第一節(jié) 電源和電流

1、第二章恒定電流第二章恒定電流 雷鳴電閃時(shí)雷鳴電閃時(shí), ,強(qiáng)大的電流使天強(qiáng)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(wèn)題問(wèn)題1 1：產(chǎn)生電流的條件是什么？：產(chǎn)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(dǎo)體金屬導(dǎo)體自由電子自由電子電電 解解 液液正、負(fù)離子正、負(fù)離子（2 2）導(dǎo)體兩端存在）導(dǎo)體兩端存在電壓電壓A、B之間之間有電勢(shì)差有電勢(shì)差A(yù)、B之間之間電勢(shì)差為零電勢(shì)差為零 當(dāng)導(dǎo)體兩端存在電壓時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)建立了電場(chǎng)，導(dǎo)體中

2、的自由當(dāng)導(dǎo)體兩端存在電壓時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)建立了電場(chǎng)，導(dǎo)體中的自由電荷在電場(chǎng)力的作用下發(fā)生定向移動(dòng)，形成電流。電荷在電場(chǎng)力的作用下發(fā)生定向移動(dòng)，形成電流。問(wèn)題問(wèn)題2 2：導(dǎo)體導(dǎo)體中產(chǎn)生中產(chǎn)生持續(xù)持續(xù)電流的條件是什么？電流的條件是什么？AB連通器連通器水勢(shì)水勢(shì)A水勢(shì)水勢(shì)B抽水機(jī)抽水機(jī)水流-P-+A+_B_-1.1. 能把電子從能把電子從A A搬運(yùn)到搬運(yùn)到B B的裝置。的裝置。2.2.作用作用: :保持保持導(dǎo)體兩端的電勢(shì)差導(dǎo)體兩端的電勢(shì)差( (電壓電壓) )，使電路，使電路有有持續(xù)持續(xù)的電流。的電流。這個(gè)裝置就是電源，這個(gè)裝置就是電源，A A、B B就是電源的兩個(gè)極。就是電源的兩個(gè)極。正極負(fù)極電源相當(dāng)于電

3、源相當(dāng)于抽水機(jī)抽水機(jī)問(wèn)題問(wèn)題3 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(fù)極負(fù)極電源的作用：（1）從物理過(guò)程分析：就是通過(guò)非靜電力把電子從正極搬運(yùn)到負(fù)極，使電源兩極間保持一定的電勢(shì)差。使電路有持續(xù)的電流；（2）從能量轉(zhuǎn)化和守恒的角度就是電源把其它形式的能轉(zhuǎn)化為電能。F F-+A+_B_P-2.電場(chǎng)力做負(fù)功，電子的電勢(shì)能增加，通過(guò)電源電場(chǎng)力做負(fù)功，電子的電勢(shì)能增加，通過(guò)電源把其它形式的能轉(zhuǎn)化為電能把其它形式的能轉(zhuǎn)化為電能.1. 通過(guò)非靜電力把電子從正極運(yùn)到負(fù)極。通過(guò)非靜電力把電子從正極運(yùn)到負(fù)極。-+A+_B_P假設(shè)在電源正、負(fù)極之間連一假設(shè)在電源正、負(fù)極之間連一根導(dǎo)

4、線，導(dǎo)線中的電場(chǎng)如何變根導(dǎo)線，導(dǎo)線中的電場(chǎng)如何變化，最終又會(huì)達(dá)到哪個(gè)狀態(tài)？化，最終又會(huì)達(dá)到哪個(gè)狀態(tài)？MNE0FFnFt問(wèn)題問(wèn)題4 4：當(dāng)導(dǎo)體兩端有恒定：當(dāng)導(dǎo)體兩端有恒定的電勢(shì)差，導(dǎo)體內(nèi)建立了的電勢(shì)差，導(dǎo)體內(nèi)建立了何種電場(chǎng)何種電場(chǎng)? ?MNE0E0E MNE導(dǎo)線內(nèi)很快導(dǎo)線內(nèi)很快形成沿導(dǎo)線形成沿導(dǎo)線方向的電場(chǎng)方向的電場(chǎng)導(dǎo)體內(nèi)的電場(chǎng)線保持和導(dǎo)線導(dǎo)體內(nèi)的電場(chǎng)線保持和導(dǎo)線平行平行 導(dǎo)線內(nèi)的電導(dǎo)線內(nèi)的電場(chǎng)是由電源和導(dǎo)場(chǎng)是由電源和導(dǎo)體中積累的電荷體中積累的電荷共同形成的。共同形成的。問(wèn)題問(wèn)題5 5：當(dāng)導(dǎo)體兩端的電勢(shì)差恒定時(shí)，為什么導(dǎo)：當(dāng)導(dǎo)體兩端的電勢(shì)差恒定時(shí)，為什么導(dǎo)體中產(chǎn)生的電場(chǎng)是恒定的？此時(shí)導(dǎo)體中的電流

