電源與電流63

1、 雷鳴電閃時雷鳴電閃時, ,強大的電流使天強大的電流使天空發(fā)出耀眼的閃光空發(fā)出耀眼的閃光, ,但它只能存在但它只能存在于一瞬間于一瞬間, ,而手電筒中的小燈泡卻而手電筒中的小燈泡卻能持續(xù)發(fā)光能持續(xù)發(fā)光, ,這是為什么這是為什么? ?問題問題1：產生電流的條件是什么？：產生電流的條件是什么？-BA-A+_B_（1 1）存在）存在自由電荷自由電荷金屬導體金屬導體自由電子自由電子電電 解解 液液正、負離子正、負離子（2 2）導體兩端存在）導體兩端存在電壓電壓當導體兩端存在電壓時，導體內建立了電場，導當導體兩端存在電壓時，導體內建立了電場，導體中的自由電荷在電場力的作用下發(fā)生定向移動，形成體中的自由電

2、荷在電場力的作用下發(fā)生定向移動，形成電流電流A、B之間有電勢差A、B電勢差為零問題問題2：導體導體中產生中產生持續(xù)持續(xù)電流的條件是什電流的條件是什么？么？AB連通器連通器水勢水勢A水勢水勢B抽水機抽水機水流-P-+A+_B_-1. 能把電子從能把電子從A搬運到搬運到B的裝置。的裝置。2.作用作用:保持保持導體兩端的電勢差導體兩端的電勢差(電壓電壓)，使電路有，使電路有持續(xù)持續(xù)的電流。的電流。這個裝置就是電源。這個裝置就是電源。A、B就是電源的兩個極。就是電源的兩個極。正極負極電源相當于電源相當于抽水機抽水機問題問題3：電源的作用是什么？：電源的作用是什么？電源電源+ +- -正極正極負極負極電

3、源的作用：（1）從物理過程分析：就是通過非靜電力把電子從正極搬運到負極，使電源兩極間保持一定的電勢差。使電路有持續(xù)的電流；（2）從能量轉化和守恒的角度就是電源把其它形式的能轉化為電能。F F-+A+_B_P-2.電場力做負功，電子的電勢能增加，通過電源電場力做負功，電子的電勢能增加，通過電源把其它形式的能轉化為電能把其它形式的能轉化為電能.1. 通過非靜電力把電子從正極運到負極。通過非靜電力把電子從正極運到負極。-+A+_B_P假設在電源正、負極之間連一假設在電源正、負極之間連一根導線，導線中的電場如何變根導線，導線中的電場如何變化，最終又會達到哪個狀態(tài)？化，最終又會達到哪個狀態(tài)？MNE0FF

4、nFt問題問題4：當導體兩端有恒定：當導體兩端有恒定的電勢差，導體內建立了的電勢差，導體內建立了何種電場何種電場?MNE0E0E MNE導線內很導線內很快形成沿快形成沿導線方向導線方向的電場的電場導體內的電場線保持和導線導體內的電場線保持和導線平行平行導線導線內的內的電場電場是由是由電源電源和導和導體中體中積累積累的電的電荷共荷共同形同形成的。成的。問題問題5：當導體兩端的電勢差恒定時，為什么導：當導體兩端的電勢差恒定時，為什么導體中產生的電場是恒定的？此時導體中的電流體中產生的電場是恒定的？此時導體中的電流為什么也是恒定的？為什么也是恒定的？盡管這些電荷也在運動，但盡管這些電荷也在運動，但有

5、的流走了，另外的有的流走了，另外的又來補充，又來補充，所以電荷的分布是穩(wěn)定的，電場的分布也所以電荷的分布是穩(wěn)定的，電場的分布也穩(wěn)定。穩(wěn)定。由穩(wěn)定分布的電荷產生穩(wěn)定的電場稱為恒定電場。由于恒定電場的作用由于恒定電場的作用,導體中自由電荷定向運動的速率導體中自由電荷定向運動的速率增加增加;而在運動過程中會與導體內不動的粒子碰撞從而減速而在運動過程中會與導體內不動的粒子碰撞從而減速,因此自由電荷頻繁地交替進行加速和減速，因此自由電荷頻繁地交替進行加速和減速，自由電荷定向自由電荷定向運動的平均速率不隨時間變化。運動的平均速率不隨時間變化。如果我們在這個電路中串如果我們在這個電路中串聯(lián)一個電流表聯(lián)一個電

