電源和電流(選修3-1)解析

電源和電流(選修3-1)解析第一頁，共44頁。

雷鳴電閃時,強大的電流使天空發(fā)出耀眼的閃光,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,這是為什么?第二頁，共44頁。問題1：產(chǎn)生電流的條件是什么？-BA-A++++++++_B_______（1）存在自由電荷金屬導體——自由電子電解液——正、負離子（2）導體兩端存在電壓當導體兩端存在電壓時，導體內(nèi)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，形成電流導體中自由電子的定向移動使兩個帶電體成為等勢體，達到靜電平衡，導線R中會產(chǎn)生一個瞬時電流。A、B之間有電勢差A、B電勢差為零第三頁，共44頁。問題2：導體中產(chǎn)生持續(xù)電流的條件是什么？AB連通器水勢A水勢B抽水機水流--P-+A+++++++___B_____--1.能把電子從A搬運到B的裝置P。2.作用:保持導體兩端的電勢差(電壓)，使電路有持續(xù)的電流。這個裝置就是電源。A、B就是電源的兩個極。正極負極P相當于抽水機第四頁，共44頁。問題3：電源的作用是什么？電源+-正極負極電源的作用：（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(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---+A+++++++___B_____P---2.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(zhuǎn)化為電能.1.通過非靜電力做功把電子從正極運到負極。第五頁，共44頁。--+A+++++++___B_____P假設在電源正、負極之間連一根導線，導線中的電場如何變化，最終又會達到哪個狀態(tài)？MNE0FFnFt問題4：當導體兩端有恒定的電勢差，導體內(nèi)建立了何種電場?MNE0E0E′

MNE導線內(nèi)很快形成沿導線方向的電場導體內(nèi)的電場線保持和導線平行導線內(nèi)的電場是由電源和導體中積累的電荷共同形成的。第六頁，共44頁。問題5：當導體兩端的電勢差恒定時，為什么導體中產(chǎn)生的電場是恒定的？此時導體中的電流為什么也是恒定的？盡管這些電荷也在運動，但有的流走了，另外的又來補充，所以電荷的分布是穩(wěn)定的，電場的分布也穩(wěn)定。由穩(wěn)定分布的電荷產(chǎn)生穩(wěn)定的電場稱為恒定電場。由于恒定電場的作用,導體中自由電荷定向運動的速率增加;而在運動過程中會與導體內(nèi)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，自由電荷定向運動的平均速率不隨時間變化。如果我們在這個電路中串聯(lián)一個電流表,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。第七頁，共44頁。恒定電場電場強度不變自由電荷頻繁交替進行加速和減速，平均速率不變串一個電流表,讀數(shù)不會變恒定電流

由穩(wěn)定分布的電荷產(chǎn)生穩(wěn)定的電場稱為恒定電場.問題6：怎樣理解恒定電場和恒定電流？第八頁，共44頁。問題7：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。2、度量方式：4、矢量標量：標量3、決定因素：1、引入目的：反映了電流的強弱程度。國際單位：安培（A）5、單位換算：6、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。在金屬導體中，電流方向與自由電荷（電子）的定向移動方向相反；在電解液中，電流方向與正離子定向移動方向相同，與負離子走向移動方向相反。導電時，是正負離子向相反方向定向移動形成電流，電量q表示通過截面的正、負離子電量絕對值之和。第九頁，共44頁。一段粗細均勻的導體長為l,兩端加一定的電壓，自由電荷定向移動的速率為v,設導體的橫截面積為s，導體每單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)為n，每個自由電荷量為q。問題8：探究電流的微觀表達式？設想在導體中取兩個橫截面B和C，則在時間t內(nèi)處于相距為vt的兩截面B、C間的所有自由電荷將通過截面C．BCSvvtqqqq導體中的電流與導體中單位體積內(nèi)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。第十頁，共44頁。問題9：知識應用舉例例題:有一條橫截面積S=1mm2的銅導線,通過的電流I=1A,已知銅的密度ρ=8.9×103kg/m3,銅的摩爾質(zhì)量M=6.4×10-2kg/mol,阿伏加德羅常數(shù)NA=6.02×1023mol-1,電子的電量e=-1.6×10-19C,求銅導線中自由電子定向移動的速率.可認為銅導線中平均每個銅原子貢獻一個自由電子。Svt第十一頁，共44頁。問題10：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了呢？閉合開關的瞬間，電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乎同時開始定向移動，整個電路也就幾乎同時產(chǎn)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(chǎn)生，而是燈絲內(nèi)部的自由電子的定向移動產(chǎn)生的。電子定向移動的速率約10-5m/s，電子熱運動的平均速率105m/s電場的傳播速率3×108m/s.第十二頁，共44頁。電流產(chǎn)生條件電源恒定電流（1）存在自由電荷（2）導體兩端存在電壓。產(chǎn)生持續(xù)電流提供持續(xù)電流壓（1）通過非靜電力把電子從正極搬運到負極；（2）把其它形式的能轉(zhuǎn)化為電能。產(chǎn)生恒定電場導體內(nèi)的電場線保持和導線平行產(chǎn)生一、電流（物理現(xiàn)象）問題11：總結(jié)本節(jié)課所學內(nèi)容。1、方向：規(guī)定正電荷定向運動的方向為電流方向2、大?。河秒娏鲝姸菼（簡稱電流）來描述。自由電荷頻繁交替進行加速和減速，平均速率不變第十三頁，共44頁。問題11：總結(jié)本節(jié)課所學內(nèi)容。二、電流2、度量方式：4、矢量標量：標量3、決定因素：1、引入目的：反映了電流的強弱程度。國際單位：安培（A）5、單位換算：6、測量方法：電流表等。（1）宏觀：只適用純電阻電路（不包含電源）（2）微觀：BCSvvt流體的柱形模型怎樣學好電流這個物理量？第十四頁，共44頁。1．1mA=__________A，

