高中物理奧賽輔導(dǎo)參考資料之八

恒定(héngdìng)電場恒定電場恒定電場第八章steadyelectricfieldchapter8第一頁，共26頁。1本章(běnzhānɡ)內(nèi)容本章內(nèi)容Contentschapter8恒定電流與電動勢電流密度currentdensitysteadycurrentandelectromotiveforce

第二頁，共26頁。2引言(yǐnyán)引言導(dǎo)體靜電平衡OE內(nèi)等勢體AB+AB自由電子定向漂移直流電路中的金屬導(dǎo)體ABVV非等勢體習(xí)慣上用正電荷從高電勢(diànshì)向低電勢(diànshì)移動的方向定為電流的流向sI時間通過截面tsq的電量為電流強度Iqt若導(dǎo)體不均勻，怎樣描述其中的電流分布情況？在電流恒定的導(dǎo)體中，存在什么樣的電場？導(dǎo)體的電勢差是靠什么力產(chǎn)生和維持的？第三頁，共26頁。3第一節(jié)電流密度電流密度ssss8.1currentdensityqIIdIdPOjOj運動方向的運動方向的單位矢量單位矢量nn單位矢量單位矢量法線的dsds法線的0ds0dsIdId垂直通過的面元垂直通過的面元dsds任意面元任意面元定義點處的電流密度矢量Pj0dsIdOj大?。簀0dsIdqcosdsId方向：Oj方向通過某面積的電流強度sdsIsIdsjqcossjdsIdqcosdsjjds電流密度第四頁，共26頁。4例題(lìtí)例已知I均勻銅線.end2mm76A電子電量絕對值1.61019C單位體積中含自由電子個數(shù)8.41028m3求j電流密度大?。蛔杂呻娮佣ㄏ蚱扑俾势骄祐解法提要d241sjIIp()224210A.m2vIsnejneIvens因則qt1.8104ms以后將會知道，電源一旦接通，作用于自由電荷的電場是以光速傳播的，但自由電子的定向漂移速率是非常小的。甚至比其熱運動平均速率（約10）小得多。5ms第五頁，共26頁。5微分(wēifēn)式歐姆定律微分形式的歐姆定律jj0dsIdId0ds0dsjjdldl0ds0dsVVdVE電流密度分布電流密度分布任取一段微流管任取一段微流管微流管中導(dǎo)體的電阻率為r微流管中導(dǎo)體的電阻率為r對微流管中的導(dǎo)體應(yīng)用歐姆定律（I=U/R）V0dsdIlr()VdV()ddI0dsr1()dVldj稱電導(dǎo)率r1gEEjg得Ejg矢量式稱微分形式的歐姆定律與使自由電子作j定向漂移的有何關(guān)系？電場E第六頁，共26頁。6定律(dìnglǜ)淺釋Ejg的微觀機理淺釋載流金屬導(dǎo)體中的自由電子同時參與兩種運動無規(guī)熱運動E引起的定向漂移vi熱各向大小概率均等，矢量統(tǒng)計平均值為零ia漂FmemE設(shè)與晶格某兩次碰撞相隔的時間為ti該段時間中平均速度vi漂ia漂ti2emE2ti晶格（原子核與各內(nèi)層電子組成的振動原子實）Evi熱ia漂em,第個自由電子i第七頁，共26頁。7續(xù)6Ejg的微觀機理淺釋載流金屬導(dǎo)體中的自由電子同時參與兩種運動無規(guī)熱運動E引起的定向漂移vi熱各向大小概率均等，矢量統(tǒng)計平均值為零ia漂FmemE設(shè)與晶格某兩次碰撞相隔的時間為ti該段時間中平均速度vi漂ia漂ti2emE2ti晶格（原子核與各內(nèi)層電子組成的振動原子實）Evi熱ia漂em,第個自由電子i該電子的合速度vivi熱vi漂vi熱emE2ti0每單位體積中有個，產(chǎn)生電流密度njvieSn()1vi熱E2em2tiSne1Sn1nntiSn1))平均時間t得jEem2t2n()gEjg的單位：西門子（S）歐姆米（）或m1W1111第八頁，共26頁。8第二節(jié)恒定電流恒定電流與電動勢ssss8.2steadycurrentandelectromotiveforce

