高中物理電源和電流

1、1 1 電源和電流電源和電流第二章第二章 恒定電流恒定電流 1.1.了解電源的形成過程，明確電源在直流電路中的作用了解電源的形成過程，明確電源在直流電路中的作用. .2.2.理解導線中恒定電場的建立，掌握恒定電場和恒定電流理解導線中恒定電場的建立，掌握恒定電場和恒定電流的形成過程的形成過程. .3.3.知道描述電流強弱程度的物理量知道描述電流強弱程度的物理量電流電流. . 雷鳴電閃時雷鳴電閃時, ,強大的電流使天空發(fā)出耀眼強大的電流使天空發(fā)出耀眼的閃光的閃光, ,但它只能存在于一瞬間但它只能存在于一瞬間, ,而手電筒中而手電筒中的小燈泡卻能持續(xù)發(fā)光的小燈泡卻能持續(xù)發(fā)光, ,這是為什么這是為什么

2、? ?B BA A-A A+_B B_等勢體等勢體用導線用導線R R連接兩個分別帶正負電荷的導體，導線中有沒有電連接兩個分別帶正負電荷的導體，導線中有沒有電流通過？為什么？如果有，這個電流能持續(xù)下去嗎？流通過？為什么？如果有，這個電流能持續(xù)下去嗎？導體中自由電子的定向移動使導體中自由電子的定向移動使兩個帶電體成為等勢體，達到兩個帶電體成為等勢體，達到靜電平衡，導線靜電平衡，導線R R中會產(chǎn)生一中會產(chǎn)生一個個瞬時瞬時電流。電流。A A得到電子，得到電子，B B失去電子，失去電子，周圍電場迅速減弱周圍電場迅速減弱. .AB水池抽水機抽水機如圖，水池如圖，水池A A、B B的水面有一定的高度差，若的

3、水面有一定的高度差，若A A、B B之間用之間用一個細管連起來，則水在重力的作用下從水池一個細管連起來，則水在重力的作用下從水池A A到水池到水池B B做定向移動，做定向移動，A A、B B之間的高度差很快消失，在這種情況之間的高度差很快消失，在這種情況下，水管中只可能有一個瞬間的水流下，水管中只可能有一個瞬間的水流. .怎樣才能使水管中有源源不斷的水流呢？怎樣才能使水管中有源源不斷的水流呢？水池水池A A中的水量要及時補充才行?？芍械乃恳皶r補充才行?？蓪 B中的水及時抽到中的水及時抽到A A中，保持水池中，保持水池A A、B B的水面有一定的的水面有一定的高度差。高度差。B BA A

4、-A A+_B B_如果在如果在A A、B B之間接上一個裝置之間接上一個裝置P P，它能把經(jīng)過導線，它能把經(jīng)過導線R R流到流到A A的電的電子取走，補充給子取走，補充給B B，使，使A A、B B始終保持一定數(shù)量的正、負電荷，始終保持一定數(shù)量的正、負電荷，情況會怎樣呢？情況會怎樣呢？-+A A+_B B_P P-導體中自由電子的定向?qū)w中自由電子的定向移動使兩個帶電體成為移動使兩個帶電體成為等勢體，達到靜電平衡，等勢體，達到靜電平衡，導線導線R R 中會產(chǎn)生一個瞬中會產(chǎn)生一個瞬時電流時電流能保持能保持導體兩端的電導體兩端的電勢差勢差( (電壓電壓),),使電路使電路有有持續(xù)持續(xù)的電流。的電

5、流。RRR-+A+_B_P-一、電源一、電源1.1.能把自由電子從能把自由電子從正極正極搬運到搬運到負極負極的裝置的裝置. .2.2.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)的的電流電流. .二、恒定電場二、恒定電場 導線內(nèi)的電場，是由電源、導線等電路元件所積累的導線內(nèi)的電場，是由電源、導線等電路元件所積累的電荷共同形成的電荷共同形成的.盡管這些電荷也在運動，但盡管這些電荷也在運動，但有的流走了，有的流走了，另外的又來補充另外的又來補充，所以電荷的分布是穩(wěn)定的，電場的分布，所以電荷的分布是穩(wěn)定的，電場的分布也是穩(wěn)定的也是穩(wěn)定的. 由穩(wěn)