5、體中產(chǎn)生的電場(chǎng)是恒定的？此時(shí)導(dǎo)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(yùn)動(dòng)，但盡管這些電荷也在運(yùn)動(dòng)，但有的流走了，另外的有的流走了，另外的又來(lái)補(bǔ)充，又來(lái)補(bǔ)充，所以電荷的分布是穩(wěn)定的，電場(chǎng)的分布也所以電荷的分布是穩(wěn)定的，電場(chǎng)的分布也穩(wěn)定。穩(wěn)定。由由穩(wěn)定穩(wěn)定分布的電荷產(chǎn)生分布的電荷產(chǎn)生穩(wěn)定穩(wěn)定的電場(chǎng)稱為的電場(chǎng)稱為恒定電場(chǎng)恒定電場(chǎng)。由于恒定電場(chǎng)的作用由于恒定電場(chǎng)的作用, ,導(dǎo)體中自由電荷定向運(yùn)動(dòng)的速率導(dǎo)體中自由電荷定向運(yùn)動(dòng)的速率增加增加; ;而在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中會(huì)與導(dǎo)體內(nèi)不動(dòng)的粒子碰撞從而減速而在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中會(huì)與導(dǎo)體內(nèi)不動(dòng)的粒子碰撞從而減速, ,因此自由電荷頻繁地交替進(jìn)行加速和減速，因

6、此自由電荷頻繁地交替進(jìn)行加速和減速，自由電荷定向自由電荷定向運(yùn)動(dòng)的平均速率不隨時(shí)間變化。運(yùn)動(dòng)的平均速率不隨時(shí)間變化。如果我們?cè)谶@個(gè)電路中串如果我們?cè)谶@個(gè)電路中串聯(lián)一個(gè)電流表聯(lián)一個(gè)電流表, ,電流表的讀數(shù)保持恒定電流表的讀數(shù)保持恒定. .大小方向大小方向都不隨都不隨時(shí)間時(shí)間變化的電流稱為變化的電流稱為恒定電流恒定電流。恒定恒定電場(chǎng)電場(chǎng)電場(chǎng)強(qiáng)度電場(chǎng)強(qiáng)度不變不變自由電荷頻繁交替進(jìn)行加速和減速，平均自由電荷頻繁交替進(jìn)行加速和減速，平均速率速率不變不變串一個(gè)電流表串一個(gè)電流表, ,讀數(shù)讀數(shù)不會(huì)變不會(huì)變恒定恒定電流電流 由由穩(wěn)定分布的電荷產(chǎn)生的電荷產(chǎn)生穩(wěn)定的電場(chǎng)稱為的電場(chǎng)稱為恒定電場(chǎng)電場(chǎng). . 問(wèn)題問(wèn)題6

7、 6：怎樣理解恒定電場(chǎng)和恒定電流？：怎樣理解恒定電場(chǎng)和恒定電流？問(wèn)題問(wèn)題7 7：電流這個(gè)物理現(xiàn)象既有方向也有強(qiáng)弱。怎樣描述：電流這個(gè)物理現(xiàn)象既有方向也有強(qiáng)弱。怎樣描述電流的強(qiáng)弱程度？怎樣學(xué)好電流這個(gè)物理量。電流的強(qiáng)弱程度？怎樣學(xué)好電流這個(gè)物理量。2、度量方式：、度量方式：4、矢量標(biāo)量：標(biāo)量、矢量標(biāo)量：標(biāo)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(qiáng)弱程度。反映了電流的強(qiáng)弱程度。國(guó)際單位：安培國(guó)際單位：安培（A）tqI 1C/s1A 5、單位換算：、單位換算：A10mA10A1636、測(cè)量方法：電流表等。、測(cè)量方法：電流表等。？電流（物理現(xiàn)象）方向電流（物理現(xiàn)象）方向: :正

8、電荷定向移動(dòng)的方向。正電荷定向移動(dòng)的方向。在在金屬導(dǎo)體金屬導(dǎo)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(dòng)方向的定向移動(dòng)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(dòng)，電流方向與正離子定向移動(dòng)方向方向相同，與相同，與負(fù)離負(fù)離子子走向移動(dòng)方向走向移動(dòng)方向相反。相反。導(dǎo)電時(shí)，是正負(fù)離子向相反方向定導(dǎo)電時(shí)，是正負(fù)離子向相反方向定向移動(dòng)形成電流，向移動(dòng)形成電流，電量電量q q表示通過(guò)表示通過(guò)截面的正、負(fù)離子截面的正、負(fù)離子電量絕對(duì)值之和電量絕對(duì)值之和。問(wèn)題問(wèn)題8 8：探究電流的微觀表達(dá)式？：探究電流的微觀表達(dá)式？nqSvtvtSnqtQIBCSvvtqqqq流

