21电源和电流

1、高中物理 选修31 1 1电源和电流电源和电流高中物理 选修31 雷鸣电闪时雷鸣电闪时, ,强大的电流使天空发强大的电流使天空发出耀眼的闪光出耀眼的闪光, ,但它只能存在于一瞬间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而手电筒中的小灯泡却能持续发光, ,这这是为什么是为什么? ?高中物理 选修31-BA-A+_B_等势体等势体导体中自由电子的定向移动使两个带电体成为等导体中自由电子的定向移动使两个带电体成为等势体势体, ,达到静电平衡，在这个过程中，导线达到静电平衡，在这个过程中，导线R R中会中会产生一个产生一个瞬时电流瞬时电流。一、电源一、电源1、电流的形成、电流的形成：电

2、荷的定向移动形成电流：电荷的定向移动形成电流如何产生持续电流？如何产生持续电流？高中物理 选修31-+A A+_B B_P P-2 2、电源、电源（1 1）能把自由电子从正极搬到负极的装置）能把自由电子从正极搬到负极的装置. .（2 2）作用）作用: :保持保持导体两端的电势差导体两端的电势差( (电压电压),), 使电路有持续的电流使电路有持续的电流. .AB水池抽水机抽水机瞬时电压产生瞬时电流，持续电压产生持续电流。瞬时电压产生瞬时电流，持续电压产生持续电流。高中物理 选修31导体中产生电流的导体中产生电流的条件条件: : 内部条件：有自由电荷；内部条件：有自由电荷； 外部条件：外部条件：

3、导体导体两端存在电势差（电压）两端存在电势差（电压）有电压有电压 瞬时电压产生瞬时电流，持续电压产生持续电流。瞬时电压产生瞬时电流，持续电压产生持续电流。 当导体两端存在电压时，导体内建立了电场，导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体中的自由电荷在电场力电场力的作用下发生定向移动，的作用下发生定向移动，形成电流形成电流 电源的作用是电源的作用是保持保持导体两端的电压，使导体中有导体两端的电压，使导体中有持续的电流持续的电流小结小结高中物理 选修31-+A+_B_P假设在电源正、负假设在电源正、负极之间连一根导线极之间连一根导线MNE0FFnFt自由电子为什自由电子为什么

4、会在导线中么会在导线中定向移动？定向移动？二、恒定电流二、恒定电流高中物理 选修31假设在电源正、负假设在电源正、负极之间连一根导线极之间连一根导线MNE0FFnFtMNE0E0E MNE导线内导线内很快形很快形成沿导成沿导线方向线方向的电场的电场导线内的电场线保持和导线平行导线内的电场线保持和导线平行高中物理 选修31 导线内的电场，是由导线内的电场，是由电源、导线等电路电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成的。元件所积累的电荷共同形成的。尽管这些电尽管这些电荷也在运动，但有的流走了，另外的又来补荷也在运动，但有的流走了，另外的又来补充，所以电荷的充，所以电荷的分布是稳定分布是稳定的，电场

5、的分布的，电场的分布也稳定。由稳定分布的电荷产生稳定的电场也稳定。由稳定分布的电荷产生稳定的电场称为恒定电场称为恒定电场. .1、恒定电场、恒定电场 在恒定电场中，任何位置的电荷分布在恒定电场中，任何位置的电荷分布和电场强度都不随时间变化，所以它的基和电场强度都不随时间变化，所以它的基本性质与静电场相同。在静电场中所讲的本性质与静电场相同。在静电场中所讲的电势电势、电势差及其与电场强度的关系电势差及其与电场强度的关系等，等，在恒定电场中同样适用。在恒定电场中同样适用。高中物理 选修31恒定电场恒定电场电场强度不变电场强度不变自由电子在各个位置的定向运动平均速率也不变自由电子在各个位置的定向运动

