第十一穩(wěn)恒電流演示文稿

第十一穩(wěn)恒電流演示文稿1目前一頁\總數(shù)三十八頁\編于九點2優(yōu)選第十一穩(wěn)恒電流目前二頁\總數(shù)三十八頁\編于九點教學(xué)要求1.從金屬導(dǎo)電的微觀機構(gòu)定性說明金屬導(dǎo)電的宏觀規(guī)律—歐姆定律；理解電動勢的概念及一段含源電路的歐姆定律；3.利用一段含源電路的歐姆定律及閉合電路的歐姆定律計算簡單電路和電路中的熱功關(guān)系。目前三頁\總數(shù)三十八頁\編于九點1.電流§11-1電流及其連續(xù)性方程電荷的定向運動形成電流.金屬導(dǎo)體中的自由電子在電場力作用下作定向運動所形成的電流稱為傳導(dǎo)電流.導(dǎo)體中電流（傳導(dǎo)電流）產(chǎn)生的條件：

1)可以自由運動的電荷；

2)推動電荷運動的力——電場.目前四頁\總數(shù)三十八頁\編于九點（1）電流強度電流強度定義：S

方向：正電荷運動的方向（有方向的標(biāo)量）

單位：安培(A)大小：單位時間通過導(dǎo)體某一橫截面的電量.目前五頁\總數(shù)三十八頁\編于九點（2）電流密度對橫截面不等的導(dǎo)體，I不能反映不同截面處及同一截面不同位置處電流流動的情況，為了描述導(dǎo)線內(nèi)各點的電荷流動情況，引入電流密度.

····abcd電流密度矢量：描寫空間各點電流大小和方向的物理量.電流密度（矢量）定義：大?。簡挝粫r間通過單位垂直面積的電荷

方向：正電荷定向運動方向目前六頁\總數(shù)三十八頁\編于九點（3）電流強度與電流密度的關(guān)系

在導(dǎo)體中任取一截面元dS，設(shè)該處電荷密度為，運動速度為。

在dt時間內(nèi)通過截面元的電荷量為在dt時間內(nèi)通過某有限截面的電荷量為目前七頁\總數(shù)三十八頁\編于九點電流強度與電流密度的關(guān)系為

電流強度就是電流密度穿過某截面的通量。對于閉合曲面：

根據(jù)j的物理意義，類比電通量，上式表示了凈流出閉合面的電流，也就是單位時間內(nèi)從閉合面內(nèi)向外流出的電量;

根據(jù)電荷守恒定律，通過閉合面的電量應(yīng)等于閉合面內(nèi)電荷的減少量。目前八頁\總數(shù)三十八頁\編于九點2.

電流連續(xù)性方程電荷守恒定律：在孤立系統(tǒng)中，總電荷量保持不變.因此對任一閉合面，電流密度的通量滿足：q內(nèi)表示閉合面包圍的電荷

上式是電荷守恒定律的數(shù)學(xué)表述，又稱電流連續(xù)性方程。說明：有正電荷自該處流出有正電荷自該處流入目前九頁\總數(shù)三十八頁\編于九點3.穩(wěn)恒電流（1）穩(wěn)恒電流：

空間各點的電流不隨時間變化.穩(wěn)恒電流滿足（穩(wěn)恒條件）導(dǎo)體中產(chǎn)生電流的條件之一是有外電場的存在，所以導(dǎo)體內(nèi)部對應(yīng)穩(wěn)恒電流必有維持穩(wěn)恒電流的不隨時間變化的電場，這個電場稱為穩(wěn)恒電場.目前十頁\總數(shù)三十八頁\編于九點由電場線的性質(zhì)類比，可知：恒定電流場的電流密度線應(yīng)是沒有起點和終點的閉合曲線—恒定電流的閉合性.穩(wěn)恒電流的電流線閉合決定了穩(wěn)恒電流的電路必須是閉合的！（2）穩(wěn)恒電場的性質(zhì)（與靜電場對比）相同處：因為電荷分布不變，所以穩(wěn)恒電場也滿足高斯定理與環(huán)路定理.不同處：導(dǎo)體內(nèi)有電荷流動；導(dǎo)體內(nèi)場強不為零.目前十一頁\總數(shù)三十八頁\編于九點（3）穩(wěn)恒電路對于導(dǎo)線中流有穩(wěn)恒電流，則通過導(dǎo)線各個截面的電流強度都相等，如圖有定義：流有穩(wěn)恒電流的電路稱為穩(wěn)恒電路.目前十二頁\總數(shù)三十八頁\編于九點§11.2歐姆定律和焦耳定律1.歐姆定律（無源電路）即：線狀金屬導(dǎo)體兩端沿電流方向的電勢差與其電流成正比。（德國科學(xué)家歐姆從實驗中總結(jié)出來的規(guī)律）其中比例系數(shù)R稱為導(dǎo)體的電阻.目前十三頁\總數(shù)三十八頁\編于九點說明：