9、體模型流體模型問(wèn)題問(wèn)題9 9：知識(shí)應(yīng)用舉例：知識(shí)應(yīng)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(dǎo)線的銅導(dǎo)線,通過(guò)的電流通過(guò)的電流I=1A,已知銅的密度已知銅的密度=8.9103kg/m3,銅的摩爾質(zhì)量銅的摩爾質(zhì)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(dǎo)線中自由電子定向移求銅導(dǎo)線中自由電子定向移動(dòng)的速率動(dòng)的速率.可認(rèn)為銅導(dǎo)線中平均每個(gè)銅原子貢獻(xiàn)一個(gè)自由可認(rèn)為銅導(dǎo)線中平均每個(gè)銅原子貢獻(xiàn)一個(gè)自由電子。電子。SvtMNMNnAAneSvI m/s105 .75AeSNMIv問(wèn)題問(wèn)題

10、1010：既然電子的定向運(yùn)動(dòng)速率很小，為：既然電子的定向運(yùn)動(dòng)速率很小，為什么閉合開(kāi)關(guān)時(shí)電路中的電燈立刻就亮呢？什么閉合開(kāi)關(guān)時(shí)電路中的電燈立刻就亮呢？ 閉合開(kāi)關(guān)的瞬間，電路中的各個(gè)位置迅速建立了閉合開(kāi)關(guān)的瞬間，電路中的各個(gè)位置迅速建立了恒定電場(chǎng)，在恒定電場(chǎng)的作用下，電路中各處的自由恒定電場(chǎng)，在恒定電場(chǎng)的作用下，電路中各處的自由電子幾乎同時(shí)開(kāi)始定向移動(dòng)，整個(gè)電路也就幾乎同時(shí)電子幾乎同時(shí)開(kāi)始定向移動(dòng)，整個(gè)電路也就幾乎同時(shí)產(chǎn)生了電流。產(chǎn)生了電流。 電路接通時(shí)電燈中的電流電路接通時(shí)電燈中的電流并不是電源中的自由電子流并不是電源中的自由電子流了過(guò)來(lái)產(chǎn)生，了過(guò)來(lái)產(chǎn)生，而是燈絲內(nèi)部的而是燈絲內(nèi)部的自由電子的定

11、向移動(dòng)產(chǎn)生自由電子的定向移動(dòng)產(chǎn)生的。的。電子定向移動(dòng)的速率約電子定向移動(dòng)的速率約1010-5-5m/sm/s，電子熱運(yùn)動(dòng)的平均速率電子熱運(yùn)動(dòng)的平均速率10105 5m/sm/s電場(chǎng)的傳播速率電場(chǎng)的傳播速率3 310108 8m/s.m/s.電流產(chǎn)生條件電流產(chǎn)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(dǎo)體兩端存在電壓。）導(dǎo)體兩端存在電壓。產(chǎn)生持續(xù)電流產(chǎn)生持續(xù)電流提供持續(xù)電壓提供持續(xù)電壓（1）通過(guò)非靜電力把電子從正極搬運(yùn)到通過(guò)非靜電力把電子從正極搬運(yùn)到負(fù)極；（負(fù)極；（2）把其它形式的能轉(zhuǎn)化為電能。）把其它形式的能轉(zhuǎn)化為電能。產(chǎn)生恒定電場(chǎng)產(chǎn)生恒定電場(chǎng)導(dǎo)體內(nèi)的電場(chǎng)線保持和導(dǎo)線平

12、行導(dǎo)體內(nèi)的電場(chǎng)線保持和導(dǎo)線平行產(chǎn)生產(chǎn)生一、電流（物理現(xiàn)象）一、電流（物理現(xiàn)象）總結(jié)總結(jié)1 1、方向：規(guī)定正電荷定向運(yùn)動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞣较?、方向：?guī)定正電荷定向運(yùn)動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞣较? 2、大?。河秒娏鲝?qiáng)度、大?。河秒娏鲝?qiáng)度I I（簡(jiǎn)稱電流）來(lái)描述。（簡(jiǎn)稱電流）來(lái)描述。自由電荷頻繁交替進(jìn)行加速和減速，平均自由電荷頻繁交替進(jìn)行加速和減速，平均速率速率不變二、電流二、電流2、度量方式：、度量方式：4、矢量標(biāo)量：標(biāo)量、矢量標(biāo)量：標(biāo)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(qiáng)弱程度。反映了電流的強(qiáng)弱程度。國(guó)際單位：安培國(guó)際單位：安培（A）tqI 1C/s1A 5、單位換算：、單位換算：

