21電源和電流

1、高中物理 選修31 1 1電源和電流電源和電流高中物理 選修31 雷鳴電閃時雷鳴電閃時, ,強(qiáng)大的電流使天空發(fā)強(qiáng)大的電流使天空發(fā)出耀眼的閃光出耀眼的閃光, ,但它只能存在于一瞬間但它只能存在于一瞬間, ,而手電筒中的小燈泡卻能持續(xù)發(fā)光而手電筒中的小燈泡卻能持續(xù)發(fā)光, ,這這是為什么是為什么? ?高中物理 選修31-BA-A+_B_等勢體等勢體導(dǎo)體中自由電子的定向移動使兩個帶電體成為等導(dǎo)體中自由電子的定向移動使兩個帶電體成為等勢體勢體, ,達(dá)到靜電平衡，在這個過程中，導(dǎo)線達(dá)到靜電平衡，在這個過程中，導(dǎo)線R R中會中會產(chǎn)生一個產(chǎn)生一個瞬時電流瞬時電流。一、電源一、電源1、電流的形成、電流的形成：電

2、荷的定向移動形成電流：電荷的定向移動形成電流如何產(chǎn)生持續(xù)電流？如何產(chǎn)生持續(xù)電流？高中物理 選修31-+A A+_B B_P P-2 2、電源、電源（1 1）能把自由電子從正極搬到負(fù)極的裝置）能把自由電子從正極搬到負(fù)極的裝置. .（2 2）作用）作用: :保持保持導(dǎo)體兩端的電勢差導(dǎo)體兩端的電勢差( (電壓電壓),), 使電路有持續(xù)的電流使電路有持續(xù)的電流. .AB水池抽水機(jī)抽水機(jī)瞬時電壓產(chǎn)生瞬時電流，持續(xù)電壓產(chǎn)生持續(xù)電流。瞬時電壓產(chǎn)生瞬時電流，持續(xù)電壓產(chǎn)生持續(xù)電流。高中物理 選修31導(dǎo)體中產(chǎn)生電流的導(dǎo)體中產(chǎn)生電流的條件條件: : 內(nèi)部條件：有自由電荷；內(nèi)部條件：有自由電荷； 外部條件：外部條件：

3、導(dǎo)體導(dǎo)體兩端存在電勢差（電壓）兩端存在電勢差（電壓）有電壓有電壓 瞬時電壓產(chǎn)生瞬時電流，持續(xù)電壓產(chǎn)生持續(xù)電流。瞬時電壓產(chǎn)生瞬時電流，持續(xù)電壓產(chǎn)生持續(xù)電流。 當(dāng)導(dǎo)體兩端存在電壓時，導(dǎo)體內(nèi)建立了電場，導(dǎo)當(dāng)導(dǎo)體兩端存在電壓時，導(dǎo)體內(nèi)建立了電場，導(dǎo)體中的自由電荷在體中的自由電荷在電場力電場力的作用下發(fā)生定向移動，的作用下發(fā)生定向移動，形成電流形成電流 電源的作用是電源的作用是保持保持導(dǎo)體兩端的電壓，使導(dǎo)體中有導(dǎo)體兩端的電壓，使導(dǎo)體中有持續(xù)的電流持續(xù)的電流小結(jié)小結(jié)高中物理 選修31-+A+_B_P假設(shè)在電源正、負(fù)假設(shè)在電源正、負(fù)極之間連一根導(dǎo)線極之間連一根導(dǎo)線MNE0FFnFt自由電子為什自由電子為什么

4、會在導(dǎo)線中么會在導(dǎo)線中定向移動？定向移動？二、恒定電流二、恒定電流高中物理 選修31假設(shè)在電源正、負(fù)假設(shè)在電源正、負(fù)極之間連一根導(dǎo)線極之間連一根導(dǎo)線MNE0FFnFtMNE0E0E MNE導(dǎo)線內(nèi)導(dǎo)線內(nèi)很快形很快形成沿導(dǎo)成沿導(dǎo)線方向線方向的電場的電場導(dǎo)線內(nèi)的電場線保持和導(dǎo)線平行導(dǎo)線內(nèi)的電場線保持和導(dǎo)線平行高中物理 選修31 導(dǎo)線內(nèi)的電場，是由導(dǎo)線內(nèi)的電場，是由電源、導(dǎo)線等電路電源、導(dǎo)線等電路元件所積累的電荷共同形成的。元件所積累的電荷共同形成的。盡管這些電盡管這些電荷也在運動，但有的流走了，另外的又來補(bǔ)荷也在運動，但有的流走了，另外的又來補(bǔ)充，所以電荷的充，所以電荷的分布是穩(wěn)定分布是穩(wěn)定的，電場