6、平均速率也不变串一个电流表串一个电流表, ,读数不会变读数不会变( (恒定电流恒定电流) )2、恒定电流：大小和方向都不随时间变化的电流、恒定电流：大小和方向都不随时间变化的电流高中物理 选修31tqI 3、电流：电流：（1） 定义：定义：物理上把通过导体横截面的电荷物理上把通过导体横截面的电荷量量q跟通过这些电荷量所用的时间跟通过这些电荷量所用的时间t的比值，称的比值，称为电流为电流 ，用用“I”表示表示 （2） 定义式：定义式： （4） 方向：正电荷定向移动的方向方向：正电荷定向移动的方向 金属导体中电流的方向与自由电子定金属导体中电流的方向与自由电子定向移动的方向相反。向移动的方向相反。

7、 （3） 单位：安培单位：安培 A 其他单位其他单位 mA ，A高中物理 选修31例例1 某电解池，如果在某电解池，如果在1s中内共有中内共有5.01018个二个二 价正离子和价正离子和1.01019个一价负离子通过某横截个一价负离子通过某横截面，那么通过这个横截面的电流强度是多大？面，那么通过这个横截面的电流强度是多大？答案：答案：3.2A（1）电流为标量电流为标量，电流虽有方向但是标量，电流虽有方向但是标量（2）电解液中正负离子定向移动的方向虽然相）电解液中正负离子定向移动的方向虽然相反，但正、负离子定向移动反，但正、负离子定向移动形成的电流方向是形成的电流方向是相同相同的，所以公式中的的

8、，所以公式中的q应为正电荷总电荷量和应为正电荷总电荷量和负电荷总电荷量的负电荷总电荷量的绝对值之和绝对值之和。 高中物理 选修31vtvsv例例2.2.有一条横截面积有一条横截面积S=1mmS=1mm2 2 的铜导线，通过的电流的铜导线，通过的电流I=1A .I=1A .已知铜的密度已知铜的密度=8.9=8.910103 3 kg/m kg/m3 3 ，铜的摩尔，铜的摩尔质量质量M=6.4M=6.41010-2 -2 kg/mol kg/mol，阿伏加德罗常数，阿伏加德罗常数N NA A=6.02=6.0210102323molmol-1-1，电子的电量，电子的电量e=-1.6 e=-1.6

9、10 10 -19-19 C C 。在这个问题中可以认为导线中每个铜原子贡献一。在这个问题中可以认为导线中每个铜原子贡献一个自由电子。求个自由电子。求: :铜导线中自由电子定向移动的速率。铜导线中自由电子定向移动的速率。AIMvSN e57.5 10/m s答案：高中物理 选修31思考题思考题 如果认为电子的定向移动速率为如果认为电子的定向移动速率为v=7.5v=7.51010-5-5m/s,m/s,自由电子通过自由电子通过1m1m长的导长的导线需要线需要3 3个多小时！这与我们平时开关个多小时！这与我们平时开关电灯的生活经验似乎不符。怎样解释？电灯的生活经验似乎不符。怎样解释？高中物理 选修

10、31 三种速度的区别三种速度的区别（1）电流的传导速率等于光速，电路一接通，导体中）电流的传导速率等于光速，电路一接通，导体中所有的自由电子立即受到电场力作用而定向移动形成所有的自由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）电流。（对整体而言）（2）电子定向移动速率，其大小与电流有关，）电子定向移动速率，其大小与电流有关， 约约为为10-5m/s的数量级。的数量级。（3）电子热运动速率，任何微观粒子都做无规则运）电子热运动速率，任何微观粒子都做无规则运动，约为每秒动，约为每秒105m/s。高中物理 选修31三、电流的微观表达式 一段粗细均匀的导体长为一段粗细均匀的导体长为l,两端