13、A10mA10A1636、測(cè)量方法：電流表等。、測(cè)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流體的柱形流體的柱形模型模型1、關(guān)于電源的作用關(guān)于電源的作用,下列說(shuō)法正確的是下列說(shuō)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路提供自由電子提供自由電子B.電源的作用是使導(dǎo)體中形成電場(chǎng)電源的作用是使導(dǎo)體中形成電場(chǎng)C.電源的作用是能夠保持導(dǎo)體兩端的電壓電源的作用是能夠保持導(dǎo)體兩端的電壓D.電源的作用是使自由電荷定向移動(dòng)起來(lái)電源的作用是使自由電荷定向移動(dòng)起來(lái)2、下列敘述正確的是下列敘

14、述正確的是 （ ）A導(dǎo)體中電荷運(yùn)動(dòng)就形成電流導(dǎo)體中電荷運(yùn)動(dòng)就形成電流B電流的國(guó)際單位是安培電流的國(guó)際單位是安培C因?yàn)殡娏鲝?qiáng)度有方向因?yàn)殡娏鲝?qiáng)度有方向,所以電流強(qiáng)度是矢量所以電流強(qiáng)度是矢量D導(dǎo)體中有電流通過(guò)時(shí)導(dǎo)體中有電流通過(guò)時(shí),導(dǎo)體內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)不為零導(dǎo)體內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)不為零3、關(guān)于電流的說(shuō)法正確的是關(guān)于電流的說(shuō)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(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面積的電如果在任何相等時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面積的電量相等，則導(dǎo)體中的電流是恒定電流量相等，則導(dǎo)體中的電流是恒定電流C電流強(qiáng)度的方向規(guī)定為正電荷定向移動(dòng)的方向電流強(qiáng)度的方向規(guī)定為正電荷定向移動(dòng)的方向D

15、電流強(qiáng)度的電流強(qiáng)度的單位單位“安培安培”是國(guó)際單位制中的基是國(guó)際單位制中的基本單位本單位4、以下對(duì)導(dǎo)體中的電場(chǎng)理解正確的是（、以下對(duì)導(dǎo)體中的電場(chǎng)理解正確的是（ ）A導(dǎo)體內(nèi)的電場(chǎng)在穩(wěn)定時(shí)是和導(dǎo)線平行的導(dǎo)體內(nèi)的電場(chǎng)在穩(wěn)定時(shí)是和導(dǎo)線平行的B導(dǎo)體內(nèi)的電場(chǎng)由電源、導(dǎo)線等電路元件所積導(dǎo)體內(nèi)的電場(chǎng)由電源、導(dǎo)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(dǎo)線中電場(chǎng)始終隨時(shí)間而變化導(dǎo)線中電場(chǎng)始終隨時(shí)間而變化D導(dǎo)體內(nèi)的電場(chǎng)是一種動(dòng)態(tài)的穩(wěn)定導(dǎo)體內(nèi)的電場(chǎng)是一種動(dòng)態(tài)的穩(wěn)定5、通過(guò)一根金屬導(dǎo)線的電流為通過(guò)一根金屬導(dǎo)線的電流為16mA則則10s內(nèi)內(nèi)通過(guò)這根導(dǎo)線橫截面的自由電子數(shù)為（通過(guò)這根導(dǎo)線橫截面的自由電子數(shù)為（ ）

16、A1.01017 B1.01018 C1.01019 D1.010206、有一橫截面積為有一橫截面積為S的銅導(dǎo)線，流經(jīng)其中的電流強(qiáng)度的銅導(dǎo)線，流經(jīng)其中的電流強(qiáng)度為為I；設(shè)每單位體積的導(dǎo)線中有；設(shè)每單位體積的導(dǎo)線中有n個(gè)自由電子，電子的個(gè)自由電子，電子的電量為電量為e，此電子的定向移動(dòng)速率為，此電子的定向移動(dòng)速率為v，在，在t時(shí)間內(nèi)，時(shí)間內(nèi)，通過(guò)導(dǎo)線橫截面的自由電子數(shù)可表示為通過(guò)導(dǎo)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=It7、 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 的勻速圓的勻速圓周運(yùn)動(dòng)，則其角速度周運(yùn)動(dòng)，則其角速度=_；電子繞核的；電子繞核的運(yùn)動(dòng)可等效為環(huán)形電流，則電子運(yùn)動(dòng)的等效電流運(yùn)動(dòng)可等效為環(huán)形電流，則電子運(yùn)動(dòng)的等效電流I=_。（已知電子的質(zhì)量為。（已知電子的質(zhì)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 rmrke2228、 在顯像管的電子槍中，從熾熱的金屬絲不斷在顯像管的電子槍