6、流表,電流表的讀數(shù)保持恒定電流表的讀數(shù)保持恒定.大小方向都不隨時間變化的電流稱為恒定電流。恒定電場電場電場強度電場強度不變自由電荷頻繁交替進行加速和減速，平均自由電荷頻繁交替進行加速和減速，平均速率速率不變串一個電流表串一個電流表, ,讀數(shù)讀數(shù)不會變恒定電流電流 由由穩(wěn)定分布的電荷產生的電荷產生穩(wěn)定的電場稱為的電場稱為恒定電場電場. . 問題問題6：怎樣理解恒定電場和恒定電流？：怎樣理解恒定電場和恒定電流？問題問題7：電流這個物理現(xiàn)象既有方向也有強弱。怎樣描：電流這個物理現(xiàn)象既有方向也有強弱。怎樣描述電流的強弱程度？怎樣學好電流這個物理量。述電流的強弱程度？怎樣學好電流這個物理量。2、度量方式

7、：、度量方式：4、矢量標量：標量、矢量標量：標量3、決定因素：、決定因素：1、引入目的、引入目的：反映了電流的強弱程度。反映了電流的強弱程度。國際單位：安培國際單位：安培（A）tqI 1C/s1A 5、單位換算：、單位換算：A10mA10A1636、測量方法：電流表等。、測量方法：電流表等。？電流（物理現(xiàn)象）方向:正電荷定向移動的方向。在在金屬導體金屬導體中，電流方向與中，電流方向與自由電荷（電子）自由電荷（電子）的定向移動方向的定向移動方向相相反反；在；在電解液中電解液中，電流方向與正離子定向移動，電流方向與正離子定向移動方向方向相同，與相同，與負離負離子子走向移動方向走向移動方向相反。相反

8、。導電時，是正負離子向相反方向定向移導電時，是正負離子向相反方向定向移動形成電流，動形成電流，電量電量q q表示通過截面的正、表示通過截面的正、負離子負離子電量電量絕對值之和絕對值之和。問題問題8：探究電流的微觀表達式？：探究電流的微觀表達式？nqSvtvtSnqtQIBCSvvtqqqq 導體中的電流與導體中單位體積內的自由電荷數(shù)、每個自由電荷的電量、導體的橫截面積和自由電荷定向運動速率四個量成正比。問題問題9：知識應用舉例：知識應用舉例例題例題:有一條橫截面積有一條橫截面積S=1mm2的銅導線的銅導線,通過的電流通過的電流I=1A,已知銅的密度已知銅的密度=8.9103kg/m3,銅的摩爾

9、質量銅的摩爾質量M=6.410-2kg/mol,阿伏加德羅常數(shù)阿伏加德羅常數(shù)NA=6.021023mol-1,電子的電量電子的電量e=-1.610-19C,求銅導線中自由電子定向移求銅導線中自由電子定向移動的速率動的速率.可認為銅導線中平均每個銅原子貢獻一個自由可認為銅導線中平均每個銅原子貢獻一個自由電子。電子。SvtMNMNnAAneSvI m/s105 .75AeSNMIv問題問題10：既然電子的定向運動速率很小，：既然電子的定向運動速率很小，為什么閉合開關時電路中的電燈立刻就亮為什么閉合開關時電路中的電燈立刻就亮了呢？了呢？ 閉合開關的瞬間，電路中的各個位置迅速建立了恒閉合開關的瞬間，電

10、路中的各個位置迅速建立了恒定電場，在恒定電場的作用下，電路中各處的自由電子幾定電場，在恒定電場的作用下，電路中各處的自由電子幾乎同時開始定向移動，整個電路也就幾乎同時產生了電流。乎同時開始定向移動，整個電路也就幾乎同時產生了電流。 電路接通時電燈中的電流并不是電源中的自由電子流了過來產生，而是燈絲內部的自由電子的定向移動產生的。電子定向移動的速率約電子定向移動的速率約10-5m/s，電子熱運動的平均速率電子熱運動的平均速率105m/s電場的傳播速率電場的傳播速率3108m/s.電流產生條件電流產生條件電源電源恒定電流恒定電流（1）存在自由電荷（存在自由電荷（2）導體兩端存在電壓。導體兩端存在電

11、壓。產生持續(xù)電流產生持續(xù)電流提供持續(xù)電流壓提供持續(xù)電流壓（1）通過非靜電力把電子從正極搬運到通過非靜電力把電子從正極搬運到負極；（負極；（2）把其它形式的能轉化為電能。）把其它形式的能轉化為電能。產生恒定電場產生恒定電場導體內的電場線保持和導線平行導體內的電場線保持和導線平行產生產生一、電流（物理現(xiàn)象）一、電流（物理現(xiàn)象）問題問題11：總結本節(jié)課所學內容。：總結本節(jié)課所學內容。1、方向：規(guī)定正電荷定向運動的方向為電流方向、方向：規(guī)定正電荷定向運動的方向為電流方向2、大小：用電流強度、大小：用電流強度I（簡稱電流）來描述。（簡稱電流）來描述。自由電荷頻繁交替進行加速和減速，平均自由電荷頻繁交替進

