人教版选修31 2.1电源和电流 课件（42张).ppt

闪电正负电荷分别在云的不同部位积聚 当电荷积聚到一定程度 就会在云与云之间或云与地之间发生正负电荷中和 瞬时产生几十万安培的电流 电流生热使空气发光 叫闪电 电闪雷鸣时 强大的电流使天空发出耀眼的闪光 但它只能存在于一瞬间 而手电筒中的小灯泡却能持续发光 这是为什么 2 1电源和电流 第二章恒定电流 问题 有两个带等量异种电荷的导体a b 现将a b用导线连接起来 会怎么样 问题 如果要在a b间的导线中保持一个稳定的电流 可以怎么办 在a b之间增加一个装置p 使它能够把流到导体a的电子再搬回到导体b 保持a b的电量不变 这样就可以在导线中维持一个稳定的电流 这样的装置叫电源 a p 有人说 电荷在运动 那么这样的话 电荷分布将是不稳定的 形成的电场也是变化的 你是怎么看待的 虽然电荷在流动 有的流走了 紧接着后面的电荷又来补充 那么总体来说电荷的分布是稳定的 电场也是稳定的 不随时间变化 这种稳定的电场我们称之为稳定电场 一 电流的形成 1 电流 自由电荷的定向移动形成电流 电荷的热运动 从宏观上看 不能形成电流 金属导体 自由电子电解液 正 负离子 水流 导体中产生电流的条件 导体中自由电子的定向移动使两个带电体成为等势体 达到静电平衡 导线r中会产生一个瞬时电流 水流 导体中产生持续电流的条件 导体两端存在电势差 当导体两端存在电势差时 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始终存在 2 电流的形成条件 1 存在自由电荷 金属导体 自由电子电解液 正 负离子 2 导体两端始终存在电压 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 p的作用 把电子从a搬运到b 使a b之间始终保持一定的电势差 正极 负极 f 问题 在一个稳定的电路中接个电流表 电流表的偏转是个定值 由此你能分析电子在导线中做什么样的运动 结论 电子在导线中保持匀速率前进 电压越大 电子的速率越大 电流 描述电流强弱的物理量 有方向 有大小 但不满足平行四边形定则 仍然为标量 单位 安培或安 a 还有毫安 ma 和微安 a 符号 二 电源 1 电源 能把自由电子从正极搬到负极的装置 2 作用 保持导体两端的电势差 电压 使导体中有持续的电流 拓展 电源p把电子从a搬运到b的过程中 电子的电势能如何变化 从能量的角度看发挥了怎样的作用 下节讲 水流 a b p 假设在电源正 负极之间连一根导线 三 导线中的电场 a b p 假设在电源正 负极之间连一根导线 m n e0 f fn ft 导线内很快形成沿导线方向的电场 三 导线中的电场 导线内的电场 是由电源 导线等电路元件所积累的电荷共同形成的 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 电场的分布也稳定 恒定电场 恒定电场 由稳定分布的电荷产生的稳定的电场称为恒定电场 三 导线中的电场 恒定电场 电场强度不变 自由电子在各个位置的定向运动速率也不变 串一个电流表 读数不会变 大小 方向都不变 说明 1 任何位置的场强都不随时间发生变化 2 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 三 导线中的电场 1 下列关于电流的说法中正确的是 a 导体中产生电流的条件是导体两端保持一定的电势差b 电流的方向就是电荷的定向运动方向c 电流的方向不变的电流叫恒定电流d 电流的方向和大小都不变的电流叫恒定电流 例与练 导体中有自由电荷 电流的方向是正电荷的定向运动方向 2 在稀cuso4溶液中插入两碳棒极板 在两极板上加一定的电压 在10s内有5 1018个cu离子通过某截面 则碳棒中的电流强度为多大 例与练 3 原子中电子绕原子核的圆周运动可以等效为环形电流 设氢原子的电子以速率v在半径为r的圆周轨道上运动 电子的电量为e 等效电流有多大 例与练 设电子圆周运动的周期为t 4 有一横截面为s的铜导线 流经其中的电流为i 设单位体积的导线有n个自由电子 电子电量为e 电子的定向移动速度为v 在t时间内 通过导体横截面的自由电子数目n可表示为 a nvstb nvtc it ed it se 例与练 5 有一横截面为s 1mm2的铜导线 流经其中的电流为i 1a 已知铜的密度为 8 9 103kg m3 铜的摩尔质量为m 6 4 10 2kg mol 阿伏加得罗常数na 6 0 1023 mol 电子电量为e 1 6 10 19c 在这个问题中可认为每个铜原子贡献一个电子 求铜导线中自由电子定向移动速率v 例与练 直流电 电流方向不随时间变化的电流 交流电 大小 