电源和电流课件(人教选修3-1).ppt

第二章恒定电流 第二章恒定电流 第一节电源和电流 一 电源1 定义 能把电子源源不断地从正极搬运到负极的装置 2 作用 1 维持电源的正 负极间有一定的 2 在闭合电路中 把电子从电源的 极搬运到电源的 极 电势差 正 负 二 恒定电流1 恒定电场 1 定义 由电路中稳定分布的 所产生的稳定电场 2 形成 当电路达到稳定时 导线中的电场是由 等电路元件所积累的电荷共同形成的 3 特点 任何位置的电场强度都不随 变化 电荷 电源 导线 时间 特别提示 在静电场中所学的电势 电势差及其与电场强度的关系等 在恒定电场中同样适用 2 恒定电流 1 电流 形成 电荷的 形成电流 定义 通过导体横截面的 与通过这些电荷量所用 的比值 公式 I 物理意义 表示电流 程度的物理量 定向移动 电荷量 时间 强弱 单位 在国际单位制中 电流的单位是 符号是A 常用的电流单位还有毫安 mA 微安 A 换算关系为 1A 103mA 106 A 方向 电流有方向 但它是标量 规定导体内 电荷定向移动的方向为电流的方向 2 恒定电流 和 都不随时间变化的电流 安培 正 大小 方向 想一想在电解液和金属导体中都可以形成电流 它们形成电流时有什么不同 提示 金属导体中是自由电子定向移动形成电流 而电解液中是正 负离子定向移动形成电流 3 电流的微观表达式I 其中n表示导体单位体积内的自由电荷数 q表示每个自由电荷的电荷量 S表示导体的横截面积 v表示导体中自由电荷 的速率 nqSv 定向移动 如图2 1 1所示 在NaCl溶液中 正 负电荷定向移动 方向如图中所示 若测得2s内分别有1 0 1018个Na 和Cl 通过溶液内部的横截面M 溶液中的电流方向如何 电流为多大 图2 1 1 思路分析 审题时要明确电流的方向是正电荷定向移动的方向 找准题目图示中正电荷定向移动的方向是关键 求电流的大小 关键是求出通过M的电荷量是多少 精讲精析 NaCl溶液导电是靠自由移动的Na 和Cl 它们在电场力作用下向相反方向运动 因为电流方向为正电荷定向移动的方向 故溶液中电流方向与Na 定向移动的方向相同 即由A流向B Na 和Cl 都是一价离子 每个离子的电荷量为e 1 6 10 19C NaCl溶液导电时 Na 由A向B定向移动 Cl 由B向A定向移动 负离子的运动可以等效 答案 由A流向B0 16A 方法总结 计算电流时 首先要分清形成电流的电荷种类 是只有正电荷或负电荷 还是正 负离子同时存在 其次要注意计算电流大小时 只需代入电荷量的绝对值 变式训练1 如果导线中的电流为1mA 那么1s内通过导体横截面的自由电子数目是多少 若 220V60W 的白炽灯正常发光时的电流为273mA 则20s内通过灯丝的横截面的自由电子数目是多少 答案 6 25 1015个3 4 1019个 在求解电流过程中 有的电流和我们常见的形式是不相同的 并不是在导体内的电荷的定向移动形成的 常见的情况如电子绕核运动 经电场加速的粒子流 带电体的运动等 这些问题可以通过等效方法进行求解 原子中的电子绕原子核的运动可等效为环形电流 设氢原子的电子以速率v在半径为r的圆周轨道上绕核运动 电子的电荷量为e 等效电流有多大 方向如何 变式训练2 2012 福建宁德一中高二检测 半径为R的橡胶圆环均匀带正电 总电荷量为Q 现使圆环绕垂直环所在平面且通过圆心的轴以角速度 匀速转动 则由环产生的等效电流应满足 A 若 不变而使电荷量Q变为原来的2倍 则电流也将变为原来的2倍B 若电荷量Q不变而使 变为原来的2倍 则电流也将变为原来的2倍C 若使 Q不变 将橡胶环拉伸 使环半径增大 电流将变大D 若使 Q不变 将橡胶环拉伸 使环半径增大 电流将变小 1 建立模型 如图2 1 2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 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 图2 1 2 有一横截面积为S的铜导线 流经其中的电流为I 设每单位体积的导线中有n个自由电子 电子的电荷量为q 此时电子定向移动的速率为v 则在 t时间内 通过导体横截面的自由电子数目可表示为 答案 AC 规律总结 在电流的微观表达式I nqSv中 n为导体单位体积内的自由电荷数 是由导体本身的材料决定的 与导体的长度和横截面的大小无关 变式训练3 如图2 1 3所示 将左边的铜导线与右边的铝导线连接起来 已知铝导线的横截面积是铜导线横截面积的两倍 在铜导线上取一个截面A 在铝导线上取一个截面B 若在1秒内垂直地通过它们的电子数相等 那么 通过这两个截面的 图2 1 3 A 电流相等B 电流不相等C 自由电子定向移动的速率相等D 自由电子定向移动的速率不相等 三种速率的比较1 电子定向移动速率 1 物理意义 电流就是由电荷的定向移动形成 电流I neSv 其中v就是电子定向移动的速率 一般为10 5m s的数量级 2 大小 10 5m s 2 电子热运动速率 1 物理意义 构成导体的电子在不停地做无规则热运动 由于热运动向各个方向运动的机会相等 故不能形成电流 常温下电子热运动的速率数量级为105m s 2 大小 105m s 3 电流传导速率 1 物理意义 等于光速 闭合开关的瞬间 电路中各处以真空中光速c建立恒定电场 在恒定电场的作用下 电路中各处的自由电子几乎同时开始定向移动 整个电路也几乎同时形成了电流 2 大小 3 108m s 经典案例 2012 四川绵阳南山中学高二检测 以下说法正确的是 A 只要有可以自由移动的电荷 就存在持续电流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 解题样板 要有持续电流必须有电压 A不对 导体中形成电流的原因是在导体两端加上电压 于是在导体内形