12、行加速和減速，平均速率速率不變問題問題11：總結本節(jié)課所學內容。：總結本節(jié)課所學內容。二、電流二、電流2、度量方式：、度量方式：4、矢量標量：標量、矢量標量：標量3、決定因素：、決定因素：1、引入目的、引入目的：反映了電流的強弱程度。反映了電流的強弱程度。國際單位：安培國際單位：安培（A）tqI 1C/s1A 5、單位換算：、單位換算：A10mA10A1636、測量方法：電流表等。、測量方法：電流表等。（1）宏觀：）宏觀：RUI 只適用純電阻電路（不包含電源）只適用純電阻電路（不包含電源）（2）微觀：）微觀：nqSvI BCSvvt流體的柱形模型怎樣學好電流這個物理量？怎樣學好電流這個物理量？

13、1 1mA=_A， 1A=_A。2把把 規(guī)定為電流的方規(guī)定為電流的方向，在金屬導體中，電流方向與自由電子定向向，在金屬導體中，電流方向與自由電子定向移動的方向移動的方向 。在電解質溶液中，電流的。在電解質溶液中，電流的方向與正離子定向移動的方向方向與正離子定向移動的方向 ，與負離，與負離子定向移動的方向子定向移動的方向 。在在電解液中電解液中，電流方向與正離子定向移動，電流方向與正離子定向移動方向方向相相同，與同，與負離子負離子走向移動方向走向移動方向相反。相反。導電時，是正導電時，是正負離子向相反方向定向移動形成電流，負離子向相反方向定向移動形成電流，電量電量q q表表示通過截面的正、負離子

14、示通過截面的正、負離子電量電量絕對值之和絕對值之和。3、一電子沿一圓周順時針方向高速運動，周期、一電子沿一圓周順時針方向高速運動，周期為為10-10s，則等效電流大小為，則等效電流大小為 A，電流方向是電流方向是 （填（填“順時針順時針”或或“逆時逆時針針” ）4關于電源的作用關于電源的作用,下列說法正確的是下列說法正確的是 ( )A.電源的作用是能為電電源的作用是能為電路提供自由電子提供自由電子B.電源的作用是使導體中形成電場電源的作用是使導體中形成電場C.電源的作用是能夠保持導體兩端的電壓電源的作用是能夠保持導體兩端的電壓D.電源的作用是使自由電荷定向移動起來電源的作用是使自由電荷定向移動

15、起來刪去5下列敘述正確的是下列敘述正確的是 （ ）A導體中電荷運動就形成電流導體中電荷運動就形成電流B電流的國際單位是安培電流的國際單位是安培C因為電流強度有方向因為電流強度有方向,所以電流強度是矢量所以電流強度是矢量D導體中有電流通過時導體中有電流通過時,導體內部場強不為零導體內部場強不為零6關于電流的方向關于電流的方向,下列說法正確的是下列說法正確的是 （ ）A在金屬導體中，電流的方向是自由電子定向移動的在金屬導體中，電流的方向是自由電子定向移動的方向方向B在電解液中，電流的方向為負離子定向移動的方向在電解液中，電流的方向為負離子定向移動的方向C無論在何種導體中，電流的方向都與負電荷定向移

16、無論在何種導體中，電流的方向都與負電荷定向移動的方向相反動的方向相反D在電解液中，由于是正負電荷定向移動形成的電流，在電解液中，由于是正負電荷定向移動形成的電流，所以電流有兩個方向所以電流有兩個方向7關于電流的說法正確的是關于電流的說法正確的是 （ ）A根據(jù)根據(jù)I=q/t可知，可知，I與與q成正比成正比B如果在任何相等時間內通過導體橫截面積的如果在任何相等時間內通過導體橫截面積的電量相等，則導體中的電流是恒定電流電量相等，則導體中的電流是恒定電流C電流強度的方向規(guī)定為正電荷定向移動的方向D電流強度的單位電流強度的單位“安培安培”是國際單位制中的是國際單位制中的基本單位基本單位8以下對導體中的電