6、定分布的電荷所產(chǎn)生的穩(wěn)定的電場，稱為由穩(wěn)定分布的電荷所產(chǎn)生的穩(wěn)定的電場，稱為恒定電場恒定電場。恒定電場恒定電場電場強度不變電場強度不變自由電子在各個位置的定向運動自由電子在各個位置的定向運動速率速率也不變也不變串聯(lián)一個電流表串聯(lián)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三、恒定電流三、恒定電流1.1.大小、方向都不隨時間變化的電流稱為大小、方向都不隨時間變化的電流稱為恒定電流恒定電流。2.2.電流電流(I)(I)：表示電流的強弱程度。：表示電流的強弱程度。 定義：定義：通過導體橫截面的電荷量通過導體橫截面的電荷量q q跟通過這些電荷量所跟通過這些電荷量所用時間用時間t t的比值叫做電

7、流。的比值叫做電流。 公式：公式： 單位單位: :國際單位國際單位 安培安培(A) 1 A=1 C/s(A) 1 A=1 C/s 常用單位：毫安（常用單位：毫安（mAmA）、微安（）、微安（AA） 方向：方向：正電荷定向移動的方向正電荷定向移動的方向 qIt（1 1）適用于）適用于任何電荷任何電荷定向移動形成的電流；定向移動形成的電流；（2 2）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）的定向的定向移動的方向移動的方向相反相反；（3 3）在）在電解液中電解液中，電流方向與正離子定向移動的，電流方向與正離子定向移動的方向方向相同，相同，與與負離子負離子定向

8、移動的方向定向移動的方向相反相反。導電時，是正、負離子向。導電時，是正、負離子向相反方向定向移動形成電流，相反方向定向移動形成電流，電荷量電荷量q q表示通過橫截面的表示通過橫截面的正、負離子正、負離子電荷量絕對值之和電荷量絕對值之和。注意：注意：vtvsv【例【例1 1】有一條橫截面積】有一條橫截面積S=1 mmS=1 mm2 2的銅導線的銅導線, ,通過的電流通過的電流I=1 A,I=1 A,已知銅的密度已知銅的密度=8.9=8.910103 3 kg/mkg/m3 3, ,銅的摩爾質(zhì)量銅的摩爾質(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

9、常數(shù)N NA A=6.02=6.02101023 23 molmol-1-1, ,電子的電電子的電量量e=-1.6e=-1.61010-19 -19 C,C,求銅導線中自由電子定向移動的速率求銅導線中自由電子定向移動的速率. .可可認為銅導線中平均每個銅原子貢獻一個自由電子認為銅導線中平均每個銅原子貢獻一個自由電子. .AIMv =NeS57.5 10 /m s【解析【解析】設自由電子在導線內(nèi)定向移動的速率是設自由電子在導線內(nèi)定向移動的速率是v.v.取一段導取一段導線（如圖），自由電子從它的左端定向移動到右端的時間為線（如圖），自由電子從它的左端定向移動到右端的時間為t t，則這段導線的長度為

10、，則這段導線的長度為vtvt，體積為，體積為vtSvtS，質(zhì)量為，質(zhì)量為vtSvtS，則，則這段導線中的原子數(shù)為這段導線中的原子數(shù)為則這段導線中的自由電子數(shù)也為則這段導線中的自由電子數(shù)也為n n，t t時間內(nèi)通過導體橫截面的電荷量是時間內(nèi)通過導體橫截面的電荷量是SA v tq = n e =NeMAvtSnNM把這個式子代入把這個式子代入I Iq/tq/t, ,得得SAv N eI =M解得解得vtvtv vv v 如果認為電子的定向移動速率就是電流的傳導速率，如果認為電子的定向移動速率就是電流的傳導速率，這和我們的生活經(jīng)驗是否相符？怎樣解釋？這和我們的生活經(jīng)驗是否相符？怎樣解釋？ 電子定向移