一、電流(diànliú)的連續(xù)性方程n任意封閉曲面s法線一致向外jjjj每秒從內(nèi)向外流出的電荷量sdQtdjIssds內(nèi)的電荷每秒減少量dQtdi電流的連續(xù)性方程：jssddQtdi電荷守恒dQtddQtdi恒定電流與電動勢第九頁，共26頁。9恒定電流二、恒定電流電路中各點電流密度的方向和大小都不隨時間變化的電流，稱為恒定電流（又稱穩(wěn)恒電流）j不隨時間變化ssdj0即任意時刻，流進任意封閉面的電量，與流出該封閉面的電量相等這是恒定電流的條件若導(dǎo)體載的是恒定電流，導(dǎo)體內(nèi)各處的電荷分布，不隨時間變化，任意封閉面內(nèi)的電量不隨時間變化，dQtdi0（動平衡）第十頁，共26頁。10恒定(héngdìng)電場三、恒定(héngdìng)電場恒定電場是存在于恒定電流通過的導(dǎo)體內(nèi)部和導(dǎo)體外部的電場。恒定電場的的空間分布不隨時間變化dOEllssjdOgEj導(dǎo)體內(nèi)部的恒定電場與電流密度分布j存在下述主要性質(zhì)及相互關(guān)系E第十一頁，共26頁。11性質(zhì)(xìngzhì)比較恒定電場與靜電場的異同同dEllO宏觀電荷空間分布電場分布E不隨時間變化ssdEe0iSq滿足滿足可引入電勢概念恒定電場靜電場異jOjOOE導(dǎo)體內(nèi)V常量OE導(dǎo)體內(nèi)V常量維持電場需耗能維持電場不需耗能第十二頁，共26頁。12隨堂練習(xí)(liànxí)一銅棒長2m，兩端電壓50mv，設(shè)銅棒電阻率隨堂練習(xí)電流密度j已知求r1.6×10–8Ωm欲求j，宜先用歐姆定律求電阻.設(shè)棒橫截面積為S，解法提要lrRSIU電流RrlSU電阻j電流密度ISrlU1.6×10–8×250×10–31.56×106A·m-2第十三頁，共26頁。13例d++例導(dǎo)電橡膠電阻率rU外加電壓求解法提要：導(dǎo)電橡膠總電阻drRdRR12Rrr2pdr2pdln2RR1總電流IURr處的電流密度jIr2pdUrrln()2RR1rR12R處的電流密度大小恒定場強大小處的恒定場強rgEjjrUrln()2RR1rrrdrd2R2R1R1R++第十四頁，共26頁。14電動勢四、電動勢1、只靠靜電力不能維持(wéichí)恒定電流Oit電流時間獨立(dúlì)的帶電電容器只在靜電力作用(zuòyòng)下通過外路放電放電電流不能維持恒定第十五頁，共26頁。15非靜電力AB電源2、要有外來(wàilái)非靜電力才能維持恒定電流eF靜電力eFFKq電源中：單位正電荷受的非靜電力單位正電荷受的靜電力qFKEKeqFEe電源與外路接通，處于正常工作狀態(tài)時EK為常數(shù)EeEK且,A、B間保持恒定的電勢差，電路中的電流保持穩(wěn)定。外來非靜電力FK（如電解液與極板物質(zhì)的化學(xué)作用）第十六頁，共26頁。16電源(diànyuán)的電動勢3、電源的電動勢電動勢描述電源中非靜電力做功的本領(lǐng)〔反映電源將其它(qítā)形式的能轉(zhuǎn)變成電能的本領(lǐng)〕。+AB+qEKFKFKq電源化學(xué)電池（化學(xué)作用）光電池（光電效應(yīng)）發(fā)電機（磁場對運動電荷的作用）等定義：電源的電動勢B()A()內(nèi)路EKdl非靜電力將單位正電荷從負極經(jīng)電源內(nèi)部移到正極所做的功第十七頁，共26頁。