高中物理 第1节电源和电流精品课件 新人教版选修31.ppt

情景切入现代家庭离不开电 电荷为什么会流动 电荷流动服从什么规律 产生哪些效应 怎样才能做到安全用电和节约用电 这一章我们就来探究恒定电流的基本规律 家庭电路与家庭用电示意图 知识导航本章是在上章场强 电势 电势差 电压 电场力做功的基础上 分析和研究直流电路的基本规律 本章知识在实际中有广泛而重要的应用 不但是学习后续知识的基础 而且是学习电工和电子技术的基础 在日常生活中也经常用到 在学习中要掌握五个概念 四个定律 二个电路 五个概念 电流 电阻 电功 电功率 电动势四个定律 欧姆定律 电阻定律 焦耳定律 闭合电路欧姆定律 二个电路 串并联电路和逻辑电路本章内容可分为三部分 第一部分以部分电路欧姆定律为中心 主要研究直流电路的基本参量 串并联电路的规律 伏安法测电阻 电功和电热等问题 第二部分以闭合电路的欧姆定律为中心 主要研究了电源作用 闭合电路中功率的分配和能量转化关系 电路的分析和计算等问题 第三部分以电流表 电压表 滑动变阻器等电工仪表的使用为中心 结合学生实验 研究了仪器的选择和使用 数据的处理和误差分析等问题 本章的核心内容是欧姆定律 重点是电路的分析和计算 难点是电路的设计 学法指导1 在电流的形成和电动势的学习中 要用类比法进行理解 2 能量守恒定律是物理学的重要定律之一 也是我们分析问题 解决问题的最常用的手段和方法 在电功 电功率的学习中要充分体会能量守恒定律的地位和作用 3 在处理闭合电路的动态分析问题时要抓住电路变化的主线 首先找到引起整个电路变化的根源 先从总体上分析这个电路的电阻 电流的变化 然后依次分析由于这种变化造成的各个支路上的变化 4 在探究实验中应切实掌握各种仪器的原理 使用方法 注意事项才能以不变应万变 5 在简单的逻辑电路的学习中应联系大量的生活实例来说明逻辑关系 6 在本章的学习中 要注意理论联系实际 学会用物理知识分析和解决生活中的实际问题 雷鸣电闪时 强大的电流使天空发出耀眼的闪光 见下图 但持续极短的时间 而手电筒的小灯泡却能持续发光 这是为什么 1 分别带正 负电荷的两个导体a b 用导线r将两导体连接如图 甲 所示 导线r中的便会在静电力作用下定向移动 导体bu电子 导体a电子 两导体很快形成等势体 导线r中只可能存在一个电流 倘若在a b间有一个装置如图 乙 所示 在b失去电子的同时 又及时地补充等量的电子 a b导体上始终保持一定数量的正 负电荷 这种能把电子从a搬运到b的装置叫做 它的作用就是能使电路中保持的电流 自由电子 得到 失去 瞬时 电源 持续 2 当达到稳定状态时 导线中的电场是由等电路元件所积累的电荷共同形成 虽然电荷在运动 另外的又来补充 动态平衡 电荷的分布是的 电场的分布也是的 导线内部的电场线的分布保持和导线 由稳定分布的电荷所产生的稳定的电场 称为 3 电流 用i表示 q表示在t时间内通过导体横截面积的电荷量 则有 电流的单位 简称安 用符号a表示 对正 负离子都参与导电的情况下 通过导体横截面的电荷量q应是电荷量绝对值的 电源 导线 稳定 平行 恒定电场 i 安培 正 负离子 和 稳定 维持导体两端有一定电压的装置是电源 电路中的电源能把其它形式的能转化为电能 从而保持电源正负极之间有持续的电压 1 形成 导线中的电场是由电源 导线等电路元件所积累的电荷共同形成的合电场 2 特点 导线内的电场线和导线平行 电荷的分布是稳定的 导线内的电场是沿导线切线方向的稳定电场 3 恒定电场与静电场的关系 在恒定电场中 任何位置的电场强度都不随时间变化 其基本性质与静电场相同 在静电场中所学的电势 电势差及其与电场强度的关系 在恒定电场中同样适用 特别提醒 稳恒电流的电路中的电场是稳定电场 即电路中的电荷分布是稳定的 但不是静态的绝对稳定 而是动态稳定 就电路中任一微元来讲 流走多少电荷 就补充多少电荷 和静电场一样 其电场分布不随时间改变 静电场的基本规律这里都适用 和静电场不同的是 产生稳定电场的电荷是运动的 但电荷分布不随时间变化 所以其本质为动态稳定 1 定义 大小 方向都不随时间变化的电流 2 电流强度 表示电流强弱程度的物理量 3 单位 安培 符号a 其他单位 毫安 ma 微安 a 且1a 103ma 106 a 4 公式 i i表示电流 q表示在时间t内通过导体横截面的电荷量 特别提醒 电流方向的规定 