5、的分布的，電場的分布也穩(wěn)定。由穩(wěn)定分布的電荷產(chǎn)生穩(wěn)定的電場也穩(wěn)定。由穩(wěn)定分布的電荷產(chǎn)生穩(wěn)定的電場稱為恒定電場稱為恒定電場. .1、恒定電場、恒定電場 在恒定電場中，任何位置的電荷分布在恒定電場中，任何位置的電荷分布和電場強(qiáng)度都不隨時間變化，所以它的基和電場強(qiáng)度都不隨時間變化，所以它的基本性質(zhì)與靜電場相同。在靜電場中所講的本性質(zhì)與靜電場相同。在靜電場中所講的電勢電勢、電勢差及其與電場強(qiáng)度的關(guān)系電勢差及其與電場強(qiáng)度的關(guān)系等，等，在恒定電場中同樣適用。在恒定電場中同樣適用。高中物理 選修31恒定電場恒定電場電場強(qiáng)度不變電場強(qiáng)度不變自由電子在各個位置的定向運動平均速率也不變自由電子在各個位置的定向運動

6、平均速率也不變串一個電流表串一個電流表, ,讀數(shù)不會變讀數(shù)不會變( (恒定電流恒定電流) )2、恒定電流：大小和方向都不隨時間變化的電流、恒定電流：大小和方向都不隨時間變化的電流高中物理 選修31tqI 3、電流：電流：（1） 定義：定義：物理上把通過導(dǎo)體橫截面的電荷物理上把通過導(dǎo)體橫截面的電荷量量q跟通過這些電荷量所用的時間跟通過這些電荷量所用的時間t的比值，稱的比值，稱為電流為電流 ，用用“I”表示表示 （2） 定義式：定義式： （4） 方向：正電荷定向移動的方向方向：正電荷定向移動的方向 金屬導(dǎo)體中電流的方向與自由電子定金屬導(dǎo)體中電流的方向與自由電子定向移動的方向相反。向移動的方向相反。

7、 （3） 單位：安培單位：安培 A 其他單位其他單位 mA ，A高中物理 選修31例例1 某電解池，如果在某電解池，如果在1s中內(nèi)共有中內(nèi)共有5.01018個二個二 價正離子和價正離子和1.01019個一價負(fù)離子通過某橫截個一價負(fù)離子通過某橫截面，那么通過這個橫截面的電流強(qiáng)度是多大？面，那么通過這個橫截面的電流強(qiáng)度是多大？答案：答案：3.2A（1）電流為標(biāo)量電流為標(biāo)量，電流雖有方向但是標(biāo)量，電流雖有方向但是標(biāo)量（2）電解液中正負(fù)離子定向移動的方向雖然相）電解液中正負(fù)離子定向移動的方向雖然相反，但正、負(fù)離子定向移動反，但正、負(fù)離子定向移動形成的電流方向是形成的電流方向是相同相同的，所以公式中的的

8、，所以公式中的q應(yīng)為正電荷總電荷量和應(yīng)為正電荷總電荷量和負(fù)電荷總電荷量的負(fù)電荷總電荷量的絕對值之和絕對值之和。 高中物理 選修31vtvsv例例2.2.有一條橫截面積有一條橫截面積S=1mmS=1mm2 2 的銅導(dǎo)線，通過的電流的銅導(dǎo)線，通過的電流I=1A .I=1A .已知銅的密度已知銅的密度=8.9=8.910103 3 kg/m kg/m3 3 ，銅的摩爾，銅的摩爾質(zhì)量質(zhì)量M=6.4M=6.41010-2 -2 kg/mol kg/mol，阿伏加德羅常數(shù)，阿伏加德羅常數(shù)N NA A=6.02=6.0210102323molmol-1-1，電子的電量，電子的電量e=-1.6 e=-1.6