17續(xù)153、電源的電動勢電動勢描述電源中非靜電力做功的本領(lǐng)（反映電源將其它形式的能轉(zhuǎn)變成電能的本領(lǐng)）。+AB+qEKFKFKq電源化學(xué)電池（化學(xué)作用）光電池（光電效應(yīng)）發(fā)電機（磁場對運動電荷的作用）等定義：電源的電動勢B()A()內(nèi)路EKdl非靜電力將單位正電荷從負極經(jīng)電源內(nèi)部移到正極所做的功電動勢是標量。習(xí)慣規(guī)定經(jīng)電源內(nèi)由負極指向正極為正。電源電動勢大小由電源本身性質(zhì)決定，與外電路無關(guān)。幾種化學(xué)電池的電動勢名稱電動勢（伏）鐵鎳蓄電池1.11.4~1.2鎳氫化物可充干電池蓄電池鋅銀1.5干電池鋅錳蓄電池鉛鋰錳電池3.03.65鋰亞硫酰氯電池鎳鎘蓄電池1.21.51.6~1.92.0~第十八頁，共26頁。18續(xù)16描述電源中非靜電力做功的本領(lǐng)（反映電源將其它形式的能轉(zhuǎn)變成電能的本領(lǐng)）。+AB+qEKFKFKq電源化學(xué)電池（化學(xué)作用）光電池（光電效應(yīng)）發(fā)電機（磁場對運動電荷的作用）等定義：電源的電動勢B()A()內(nèi)路EKdl非靜電力將單位正電荷從負極經(jīng)電源內(nèi)部移到正極所做的功電動勢是標量。習(xí)慣規(guī)定經(jīng)電源內(nèi)由負極指向正極為正。電源電動勢大小由電源本身性質(zhì)決定，與外電路無關(guān)。幾種化學(xué)電池的電動勢名稱電動勢（伏）鐵鎳蓄電池1.11.4~1.2鎳氫化物可充干電池蓄電池鋅銀1.5干電池鋅錳蓄電池鉛鋰錳電池3.03.65鋰亞硫酰氯電池鎳鎘蓄電池1.21.51.6~1.92.0~3、電源的電動勢電動勢若在一閉合回路上到處連續(xù)分布著某種形式的電源的非靜電力作用（無法區(qū)分內(nèi)路或外路），則電源電動勢用閉合回路積分概念定義。sNvll繞閉合回路移動一周第十九頁，共26頁。19隨堂小議（2）將單位正電荷從電源內(nèi)部的正極移動到負極時靜電場力做的功（3）將單位正電荷繞閉合回路移動一周時非靜電場力做的功（4）以上說法都不是（1）電源兩端的電勢差；關(guān)于電動勢的概念，下列說法正確的是請在放映狀態(tài)下點擊你認為是對的答案隨堂小議結(jié)束選擇第二十頁，共26頁。20小議鏈接(liànjiē)1（2）將單位正電荷從電源內(nèi)部的正極移動到負極時靜電場力做的功（3）將單位正電荷繞閉合回路移動一周時非靜電場力做的功（4）以上說法都不是（1）電源兩端的電勢差；關(guān)于電動勢的概念，下列說法正確的是請在放映狀態(tài)下點擊你認為是對的答案隨堂小議結(jié)束選擇第二十一頁，共26頁。21鏈接(liànjiē)2（2）將單位正電荷從電源內(nèi)部的正極移動到負極時靜電場力做的功（3）將單位正電荷繞閉合回路移動一周時非靜電場力做的功（4）以上說法都不是（1）電源兩端的電勢差；關(guān)于電動勢的概念，下列說法正確的是請在放映狀態(tài)下點擊你認為是對的答案隨堂小議結(jié)束選擇第二十二頁，共26頁。22鏈接(liànjiē)3（2）將單位正電荷從電源內(nèi)部的正極移動到負極時靜電場力做的功（3）將單位正電荷繞閉合回路移動一周時非靜電場力做的功（4）以上說法都不是（1）電源兩端的電勢差；關(guān)于電動勢的概念，下列說法正