（1）實驗表明歐姆定律只適用于由金屬導(dǎo)體組成的電子元件，對于二極管等許多其它電子元件，歐姆定律不成立；

（2）描述電子元件中電流與電壓的關(guān)系曲線稱為伏安特性曲線；

（3）導(dǎo)體的電阻R的國際單位是歐姆（），電阻的數(shù)值與導(dǎo)體的材料、形狀、長短、粗細、溫度等因素有關(guān).電阻的倒數(shù)叫電導(dǎo)（G）,其單位為西門子（S）。目前十四頁\總數(shù)三十八頁\編于九點2.電阻定律實驗指出：對于由一定材料制成的長為l、橫截面積S(即垂直于電流方向的橫截面積)為的柱形導(dǎo)體，其電阻為該式稱為電阻定律。其中ρ是導(dǎo)體的電阻率。目前十五頁\總數(shù)三十八頁\編于九點說明：（1）導(dǎo)體的電阻率ρ，單位是歐姆·米(Ω·m)，不但與材料的種類有關(guān)，還和溫度有關(guān)。

當(dāng)溫度發(fā)生變化時，導(dǎo)體的電阻率也要改變。實驗表明，在通常情況下大多數(shù)金屬導(dǎo)體的電阻率滿足式中ρ0

是0℃時導(dǎo)體的電阻率，α稱為電阻溫度系數(shù)，其單位為1／℃，不同材料其值不同。由此可見，溫度越高，電阻率越大。目前十六頁\總數(shù)三十八頁\編于九點（2）ρ的倒數(shù)稱為導(dǎo)體的電導(dǎo)率；單位是西門子/米（S/m）（3）超導(dǎo)現(xiàn)象：對于有些金屬和化合物，當(dāng)其溫度降到某一特定值時，電阻率突然降為零.（4）當(dāng)導(dǎo)體的橫截面積不均勻或電阻率不均勻時，導(dǎo)體的電阻可寫為目前十七頁\總數(shù)三十八頁\編于九點

3.歐姆定律的微分形式所以可得EdS=γEdS即

j=γE（歐姆定律的微分形式）由于而dI=jdS

目前十八頁\總數(shù)三十八頁\編于九點

它反映了導(dǎo)體中任意一點的電流密度與該點的電場強度成正比，且同方向。說明:（1）歐姆定律的微分形式雖是在穩(wěn)恒電流情況下推出的，但對于交變電磁場也也適用;（2）反應(yīng)了j和E的逐點對應(yīng)關(guān)系，揭示了導(dǎo)體中的電流依賴于電場的本質(zhì)；（3）比歐姆定律的積分式I=U/R更為普遍。目前十九頁\總數(shù)三十八頁\編于九點4.電流的功和功率、焦耳楞次定律（1）電流的功和功率

導(dǎo)體中的自由電荷在電場力的作用下運動下形成電流，電流通過一段電路時，電場力作的

電功

A=qU=IUt（單位為焦?fàn)朖)

電功率

P=A/t=IU（單位為瓦W）目前二十頁\總數(shù)三十八頁\編于九點（2）焦耳楞次定律

英國物理學(xué)家焦耳和俄國物理學(xué)家楞次，分別通過實驗得出電流在時間t內(nèi)通過電阻R時產(chǎn)生的熱量為該式叫焦耳定律，產(chǎn)生的熱量叫焦耳熱。說明：1）對于純電阻電路，導(dǎo)體在一段時間內(nèi)放出的熱量等于這段時間內(nèi)電流做的功；即2）對于非純電阻電路，如電路中有電動機等，此時歐姆定律不再適用，有（W為電機對外做的功）目前二十一頁\總數(shù)三十八頁\編于九點§11-3電源和電動勢、閉合電路和一段含源電路的歐姆定律目前二十二頁\總數(shù)三十八頁\編于九點1.電源及其電動勢（1）電源的基本結(jié)構(gòu)及工作過程RAB圖中，A，B為電容器極板，開始時，，在電場力作用下，正電荷從A板經(jīng)導(dǎo)線到了B板與負電荷中和，極板上的電荷減少，電勢差減小，很快達到V=0，瞬間電流停止。結(jié)論：單靠靜電力不能維持穩(wěn)恒電流.目前二十三頁\總數(shù)三十八頁\編于九點

