大学物理学电子教案

1、大学物理学电子教案武警学院教学课件电流、欧姆定律和电动势10-1 电流 电流密度10-2 电阻率 欧姆定律的微分形式10-3 电源 电动势10-4 全电路欧姆定律复 习静电场的能量 能量密度静电场中的导体处于静电平衡时，其内部的场强为零，内部没有电荷作定向的宏观运动。如果把导体接在电源的两极上，则导体内任意两点之间将维持恒定的电势差，在导体内维持一个电场，导体内的电荷在电场力的作用下作宏观的定向运动，形成电流。第十章恒定电流Uv10-1 电流 电流密度一、电流1、形成电流的条件在导体内有可以自由移动的电荷（载流子）在半导体中是电子或空穴在金属中是电子在电解质溶液中是离子在导体内要维持一个电场，

2、或者说在导体两端要存在有电势差2、电流的方向SI正电荷移动的方向定义为电流的方向电流的方向与自由电子移动的方向是相反的。1、引入电流密度的必要性：描述电流分布的物理量电流密度。2、定义：电流密度矢量的方向为空间某点处正电荷的运动方向, 它的大小等于单位时间内该点附近垂直与电荷运动方向的单位截面上所通过的电量。二、电流密度 电流密度与电荷运动速度的关系设q0vdtP3、电流强度与电流密度的关系通过任意截面的电流4、电流线在导体中引入的一种形象化的曲线，用于表示电流的分布规定：曲线上每一点的切线方向与该点的电流密度方向相同；而任一点的曲线数密度与该点的电流密度的大小成正比2、恒定电流条件电荷不随时

3、间变化电流线连续地穿过闭合曲面包围的体积，稳恒电流的电流线不可能在任何地方中断，永远是连续的曲线。当导体中任意闭合曲面满足上式时，闭合曲面内没有电荷被积累起来，此时通过导体截面的电流是恒定的恒定电流的条件。1. 稳恒电流的电路必须是闭合的。2.导体表面电流密度矢量无法向分量。当导体两端有电势差时，导体中就有电流通过一段导体中的电流I 与其两端的电势差U(=V1-V2)成正比一段均匀电路的欧姆定律欧姆定律对金属或电解液成立对于半导体、气体等不成立，对于一段含源的电路也不成立 G 电导（S西门子）R=1/G电阻（欧姆）1、欧姆定律URI+_10-2 电阻率 欧姆定律的微分形式一、电阻率 欧姆（Ge

4、org Simom Ohm，1787-1854） 德国物理学家，他从1825年开始研究导电学问题，他利用电流的磁效应来测定通过导线的电流，并采用验电器来测定电势差，在1827年发现了以他名字命名的欧姆定律。电流和电阻这两个术语也是由欧姆提出的。2、电阻定律对于粗细均匀的导体，当导体的材料与温度一定时，导体的电阻与它的长度l 成正比，与它的横截面积S成反比r ：电阻率g =1/r ：电导率3、电阻与温度的关系a 叫作电阻的温度系数，单位为K-1，与导体的材料有关。电阻率的数量级：纯金属：10-8W .m 合金：10-6W .m半导体：10-510-6W .m绝缘体：1081017W .m4、应用

5、：r 小用来作导线r 大用来作电阻丝a 小制造电工仪表和标准电阻a 大金属电阻温度计二、超导体2、超导现象的几个概念：有些金属在某些温度下，其电阻会突变为零。这个温度称为超导的转变温度，上述现象称为超导现象。在一定温度下能产生零电阻现象的物质称为超导体。1、超导现象的发现 超导体最早是由荷兰物理学家昂尼斯于1911年发现的。他利用液态氦的低温条件，测定在低温下电阻随温度的变化关系，观察到汞在4.2K附近时，电阻突然减少到零，变成了超导体。在低温物理作出的杰出贡献，获得1913年诺贝尔物理学奖。迄今为止，已发现28种金属元素（地球的常态下）以及合金和化合物具有超导电性。还有一些元素只高压下具有超

6、导电性。提高超导临界温度是推广应用的重要关键之一。超导的特性及应用有着广阔的前景。三、 欧姆定律的微分形式在导体中取一长为dl、横截面积为dS的小圆柱体，圆柱体的轴线与电流流向平行。设小圆柱体两端面上的电势为V和V+dV。根据欧姆定律，通过截面dS的电流为dSVV+dVdl欧姆定律的微分形式：通过导体中任一点的电流密度，等于该点的场强与导体的电阻率之比值例1、一块扇形碳制电极厚为 t，电流从半径为 r1的端面 S1流向半径为 r2的端面 S2，扇形张角为，求：S1 和 S2面之间的电阻。解：dr 平行于电流方向，dS 垂直于电流方向。r1r2tS1S23、焦耳定律4、热功率密度单位体积所消耗的

7、功即Q与电流的平方、电阻和通电时间成正比若电路中只含有电阻，则电场力所作的功全部转化为热能功率10-3 电源 电动势一、电源+1、电源在导体中有稳恒电流流动就不能单靠静电力，必须有非静电力把正电荷从负极板搬到正极板才能在导体两端维持有稳恒的电势差。这种能够提供非静电力的装置叫作电源。电源的作用是把其它形式的能量转变为电能。2、电源的种类电解电池、蓄电池化学能电能光电池 光能 电能发电机 机械能电能静电力欲使正电荷从高电位到低电位。非静电力欲使正电荷从低电位到高电位。3、电源的表示法电势高的地方为正极，电势低的地方为负极。+电源内部电流从负极板到正极板叫内电路电源外部电流从正极板到负极板叫外电路

8、因为电源外部没有非静电力，所以可写为：电源电动势的大小等于把单位正电荷从负极经电源内部移到正极时非静电力所作的功。3、计算4、说明：电动势是标量，但有方向；其方向为电源内部电势升高的方向，即从负极经电源内部到正极的方向为电动势的方向。电动势的大小只取决于电源本身的性质，而与外电路无关。电动势的单位为伏特。电源内部也有电阻，称为内阻。电源两极之间的电势差称为路端电压，与电源的电动势是不同的。104 全电路欧姆定律一、一段含源电路的欧姆定律放电时充电时二、闭合电路的欧姆定律闭合电路中电源电动势与总电阻之比等于电路中的电流，这就是全电路的欧姆定律。电源的端电压电势降落的情况如右图所示例2、 如图所示，电源电动势e1=2V，e2=4V，外电阻R1=R2=2W ，R3=6W 。求：(1)电路中的电流为多少？(2)A、B、C相邻两点间的电势降为多少？解：(1)电动势e2e1，所以电路中的电流方向为逆时针。从图中A点出发，沿逆时针绕电路一周，各部分的电势降之和为零，即所以电路中的电流为(2)A和C之间的电势降为C和B之间的电势降为B