17、場理解正確的是（以下對導體中的電場理解正確的是（ ）A導體內的電場在穩(wěn)定時是和導線平行的導體內的電場在穩(wěn)定時是和導線平行的B導體內的電場由電源、導線等電路元件所積導體內的電場由電源、導線等電路元件所積累的電荷共同形成累的電荷共同形成C導線中電場始終隨時間而變化導線中電場始終隨時間而變化D導體內的電場是一種動態(tài)的穩(wěn)定導體內的電場是一種動態(tài)的穩(wěn)定9通過一根金屬導線的電流為通過一根金屬導線的電流為16mA則則10s內內通過這根導線橫截面的自由電子數(shù)為（通過這根導線橫截面的自由電子數(shù)為（ ）A1.01017 B1.01018 C1.01019 D1.01020n=It/e=1610-310/1.610

18、-19=1.0101810在一次閃電中，持續(xù)時間為在一次閃電中，持續(xù)時間為0.005 s所所形成的平均電流為形成的平均電流為6.0104A，若閃電過程，若閃電過程中產生的電荷以中產生的電荷以0.5A的電流通過電燈，試的電流通過電燈，試求可供電燈照明的時間。求可供電燈照明的時間。Q=I1t1=I2t2 ，t2= I1t1/I2=600s1有一橫截面積為有一橫截面積為S的銅導線，流經其中的電流強度的銅導線，流經其中的電流強度為為I；設每單位體積的導線中有；設每單位體積的導線中有n個自由電子，電子的個自由電子，電子的電量為電量為e，此電子的定向移動速率為，此電子的定向移動速率為v，在，在t時間內，時

19、間內，通過導線橫截面的自由電子數(shù)可表示為通過導線橫截面的自由電子數(shù)可表示為 （ ）AnvS t Bnvt CIt /e D It /eSN=q/e= It /e，I=nevS，N=q/e= It /e =nevSt/e=nvStI=q/t，q=It2金屬導體的密度是金屬導體的密度是，橫截面積是，橫截面積是S，原子量，原子量是是M，每摩爾這種金屬可提供，每摩爾這種金屬可提供N個自由電子，當個自由電子，當該導體中的電流為該導體中的電流為 I 時，導體中自由電子的定時，導體中自由電子的定向移動的速率是向移動的速率是 。SNeIM3. 若氫原子的核外電子繞核作半徑為若氫原子的核外電子繞核作半徑為r 的

20、勻速的勻速圓周運動，則其角速度圓周運動，則其角速度=_；電子繞；電子繞核的運動可等效為環(huán)形電流，則電子運動的等核的運動可等效為環(huán)形電流，則電子運動的等效電流效電流I=_。（已知電子的質量為。（已知電子的質量為m，電量為電量為e，靜電力恒量用，靜電力恒量用k表示）表示）rmvrke222,2mrekv ,mrkre ,222mrkrerevTeI rmrke2224在彩色電視機的顯像管中，從電子槍射出的在彩色電視機的顯像管中，從電子槍射出的電子（初速度大小不計，電子（初速度大小不計，e=1.610-19C）在）在20kV的高壓下被加速，并且形成的高壓下被加速，并且形成1mA的平均電流。電的平均電

21、流。電子束的強弱受圖像信號控制，并按一定的規(guī)律在子束的強弱受圖像信號控制，并按一定的規(guī)律在熒光屏上掃描，形成電視畫面。電視機以每秒熒光屏上掃描，形成電視畫面。電視機以每秒25張畫面的速率進行掃描，由于圖面更換迅速和視張畫面的速率進行掃描，由于圖面更換迅速和視覺暫留，使我們看到了連續(xù)活動的圖像，問：電覺暫留，使我們看到了連續(xù)活動的圖像，問：電子轟擊熒光屏時的動能為多大？平均每幅畫面約子轟擊熒光屏時的動能為多大？平均每幅畫面約有多少個電子打在屏上有多少個電子打在屏上? J102 . 31020106 . 115319 eUEkQ=It=ne 14193105 . 2106 . 125/110 eI

22、tn5銀導線的橫截面積銀導線的橫截面積S=4mm2，通以，通以I=2A的電的電流，若每個銀原子可以提供一個自由電子，試推流，若每個銀原子可以提供一個自由電子，試推導銀導線單位長度上的自由電子數(shù)的計算公式，導銀導線單位長度上的自由電子數(shù)的計算公式，并計算結果。并計算結果。(已知銀的密度已知銀的密度=10.5103kg/m3,摩爾質量摩爾質量M=108g/mol，阿伏伽德羅常數(shù)，阿伏伽德羅常數(shù)NA=6.021023mol-1，計算結果取一位小數(shù)，計算結果取一位小數(shù))VSl，AANMSlNMVN n=N/l， ANMSlNn kg/mol10108mol1002. 6m104m/kg105 .103