11、加一定的电压，两端加一定的电压，自由电荷定向移动的速率为自由电荷定向移动的速率为v,设导体的横截面积为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导体每单位体积内的自由电荷数为n，每个自由电，每个自由电荷量为荷量为q。试推导这段导体中的电流。试推导这段导体中的电流I的表达式。的表达式。-AB总电量总电量电荷总数电荷总数nqSvnlSql/vNqtQIl/v高中物理 选修311、形成电流的条件：导体两端存在电压、形成电流的条件：导体两端存在电压2、电源的作用：提供持续的电压、电源的作用：提供持续的电压3、导线中的电场、导线中的电场:导线内的电场线保持和导线平行导线内的电场线保持和导线平行

12、. (恒定电场恒定电场)4、恒定电流、恒定电流:大小方向都不随时间变化的电流大小方向都不随时间变化的电流.5、电流、电流:表示电流的强弱程度的物理量表示电流的强弱程度的物理量. （1）定义式）定义式 I=q / t （2）金属导体中电流的计算式）金属导体中电流的计算式小结小结nqsvI n n 为单位体积内自由电荷数目，为单位体积内自由电荷数目，S S 为导体横截面积，为导体横截面积，v v为电荷定向移动速率为电荷定向移动速率,q,q为每个自由电荷的电量为每个自由电荷的电量高中物理 选修31再见！再见！高中物理 选修31-BA-A+_B_等势体等势体导体中产生电流的导体中产生电流的条件条件:

13、:导体两端存在电势差导体两端存在电势差AB水池导体中自由电子的定向移导体中自由电子的定向移动使两个带电体成为等势动使两个带电体成为等势体体, ,达到静电平衡，导线达到静电平衡，导线R R中会产生一个瞬时电流中会产生一个瞬时电流抽水机抽水机高中物理 选修31-BA-A+_B_等势体等势体AB水池导体中自由电子的定向移导体中自由电子的定向移动使两个带电体成为等势动使两个带电体成为等势体体, ,达到静电平衡，导线达到静电平衡，导线R R中会产生一个瞬时电流中会产生一个瞬时电流抽水机抽水机高中物理 选修31一、电源一、电源导体中的自由电荷在电场力的作用下发导体中的自由电荷在电场力的作用下发生定向移动形

14、成电流生定向移动形成电流. (瞬时电流瞬时电流) 1、电流的形成、电流的形成高中物理 选修312 2、持续电流的形成、持续电流的形成倘若在倘若在A,BA,B之间连接一个装置之间连接一个装置P,P,作用是不断地作用是不断地把电子从把电子从A A搬运到搬运到B B，使，使ABAB之间始终存在一定的之间始终存在一定的电场，从而保持持续电流。电场，从而保持持续电流。装置P电源高中物理 选修31 我们在上一章中曾经得出结论我们在上一章中曾经得出结论: :在静电平衡时在静电平衡时, ,导体内部的场强为零导体内部的场强为零, ,导体上任意两点之间的电势差为零导体上任意两点之间的电势差为零( (等势体等势体)

15、.).这与我们现在的说法有矛这与我们现在的说法有矛盾吗盾吗? ?为什么为什么? ?思考题思考题电子定向移动的速度与电场强度有关，电场强度与电压有关！电子定向移动的速度与电场强度有关，电场强度与电压有关！如果增加电流是通过增加电压实现的，那么电子速度会增加。如果增加电流是通过增加电压实现的，那么电子速度会增加。 高中物理 选修31恒定电场恒定电场电场强度不变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串一个电流表, ,读数不会变读数不会变( (恒定电流恒定电流) )高中物理 选修31例例1 某电解池，如果在某电解池，如果在1s中内共有中内共有5.01018个二个二 价正离子和价正离子和1.01019个一价负离子通过某横截个一价负离子通过某横截面，那么通过这个横截面的电流强度是多大？面，那么通过这个横截面的电流强度是多大？答案：答案：3.2A（1）电流为标量电流为标量，电流虽有方向但是标量，电流虽有方向但是标量（2）电解液中正负离子定向移动方向虽然相反，）电解液中正负离子定向移动方向虽然相反，但正、负离子定向移动但正