方向随时间作周期变化的电流 2 电流分类 电流大小和方向都不随时间变化的电流 恒定电流 1 定义 大小 方向都不随时间变化的电流称为恒定电流 四 恒定电流 表示电流的强弱程度1 定义 通过导体横截面的电量q跟通过这些电量所用时间t的比值叫做电流2 定义式 i q t 五 电流i 电流强度 注意 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 此时q为正电荷总电荷量和负电荷总电荷量的绝对值之和 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 适用于任何电荷的定向移动形成的电流 3 单位 国际单位安培 a 1a 1c s常用单位 毫安 ma 微安 a 4 方向 正电荷定向移动的方向注意 电流是标量它的运算不遵循平行四边形定则 五 电流i 电流强度 安培是基本单位 5 i q t与导体横截面积有关吗 无关 电流定义中引入横截面是为了便于计算时间t内的电荷量 6 下列关于电源的说法中正确的是 a 电源能够对外提供持续电势差b 电源能够把其它形式的能转化为电能c 电源通过电场力做功把其它形式的能转化为电能d 电源通过非静电力做功把其它形式的能转化为电能 例与练 7 下列关于电源电动势的说法中正确的是 a 电源的电动势就等于电源两极间的电压b 电源的电动势等于电源开路时两极间的电压c 电源的电动势在数值上等于非静电力把1个电子在电源内从正极搬运到负极非静电力做的功d 电源的电动势在数值上等于非静电力把电量为1c的电子在电源内从负极搬运到正极非静电力做的功 例与练 电动势在数值上等于非静电力把电量为1c的电子在电源内从正极搬运到负极非静电力做的功 例1 氢原子的核外只有一个电子 设电子在离原子核距离为r的圆轨道上做匀速圆周运动 已知电子的电荷量为e 运动速率为v 求电子绕核运动的等效电流多大 课堂练习 变式 若该题目去掉已知条件运动速率v 增加已知条件电子质量m 答案是什么呢 理论探究 电流强度的微观表达式 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 知 s为导线的横截面积n为单位体积内自由电荷的个数q为每个自由电荷的电荷量v为自由电荷的定向移动速率求 通过导体的电流i 解 在时间t内通过导体某截面的电量为 q vts nq 所形成的电流为 i q t nq sv 例2 有一条横截面积s 1mm2的铜导线 通过的电流i 1a 已知铜的密度 8 9 103kg m3 铜的摩尔质量m 6 4 10 2kg mol 阿伏加德罗常数na 6 02 1023mol 1 电子的电量e 1 6 10 19c 求铜导线中自由电子定向移动的速率 可认为铜导线中平均每个铜原子贡献一个自由电子 课堂练习 电子热运动速率 任何微观粒子都做无规则运动 其速率和温度有关 通常情况为105m s 电子定向移动速率 其大小与电流有关 电流i nesv 其中v就是电子定向移动的速率 一般数量级为10 5m s 对每个电子而言 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 注意几个速度问题 例3 以下说法正确的是 a 自由电子定向移动速率就是电子热运动速率b 自由电子只不过在速率很大的无规则热运动上附加了一个速率很小的定向移动c 电场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 b 例题4 某电解池 如果在1s中内共有5 0 1018个二价正离子和5 0 1018个一价负电子通过某横截面 那么通过这个横截面的电流强度是多大 答案 2 4a 变式 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 某电解槽的横截面积为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 1a 2 2a 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 电源的作用 提供持续的电压3 恒定电场 由稳定分布的电荷产生的稳定电场4 恒定电流 大小方向都不随时间变化的电流 5 电流 表示电流的强弱程度的物理量 1 定义式 i q t 2 金属导体中电流的计算式 小结 由此可见 从微观上看 电流取决于导体中自由电荷的密度 每个自由电荷所带的电荷量 定向移动速率 还与导体的横截面积有关 3 电流虽有大小和方向 运算遵循代数法则 但不是矢量 4 q it是求电荷量的重要公式 其变形公式i 5 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