23、1232633 nm/103 . 223個學力學單位制有什么實際應用？ 6. 在顯像管的電子槍中，從熾熱的金屬絲不在顯像管的電子槍中，從熾熱的金屬絲不斷放出的電子進入電壓為斷放出的電子進入電壓為U的加速電場，設其的加速電場，設其初速度為零，經加速后形成橫截面積為初速度為零，經加速后形成橫截面積為S、電、電流為流為I的電子束。已知電子的電量為的電子束。已知電子的電量為e、質量為、質量為m，則在剛射出加速電場時，一小段長為，則在剛射出加速電場時，一小段長為l的的電子束內的電子個數(shù)是（電子束內的電子個數(shù)是（ ） B. C. D.eUmeSlI2eUmelI2eUmeSI2eUmelIS2221mve

24、U tl / vQ=IteUmelIevlIetIeQN2 方法1：利用公式I=nqSv求解；2.根據(jù)I=q/t結合微元法求解。 問題問題1：產生電流的條件是什么？：產生電流的條件是什么？問題問題2：導體中產生持續(xù)電流的條件是什么？：導體中產生持續(xù)電流的條件是什么？問題問題3：從物理過程和能量轉化兩個方面來看電源作：從物理過程和能量轉化兩個方面來看電源作用是什么？用是什么？問題問題4：當導體兩端有恒定的電勢差，導體內建立了：當導體兩端有恒定的電勢差，導體內建立了何種電場何種電場?問題問題5：導體中的電場是由誰產生的：導體中的電場是由誰產生的?是變化的還是恒是變化的還是恒定的？自由電荷在恒定電場

25、中發(fā)生定向運動形成的電定的？自由電荷在恒定電場中發(fā)生定向運動形成的電流是變化的還是恒定的？流是變化的還是恒定的？問題問題6：怎樣理解恒定電場和恒定電流？：怎樣理解恒定電場和恒定電流？問題問題7：怎樣描述電流的強弱程度？怎樣學好電流這：怎樣描述電流的強弱程度？怎樣學好電流這個物理量？個物理量？問題問題8：推導電流的微觀表達式。：推導電流的微觀表達式。返回返回課堂互動講練課堂互動講練對電流的理解和計算對電流的理解和計算 如果導線中的電流為如果導線中的電流為1 mA，那么，那么1 s內通過內通過導體橫截面的自由電子數(shù)是多少？若導體橫截面的自由電子數(shù)是多少？若“220 V60 W”的白熾燈正常發(fā)光時的

26、電流為的白熾燈正常發(fā)光時的電流為273 mA，則，則20 s 內通過燈絲的橫截面的電子數(shù)目是多少個？內通過燈絲的橫截面的電子數(shù)目是多少個？【思路點撥思路點撥】根據(jù)公式根據(jù)公式qIt計算，注意單位的計算，注意單位的統(tǒng)一，記住每個電子所帶電荷量統(tǒng)一，記住每個電子所帶電荷量e1.61019 C.返回返回返回返回【答案答案】6.251015個個3.41019個個【借題發(fā)揮借題發(fā)揮】(1)金屬導體中導電的是自由電子，金屬導體中導電的是自由電子，自由電子所帶電荷量自由電子所帶電荷量e1.61019 C.(2)當自由電子定向移動通過導體橫截面時，若通當自由電子定向移動通過導體橫截面時，若通過的自由電子個數(shù)為

27、過的自由電子個數(shù)為 n，則，則 qItne.變式訓練變式訓練1一硫酸銅電解槽的橫截面積為一硫酸銅電解槽的橫截面積為2 m2，在在0.04 s 內若相向通過同一橫截面的銅離子和硫內若相向通過同一橫截面的銅離子和硫酸根離子分別為酸根離子分別為5.625 1018個和個和4.7351018個，個，則電解槽中的電流是多大？方向如何？則電解槽中的電流是多大？方向如何？返回返回答案答案：83 A方向與銅離子定向移動的方向相同方向與銅離子定向移動的方向相同返回返回 半徑為半徑為 R R 的橡膠圓環(huán)均勻帶正電，總電荷的橡膠圓環(huán)均勻帶正電，總電荷量為量為Q，現(xiàn)使圓環(huán)繞垂直環(huán)所在平面且通過圓心，現(xiàn)使圓環(huán)繞垂直環(huán)所在平面且通過圓心的軸以角速率的軸以角速率沿逆時針勻速轉動，則由環(huán)產生沿逆時針勻速轉動，則由環(huán)產生的等效電流方向沿什么方向？電流多大？的等效電流方向沿什么方向？電流多大？【思路點撥思路點撥】不管是否真的形成電流，假想成不管是否真的形成電流，假想成形成電流然后依據(jù)電流的定義