1μA=__________A。1×10-31×10-6課堂互動講練課堂互動講練題型一：對電流的理解第十五頁，共44頁。2．把

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移動的方向

。在電解質(zhì)溶液中，電流的方向與正離子定向移動的方向

，與負離子定向移動的方向

。相反正電荷定向移動的方向相反相同在電解液中，電流方向與正離子定向移動方向相同，與負離子走向移動方向相反。導電時，是正負離子向相反方向定向移動形成電流，電量q表示通過截面的正、負離子電量絕對值之和。第十六頁，共44頁。3、一電子沿一圓周順時針方向高速運動，周期為10-10s，則等效電流大小為

A，電流方向是

（填“順時針”或“逆時針”）1.6×10-9逆時針第十七頁，共44頁。4．關于電源的作用,下列說法正確的是()A.電源的作用是能為電路提供自由電子B.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D.電源的作用是使自由電荷定向移動起來BCD第十八頁，共44頁。5．下列敘述正確的是（）A．導體中電荷運動就形成電流B．電流的國際單位是安培C．因為電流強度有方向,所以電流強度是矢量D．導體中有電流通過時,導體內(nèi)部場強不為零BD第十九頁，共44頁。6．關于電流的方向,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方向B．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，所以電流有兩個方向C第二十頁，共44頁。7．關于電流的說法正確的是（）A．根據(jù)I=q/t可知，I與q成正比B．如果在任何相等時間內(nèi)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“安培”是國際單位制中的基本單位BCDm、kg、s、A、mol、K、cd第二十一頁，共44頁。8．以下對導體中的電場理解正確的是（）A．導體內(nèi)的電場在穩(wěn)定時是和導線平行的B．導體內(nèi)的電場由電源、導線等電路元件所積累的電荷共同形成C．導線中電場始終隨時間而變化D．導體內(nèi)的電場是一種動態(tài)的穩(wěn)定ABD第二十二頁，共44頁。1．通過一根金屬導線的電流為16mA．則10s內(nèi)通過這根導線橫截面的自由電子數(shù)為（）A．1.0×1017

B．1.0×1018

C．1.0×1019

D．1.0×1020解：n=It/e=16×10-3×10/1.6×10-19=1.0×1018B課堂互動講練題型二：對電流的計算第二十三頁，共44頁。2．在一次閃電中，持續(xù)時間為0.005s所形成的平均電流為6.0×104A，若閃電過程中產(chǎn)生的電荷以0.5A的電流通過電燈，試求可供電燈照明的時間。解：Q=I1t1=I2t2