11、動的速率約為電子定向移動的速率約為1010-5 -5 m/sm/s， 電子熱運動的平均速率為電子熱運動的平均速率為10105 5 m/sm/s， 電場的傳播速率為電場的傳播速率為3 310108 8 m/sm/s. .1.1.在金屬導體中，若在金屬導體中，若10 s10 s內(nèi)通過橫截面的電荷量為內(nèi)通過橫截面的電荷量為10 C10 C，則，則導體中的電流為導體中的電流為_；2.2.某電解槽橫截面積為某電解槽橫截面積為0.5 m0.5 m2 2，若，若10 s10 s內(nèi)沿相反方向通內(nèi)沿相反方向通過橫截面的正負離子的電量均為過橫截面的正負離子的電量均為10 C10 C，則電解液中的電流，則電解液中的

12、電流為為_1 A1 A2 A2 A2.2.關(guān)于電流的方向，下列敘述中正確的是（關(guān)于電流的方向，下列敘述中正確的是（ ）A A金屬導體中電流的方向就是自由電子定向移動的方向金屬導體中電流的方向就是自由電子定向移動的方向B B在電解質(zhì)溶液中有自由移動的正離子和負離子，電流方向在電解質(zhì)溶液中有自由移動的正離子和負離子，電流方向不能確定不能確定C C不論何種導體，電流的方向規(guī)定為正電荷定向移動的方向不論何種導體，電流的方向規(guī)定為正電荷定向移動的方向D D電流的方向有時與正電荷定向移動的方向相同，有時與負電流的方向有時與正電荷定向移動的方向相同，有時與負電荷定向移動的方向相同電荷定向移動的方向相同C C

13、3 3關(guān)于電流，下列說法中正確的是（關(guān)于電流，下列說法中正確的是（ ）A A通過導線橫截面的電荷量越多，電流越大通過導線橫截面的電荷量越多，電流越大B B電子運動的速率越大，電流越大電子運動的速率越大，電流越大C C單位時間內(nèi)通過導體橫截面的電荷量越多，導體中的電單位時間內(nèi)通過導體橫截面的電荷量越多，導體中的電流越大流越大D D因為電流有方向，所以電流是矢量因為電流有方向，所以電流是矢量C C4 4對于有恒定電流通過的導體，下列說法中正確的是對于有恒定電流通過的導體，下列說法中正確的是 （ ） A A導體內(nèi)部的電場強度為零導體內(nèi)部的電場強度為零 B B導體是個等勢體導體是個等勢體C C導體兩端

14、有恒定的電壓存在導體兩端有恒定的電壓存在 D D通過導體某個橫截面的電荷量在任何相等的時間內(nèi)都相通過導體某個橫截面的電荷量在任何相等的時間內(nèi)都相等等CDCD6.6.某電解質(zhì)溶液，如果在某電解質(zhì)溶液，如果在1 s1 s內(nèi)共有內(nèi)共有5.05.0101018 18 個二價正離子個二價正離子和和1.01.0101019 19 個一價負離子通過某橫截面，那么通過電解質(zhì)個一價負離子通過某橫截面，那么通過電解質(zhì)溶液的電流強度是多大？溶液的電流強度是多大？解析：解析：設在設在t t=1 s=1 s內(nèi)，通過某橫截面的二價正離子數(shù)為內(nèi)，通過某橫截面的二價正離子數(shù)為n n1 1，一價負離子數(shù)為，一價負離子數(shù)為n n2 2，元電荷的電荷量為，元電荷的電荷量為e e，則，則t t 時時間內(nèi)通過該橫截面的電荷量為間內(nèi)通過該橫截面的電荷量為q=q=（2n2n1 1+n+n2 2）e e電流強度為電流強度為I I=q/t=q/t=1.6=1.61010-19-192 2101019 19 A=3.2 AA=3.2 A1.1.形成電流的條件：形成電流的條件： （1 1）存在自由電荷（）存在自由電荷（2 2）導體兩端存在電壓）導