动 二 电流的速度1 电流的速度是 的传播速度 它等于光速3 0 108m s 2 电子热运动的平均速率 构成导体的电子在不停地做无规则热运动 常温下电子热运动的平均速率数量级为 m s 3 电子定向移动速率 自由电子在电场的作用下做整体的定向移动 其移动速度相当慢 数量级大约是 m s 电场 105 10 5 想一想2 导体中有电流时 所有自由电荷都以同样的速率向同一方向定向移动 对吗 提示 不对 形成电流时 自由电荷是在无规则运动中总体上有了定向移动 即一边无规则运动 同时又定向移动 三 电流的方向1 电流的方向 定向移动的方向 1 金属内部的电流方向跟负电荷定向移动的方向 2 电源外部的电流总是从电源 极流向电源 极 2 对导体中的电流形成的认识 可以是 的定向移动 也可以是 的定向移动 还可以是 沿相反方向同时移动 正电荷 相反 正 负 正电荷 负电荷 正 负电荷 想一想3 如图所示 在盐水中加入两个电极 与电源连接后可以形成电流 请问 盐水中的电流方向向哪 提示 在电场力作用下 正离子向左运动 负离子向右运动 形成了向左的电流 四 电流的大小和单位1 定义 电荷定向移动时 在 内通过导体 的电荷量称为电流 2 定义式 i 3 单位 常用单位还有 和 换算关系 1a ma a 单位时间 任一横截面 安培 毫安 微安 103 106 4 物理意义 表示电流 的物理量 5 直流电流 不随时间改变的电流 恒定电流 和 都不随时间而改变的电流 想一想4 电流既有大小又有方向 它是矢量吗 提示 不是 电流虽然既有大小又有方向 但电流是标量 大小 方向 强弱 方向 要点一电流的形成条件及三种速率 学案导引1 只要导体两端有电压就能形成持续电流吗 2 电流的速度就是电荷定向移动的速度吗 1 电流的形成条件 1 回路中存在自由电荷 是形成电流的条件 金属导体的原子核对最外层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 故金属导体中存在大量的自由电荷 橡胶等绝缘体内 原子核对电子的束缚能力较强 很少有电子能够挣脱而成为自由电子 故通常情况下 绝缘体中有极少量的自由电荷 电解液中的正 负离子 2 电压也是导体中形成电流的条件电场对电荷有力的作用 例如 有a b两个导体分别带正 负电荷 a b a b导体间存在电势差uab a b 当a b间用一导线连接时 导线中的自由电子会在电场力的作用下运动 如图甲所示 形成电流 3 导体两端有持续电压是导体中形成持续电流的条件在图甲中 a b的电荷将很快中和 电势差变为零 电场随之消失 电流也停止了 如图乙所示 而用电设备必须有持续电流才能正常工作 例如 手电筒的照明 电动机的转动等 都需要持续电流 为了获得持续电流 必须想办法维持导体两端的电压 干电池 蓄电池 发电机等电源提供的就是持续电压 导体两端有了持续电压 导体中的自由电子就会在电场力的持续作用下形成持续不断的电流 2 电路中三种速率的比较 特别提醒 电荷定向移动的速率很小 当电路闭合后 并不是电荷瞬间从电源运动到用电器 而是瞬间在系统中形成电场 使导体中所有自由电荷同时定向移动形成电流 对于金属导体 在导体中产生恒定的电流必须满足的条件是 a 有可以自由移动的电荷b 把导体放在匀强电场中c 让导体某一端连接电源正极即能产生电流d 导体两端加有恒定的电压 审题指导 解答本题应把握以下几点 1 电流形成的条件是导体两端有电压 2 持续电流形成的条件是导体两端有持续电压 3 恒定电流形成的条件是导体两端有恒定电压 精讲精析 因为金属导体中已经存在大量的自由电荷 故a错 把导体放在匀强电场中 导体只能产生瞬间感应电流 故b错 只是让导体一端连接电源正极时 导体两端无电压 此时不能形成电流 故c错 只有让导体两端保持恒定的电压才能产生恒定的电流 故d正确 答案 d 变式训练1 以下说法正确的是 a 只要有可以自由移动的电荷 就能存在持续电流b 金属导体内的持续电流是自由电子在导体内的电场作用下形成的c 电流的传导速率就是导体内自由电子的定向移动速率 d 在金属导体内当自由电子定向移动时 它们的热运动就消失了解析 选b 要有持续电流必须有持续电压 a不对 导体中形成电流其原因是在导体两端加上电压 于是在导体内形成了电场 b正确 电流的传导速率等于光速 电子定向移动的速率很小 c不对 在形成电流时电子定向移动 并不是热运动消失了 其实电子仍然做无规则的热运动 d不对 1 电流的微观解释如图所示 ad表示粗细均匀的一段导体l 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 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 横截面积为s的导线中通有电流i 已知导线每单位体积中有n个自由电子 每个自由电子的电荷量是e 自由电子定向移动的速率是v 则在时间 t内通过导线横截面的电子数是 nsv t nv t i t e i t sea b c d 思路点拨 电子数等于总电荷量除以每个电子的电荷量 所以求出通过横截面的电荷量 即可求出电子数 而电荷量q it 单位体积内的电子数已知 只要求出 t时间内有多少体积的电子通过横截面 即可求出电子数 精讲精析 1 根据电流的定义式 可知在 t内通过导线横截面的电荷量q i t 所以在这段时间内通过的自由电子数为n q e i t e 2 自由电子定向移动的速率是v 因此在时间 t内 位于以横截面s为底 长l v t的这段导线内的自由电子都能通过横截面 这段导线的体积v sl sv t 所以 t内通过横截面s的自由电子数为n nv nsv t 所以a正确 答案 a 变式训练2 1 在金属导体中 若10s内通过横截面的电荷量为10c 则导体中的电流i a 2 某电解液横截面积为0 5m2 若10s内沿相反方向通过横截面的正 负离子的电荷量均为10c 则电解液中的电流i a 答案 1 1 2 2 有效电流的计算 经典案例 10分 电子的绕核运动可等效为环形电流 若氢原子中的电子以速率v在半径为r的轨道上运动 用e表示电子的电荷量 则其等效电流等于多少 思路点拨 解答本题可由以下几点思考 1 与圆周运动的知识相结合 2 等效电流的计算抓住某一截面上单位时间内通过的电量 名师点评 由于没有直观经验 对于不少学生来说 采用这个思维方法是有一定难度的 因此本题作为一种类型 希望学生通过练习积累这种解题思路 在今后解决类似问题时可以采用等效的思维方法 静电场和恒定电场的区别和联系静电场是静止电荷在其周围空间所激发的电场 在静电场中如果有导体存在 导体内部的自由电子就会定向运动但不会持续下去 不能形成恒定的电流 当电荷在导体内做定向移动而形成恒定电流时 在导体内外所存在的电场称为恒定电场 这是两种不同的电场 既有区别又有联系 两种电场的共性 它们都是物质的一种客观存在形式 都储存着电能 它们对处于其中的电荷都有电场力的作用 在这两种电场中移动电荷时相应的电场力一般都要做功 两种电场的区别 导体中要建