规定正电荷定向移动的方向为电流方向 金属导体中电流的方向与自由电子定向移动的方向相反 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i 中 q为正电荷总电荷量和负电荷总电荷量的绝对值之和 电流强度虽有大小和方向 但不是矢量 q it是求电荷量的重要公式 其变形公式i 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 如图盐水中可以形成电流 盐水中的电流和金属导体中的电流的形成有什么不同答案 金属导体中靠自由电子定向移动形成电流 而盐水中靠正 负离子的定向移动形成电流 通电时 正 负离子会向相反的方向定向移动 i nqvs 式中n为单位体积内的自由电荷数 q为每个自由电荷所带的电荷量 v是自由电荷沿导体定向移动的速率 s为导体的横截面积 铜的原子量为m 密度为 每摩尔铜原子有n个自由电子 今有一根横截面为s的铜导线 当通过的电流为i时 电子平均定向移动的速率为 解析 假设电子定向移动的速率为v 那么在t秒内通过导体横截面的自由电子数相当于在体积vt s中的自由电子数 而体积为vt s的铜的质量为vts 摩尔数为 所以电荷量q 因电流于是得 答案 d 误区1 电路中闭合开关的瞬间电灯亮了 说明导线中电子定向移动的速率很大 点拨 三种速率的比较 关于电流 下列说法中正确的是 a 通过导体横截面的电荷量越多 电流越大b 电子运动速率越大 电流越大c 单位时间内通过导线横截面的电荷量越多 导体中的电流就越大d 因为电流有方向 所以电流是矢量 解析 由i 知q大 i不一定大 还要看t的大小 故a错 由i nqsv知 电子运动的速率v大 电流不一定大 电流还与n s有关 故b错 单位时间内通过导线横截面的电量越多 电流越大 c对 电流虽有方向但不是矢量 合成遵循代数法则 故d错 答案 c 点评 电流由电荷的定向移动形成 从微观表达式来看 i nqsv 电流与导体中的单位体积的电荷数 电荷的电量 导线的横截面积 定向移动的速度这四个因素有关 电流有大小也有方向但不是矢量 因此它不遵循平行四边形法则 2009 贵州兴义市清华实验中学高二检测 关于电流 下列说法中哪些是正确的 a 通电导线中自由电子定向移动的速率等于电流的传导速率b 金属导线中电子运动的速率越大 导线中的电流就越大 c 电流是一个矢量 其方向就是正电荷定向移动的方向d 国际单位制中 电流是一个基本物理量 其单位 安培 是基本单位答案 d 已知电子的电荷量为e 质量为m 氢原子的电子在核的静电力吸引下做半径为r的匀速圆周运动 则电子运动形成的等效电流大小为多少 解析 截取电子运动轨道的任一截面 在电子运动一周的时间t内 通过这个截面的电荷量q e 则有 再由库仑力提供向心力有 点评 解决这个题的关键是选取合适的过程 考虑到电子运动的周期性 选取一个周期是最简洁的 在某次闪电中 持续的时间是0 005s 所形成的平均电流约为6 104a 若闪电过程中流动的电荷量以0 5a的电流通过电灯 可供灯照明的时间为 答案 600s解析 q it 6 104 0 005c 300c可供照明的时间为 有两个完全相同的金属球a b a带 q的电荷 b不带电 用导线将a b球连接 经时间t1导体中不再有电荷定向移动 求导线中的平均电流 拓展1 若a带 q的电荷 b带 q的电荷 用导线将a b球连接 经时间t2导体中不再有电荷定向移动 求导线中的平均电流 拓展2 a带 q的电荷 b带 q的电荷 用装有电解液的导管将a b球连接 经时间t3导体中不再有电荷定向移动 求导线中的平均电流 解析 a b两球用导线连接后 导线中的自由电子发生定向移动形成电流 当两球的带电荷量相等时 达到平衡状态 电流终止 在时间t1内通过导线的电荷量为所以拓展1 a b两球带等量异种电荷 用导线连接后 最后两球都不带电 所以在时间t2内通过导线的电荷量为q 所以拓展2 电解液中有可以自由移动的正负离子 但a b连接后最后都不带电 所以在时间t3内通过电解液某截面的电荷量仍相当于一种电荷为q 所以i3 点评 仔细体会三种情形下 电流计算的异同 如图所示是静电除尘器的示意图 a接高压电源正极 b接高压电源负极 a b之间有很强的电场 空气被电离为电子和正离子 电子奔向正极a的过程中 遇到烟气的煤粉 使煤粉带负电 吸附到正极a上 排除的烟就成为清洁的了 已知每千克煤粉会