9、10 10 -19-19 C C 。在這個問題中可以認(rèn)為導(dǎo)線中每個銅原子貢獻(xiàn)一。在這個問題中可以認(rèn)為導(dǎo)線中每個銅原子貢獻(xiàn)一個自由電子。求個自由電子。求: :銅導(dǎo)線中自由電子定向移動的速率。銅導(dǎo)線中自由電子定向移動的速率。AIMvSN e57.5 10/m s答案：高中物理 選修31思考題思考題 如果認(rèn)為電子的定向移動速率為如果認(rèn)為電子的定向移動速率為v=7.5v=7.51010-5-5m/s,m/s,自由電子通過自由電子通過1m1m長的導(dǎo)長的導(dǎo)線需要線需要3 3個多小時！這與我們平時開關(guān)個多小時！這與我們平時開關(guān)電燈的生活經(jīng)驗似乎不符。怎樣解釋？電燈的生活經(jīng)驗似乎不符。怎樣解釋？高中物理 選修

10、31 三種速度的區(qū)別三種速度的區(qū)別（1）電流的傳導(dǎo)速率等于光速，電路一接通，導(dǎo)體中）電流的傳導(dǎo)速率等于光速，電路一接通，導(dǎo)體中所有的自由電子立即受到電場力作用而定向移動形成所有的自由電子立即受到電場力作用而定向移動形成電流。（對整體而言）電流。（對整體而言）（2）電子定向移動速率，其大小與電流有關(guān)，）電子定向移動速率，其大小與電流有關(guān)， 約約為為10-5m/s的數(shù)量級。的數(shù)量級。（3）電子熱運動速率，任何微觀粒子都做無規(guī)則運）電子熱運動速率，任何微觀粒子都做無規(guī)則運動，約為每秒動，約為每秒105m/s。高中物理 選修31三、電流的微觀表達(dá)式 一段粗細(xì)均勻的導(dǎo)體長為一段粗細(xì)均勻的導(dǎo)體長為l,兩端

11、加一定的電壓，兩端加一定的電壓，自由電荷定向移動的速率為自由電荷定向移動的速率為v,設(shè)導(dǎo)體的橫截面積為設(shè)導(dǎo)體的橫截面積為s，導(dǎo)體每單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)為導(dǎo)體每單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)為n，每個自由電，每個自由電荷量為荷量為q。試推導(dǎo)這段導(dǎo)體中的電流。試推導(dǎo)這段導(dǎo)體中的電流I的表達(dá)式。的表達(dá)式。-AB總電量總電量電荷總數(shù)電荷總數(shù)nqSvnlSql/vNqtQIl/v高中物理 選修311、形成電流的條件：導(dǎo)體兩端存在電壓、形成電流的條件：導(dǎo)體兩端存在電壓2、電源的作用：提供持續(xù)的電壓、電源的作用：提供持續(xù)的電壓3、導(dǎo)線中的電場、導(dǎo)線中的電場:導(dǎo)線內(nèi)的電場線保持和導(dǎo)線平行導(dǎo)線內(nèi)的電場線保持和導(dǎo)線平行

12、. (恒定電場恒定電場)4、恒定電流、恒定電流:大小方向都不隨時間變化的電流大小方向都不隨時間變化的電流.5、電流、電流:表示電流的強(qiáng)弱程度的物理量表示電流的強(qiáng)弱程度的物理量. （1）定義式）定義式 I=q / t （2）金屬導(dǎo)體中電流的計算式）金屬導(dǎo)體中電流的計算式小結(jié)小結(jié)nqsvI n n 為單位體積內(nèi)自由電荷數(shù)目，為單位體積內(nèi)自由電荷數(shù)目，S S 為導(dǎo)體橫截面積，為導(dǎo)體橫截面積，v v為電荷定向移動速率為電荷定向移動速率,q,q為每個自由電荷的電量為每個自由電荷的電量高中物理 選修31再見！再見！高中物理 選修31-BA-A+_B_等勢體等勢體導(dǎo)體中產(chǎn)生電流的導(dǎo)體中產(chǎn)生電流的條件條件:

13、:導(dǎo)體兩端存在電勢差導(dǎo)體兩端存在電勢差A(yù)B水池導(dǎo)體中自由電子的定向移導(dǎo)體中自由電子的定向移動使兩個帶電體成為等勢動使兩個帶電體成為等勢體體, ,達(dá)到靜電平衡，導(dǎo)線達(dá)到靜電平衡，導(dǎo)線R R中會產(chǎn)生一個瞬時電流中會產(chǎn)生一個瞬時電流抽水機(jī)抽水機(jī)高中物理 選修31-BA-A+_B_等勢體等勢體AB水池導(dǎo)體中自由電子的定向移導(dǎo)體中自由電子的定向移動使兩個帶電體成為等勢動使兩個帶電體成為等勢體體, ,達(dá)到靜電平衡，導(dǎo)線達(dá)到靜電平衡，導(dǎo)線R R中會產(chǎn)生一個瞬時電流中會產(chǎn)生一個瞬時電流抽水機(jī)抽水機(jī)高中物理 選修31一、電源一、電源導(dǎo)體中的自由電荷在電場力的作用下發(fā)導(dǎo)體中的自由電荷在電場力的作用下發(fā)生定向移動形

14、成電流生定向移動形成電流. (瞬時電流瞬時電流) 1、電流的形成、電流的形成高中物理 選修312 2、持續(xù)電流的形成、持續(xù)電流的形成倘若在倘若在A,BA,B之間連接一個裝置之間連接一個裝置P,P,作用是不斷地作用是不斷地把電子從把電子從A A搬運到搬運到B B，使，使ABAB之間始終存在一定的之間始終存在一定的電場，從而保持持續(xù)電流。電場，從而保持持續(xù)電流。裝置P電源高中物理 選修31 我們在上一章中曾經(jīng)得出結(jié)論我們在上一章中曾經(jīng)得出結(jié)論: :在靜電平衡時在靜電平衡時, ,導(dǎo)體內(nèi)部的場強(qiáng)為零導(dǎo)體內(nèi)部的場強(qiáng)為零, ,導(dǎo)體上任意兩點之間的電勢差為零導(dǎo)體上任意兩點之間的電勢差為零( (等勢體等勢體)

15、.).這與我們現(xiàn)在的說法有矛這與我們現(xiàn)在的說法有矛盾嗎盾嗎? ?為什么為什么? ?思考題思考題電子定向移動的速度與電場強(qiáng)度有關(guān)，電場強(qiáng)度與電壓有關(guān)！電子定向移動的速度與電場強(qiáng)度有關(guān)，電場強(qiáng)度與電壓有關(guān)！如果增加電流是通過增加電壓實現(xiàn)的，那么電子速度會增加。如果增加電流是通過增加電壓實現(xiàn)的，那么電子速度會增加。 高中物理 選修31恒定電場恒定電場電場強(qiáng)度不變電場強(qiáng)度不變自由電子在各個位置的定向運動速率也不變自由電子在各個位置的定向運動速率也不變串一個電流表串一個電流表, ,讀數(shù)不會變讀數(shù)不會變( (恒定電流恒定電流) )高中物理 選修31例例1 某電解池，如果在某電解池，如果在1s中內(nèi)共有中內(nèi)共有5.01018個二個二 價正離子和價正離子和1.01019個一價負(fù)離子通過某橫截個一價負(fù)離子通過某橫截面，那么通過這個橫截面的電流強(qiáng)度是多大？面，那么通過這個橫截面的電流強(qiáng)度是多大？答案：答案：3.2A（1）電流為標(biāo)量電流為標(biāo)量，電流雖有方向但是標(biāo)量，電流雖有方向但是標(biāo)量（2）電解液中正負(fù)離子定向移動方向雖然相反，）電解液中正負(fù)離子定向移動方向雖然相反，但正、負(fù)離子定向移動但正