為了維持電流，必須使到B板的正電荷經(jīng)另一路徑回到A極，但靜電力是阻止正電荷從低電勢運動到高電勢。RABRAB

電源的作用：提供非靜電力把正電荷從低電勢的B極沿電源內(nèi)部移到高電勢的A極，從而維持兩極電勢差.非靜電場目前二十四頁\總數(shù)三十八頁\編于九點

電源不斷消耗其它形式的能量克服靜電力做功.內(nèi)電路：電源內(nèi)部正負兩極之間的電路.外電路：電源外部正負兩極之間的電路.

內(nèi)外電路形成閉合電路時，正電荷由正極流出，經(jīng)外電路流入負極，又從負極經(jīng)內(nèi)電路流到正極，形成恒定電流，保持了電流線的閉合性.目前二十五頁\總數(shù)三十八頁\編于九點（2）電源的電動勢

電源的電動勢等于把單位正電荷從負極經(jīng)內(nèi)電路移動到正極時所做的功，單位為伏特。RAB

電源的電動勢大小

電源的電動勢方向規(guī)定：自負極經(jīng)內(nèi)電路指向正極.目前二十六頁\總數(shù)三十八頁\編于九點由于恒定電場也服從場強環(huán)流定律

非靜電力僅存在于電源內(nèi)部，可以用非靜電場強表示。由電源電動勢定義得而電源外部無非靜電力，則電源電動勢可以表示成目前二十七頁\總數(shù)三十八頁\編于九點說明：（1）電動勢的方向：負極經(jīng)電源內(nèi)部指向正極；（2）實際電源內(nèi)部一般是導(dǎo)體，具有一定的電阻，用r表示；若r＝0，則稱為理想電源；（3）理想電源的電動勢等于電源正、負極電勢之差，不論此電源處于開路或閉路狀態(tài).目前二十八頁\總數(shù)三十八頁\編于九點

根據(jù)以下三組公式，可以處理直流電路中的許多問題：，，

2.

閉合電路的歐姆定律

1）一段純電阻電路的歐姆定律2）理想電源兩極的電勢差3）靜電場的環(huán)路定理目前二十九頁\總數(shù)三十八頁\編于九點

（1）單個電源利用

，，得

幾種典型電路介紹

目前三十頁\總數(shù)三十八頁\編于九點

，，

（2）兩個電源

目前三十一頁\總數(shù)三十八頁\編于九點

（3）多個電源串接目前三十二頁\總數(shù)三十八頁\編于九點

含有電源的一段電路叫含源電路.如圖，一段含源電路，A、B兩端的電勢差為一般形式（一段含源電路的歐姆定律）為等式右邊正負號由一段純電阻電路的歐姆定律及理想電源電壓的表達式確定.3.含源電路的歐姆定律目前三十三頁\總數(shù)三十八頁\編于九點4.

基爾霍夫方程組復(fù)雜電路：不能化解為等效的電阻串、并聯(lián)電路的組合，含有較復(fù)雜的分支和節(jié)點的電路。求解復(fù)雜電路的基本方程：基爾霍夫方程組。基爾霍夫方程組包含兩類方程：

節(jié)點電流方程和回路電壓方程。目前三十四頁\總數(shù)三十八頁\編于九點（1）節(jié)點電流方程

三條或三條以上的支路連接于一點，該點稱為節(jié)點.

根據(jù)穩(wěn)恒電流條件，對于每個節(jié)點有

當(dāng)電路共有n個節(jié)點時，只有n-1個節(jié)點方程是獨立的,這n-1個獨立方程構(gòu)成的方程組叫基爾霍夫第一方程組（或基爾霍夫第一定律）。目前三十五頁\總數(shù)三十八頁\編于九點（2）回路電壓方程

對于任一閉合回路，利用靜電場的環(huán)路定理可得

對于任一閉合回路，沿任一繞行方向，電勢差的代數(shù)和為零.電路中任意一組獨立的回路方程構(gòu)成基爾霍夫第二方程組（或基爾霍夫第二