，t2=I1t1/I2=600s第二十四頁，共44頁。3、如果導線中的電流為1mA，那么1s內(nèi)通過導體橫截面的自由電子數(shù)是多少？若“220V

60W”的白熾燈正常發(fā)光時的電流為273mA，則20s內(nèi)通過燈絲的橫截面的電子數(shù)目是多少個？【思路點撥】

根據(jù)公式q＝It計算，注意單位的統(tǒng)一，記住每個電子所帶電荷量e＝1.6×10－19C.第二十五頁，共44頁。第二十六頁，共44頁。4、一硫酸銅電解槽的橫截面積為2m2，在0.04s內(nèi)若相向通過同一橫截面的銅離子和硫酸根離子分別為5.625×1018個和4.735×1018個，則電解槽中的電流是多大？方向如何？思路點撥：導電時，是正負離子向相反方向定向移動形成電流，電量q表示通過截面的正、負離子電量絕對值之和。第二十七頁，共44頁。答案：83A方向與銅離子定向移動的方向相同第二十八頁，共44頁。1．有一橫截面積為S的銅導線，流經(jīng)其中的電流強度為I；設每單位體積的導線中有n個自由電子，電子的電量為e，此電子的定向移動速率為v，在Δt時間內(nèi)，通過導線橫截面的自由電子數(shù)可表示為（）A．nvSΔtB．nv·ΔtC．IΔt/eD．

IΔt

/eSACN=q/e=IΔt/e，又因為電流強度的微觀表達式為I=nev·S，N=q/e=IΔt/e=nevSΔt/e=nvSΔt則選項A正確。解：因為I=q/Δt，所以q=I·Δt則選項C正確。所以自由電子數(shù)目為自由電子數(shù)目為：課堂互動講練題型三：對電流的微觀表達式的應用第二十九頁，共44頁。2．金屬導體的密度是ρ，橫截面積是S，原子量是M，每摩爾這種金屬可提供N個自由電子，當該導體中的電流為I時，導體中自由電子的定向移動的速率是

。答：第三十頁，共44頁。3．銀導線的橫截面積S=4mm2，通以I=2A的電流，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，并計算結(jié)果。(已知銀的密度ρ=10.5×103kg/m3,摩爾質(zhì)量M=108g/mol，阿伏伽德羅常數(shù)NA=6.02×1023mol-1，計算結(jié)果取一位小數(shù))第三十一頁，共44頁。解：設長為l

的銀導線體積V＝Sl，故長為l的銀導線含有的銀原子數(shù)目，又每個銀原子可以提供一個自由電子，那么銀導線每單位長度的自由電子數(shù)n=N/l，故與電流I無關。代入數(shù)據(jù)第三十二頁，共44頁。4、(2011年包集高二檢測)如圖2－1－2所示，將左邊的銅導線與右邊的鋁導線連接起來，已知鋁導線的橫截面積是銅導線橫截面積的兩倍，在銅導線上取一個截面

A，在鋁導線上取一個截面B，若在1秒內(nèi)垂直地通過它們的電子數(shù)相等，那么，通過這兩個截面的(

)A．電流相等B．電流不相等C．自由電子定向移動的速率相等D．自由電子定向移動的速率不相等圖2－1－2第三十三頁，共44頁。第三十四頁，共44頁。1、半徑為

R

的橡膠圓環(huán)均勻帶正電，總電荷量為Q，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ω沿逆時針勻速轉(zhuǎn)動，則由環(huán)產(chǎn)生的等效電流方向沿什么方向？電流多大？【思路點撥】

不管是否真的形成電流，假想成形成電流然后依據(jù)電流的定義式求得電流大小．課堂互動講練題型四：等效電流第三十五頁，共44頁。第三十六頁，共44頁。第三十七頁，共44頁。2、半徑為

R

的橡膠圓環(huán)均勻帶正電，總電荷量為Q，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度ω勻速轉(zhuǎn)動，則由環(huán)產(chǎn)生的等效電流應有(

)A．若ω不變而使電荷量Q變?yōu)樵瓉淼?倍，則電流也將變?yōu)樵瓉淼?倍B．若電荷量Q不變而使ω變?yōu)樵瓉淼?倍，則電流也將變?yōu)樵瓉淼?倍C．若使ω、Q不變，將橡膠環(huán)拉伸，使環(huán)半徑增大，電流將變大D．若使ω、Q不變，將橡膠環(huán)拉伸，使環(huán)半徑增大