物理選修課件《電源和電流》.ppt

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第二章《恒定電流》,第一節(jié)《電源和電流》,雷鳴電閃時(shí),強(qiáng)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?,一、電源,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.(瞬時(shí)電流),1、電流的形成,2、持續(xù)電流的形成倘若在A,B之間連接一個(gè)裝置P,作用是不斷地把電子從A搬運(yùn)到B，使AB之間始終存在一定的電場(chǎng)，從而保持持續(xù)電流。,裝置P?電源,_,,,等勢(shì)體,導(dǎo)體中產(chǎn)生電流的條件:導(dǎo)體兩端存在電勢(shì)差,,導(dǎo)體中自由電子的定向移動(dòng)使兩個(gè)帶電體成為等勢(shì)體,達(dá)到靜電平衡，導(dǎo)線R中會(huì)產(chǎn)生一個(gè)瞬時(shí)電流,抽水機(jī),,,,,,,電源,1.能把自由電子從正極搬到負(fù)極的裝置.,,2.作用:保持導(dǎo)體兩端的電勢(shì)差(電壓),使電路有持續(xù)的電流.,,,,,,,,,,,,-,-,+,A,+,+,+,+,+,+,+,_,_,_,B,_,_,_,_,_,P,,,,,假設(shè)在電源正、負(fù)極之間連一根導(dǎo)線,,二.導(dǎo)線中的電場(chǎng),,,,,,,,,,,,,-,-,+,A,+,+,+,+,+,+,+,_,_,_,B,_,_,_,_,_,P,,,,,假設(shè)在電源正、負(fù)極之間連一根導(dǎo)線,,,,,,,,,M,N,E0,,F,Fn,Ft,,,,,導(dǎo)線內(nèi)很快形成沿導(dǎo)線方向的電場(chǎng),二.導(dǎo)線中的電場(chǎng),導(dǎo)體內(nèi)的電場(chǎng)線保持和導(dǎo)線平行,小結(jié):形成電流的條件,（1）存在自由電荷金屬導(dǎo)體——自由電子電解液——正、負(fù)離子（2）導(dǎo)體兩端存在電壓當(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．電源的作用是保持導(dǎo)體兩端的電壓，使導(dǎo)體中有持續(xù)的電流．,我們?cè)谏弦徽轮性?jīng)得出結(jié)論:在靜電平衡時(shí),導(dǎo)體內(nèi)部的場(chǎng)強(qiáng)為零,導(dǎo)體上任意兩點(diǎn)之間的電勢(shì)差為零(等勢(shì)體).這與我們現(xiàn)在的說(shuō)法有矛盾嗎?為什么?,思考題,導(dǎo)線內(nèi)的電場(chǎng)，是由電源、導(dǎo)線等電路元件所積累的電荷共同形成的。盡管這些電荷也在運(yùn)動(dòng)，但有的流走了，另外的又來(lái)補(bǔ)充，所以電荷的分布是穩(wěn)定的，電場(chǎng)的分布也穩(wěn)定。-----恒定電場(chǎng),恒定電場(chǎng),由穩(wěn)定分布的電荷產(chǎn)生穩(wěn)定的電場(chǎng)稱為恒定電場(chǎng).,恒定電場(chǎng),電場(chǎng)強(qiáng)度不變,自由電子在各個(gè)位置的定向運(yùn)動(dòng)速率也不變,串一個(gè)電流表,讀數(shù)不會(huì)變(恒定電流),,,,恒定電流,電流：1、定義：大小、方向都不隨時(shí)間變化的電流用單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電量表示電流強(qiáng)弱,2、公式：,4、方向：正電荷定向移動(dòng)的方向金屬導(dǎo)體中電流的方向與自由電子定向移動(dòng)的方向相反。,可得,3、單位：安培A其他單位mAμA,（1）電流為標(biāo)量，電流雖有方向但是標(biāo)量（2）電解液中正負(fù)離子定向移動(dòng)方向雖然相反，但正、負(fù)離子定向移動(dòng)形成的電流方向是相同的，此時(shí)q為正電荷總電荷量和負(fù)電荷總電荷量的絕對(duì)值之和。,例題1:某電解池，如果在1s中內(nèi)共有5.01018個(gè)二價(jià)正離子和5.01018個(gè)一價(jià)負(fù)電子通過(guò)某橫截面，那么通過(guò)這個(gè)橫截面的電流強(qiáng)度是多大？,答案：1.6A,說(shuō)明,例題2有一條橫截面積S=1mm2的銅導(dǎo)線，通過(guò)的電流I=1A。已知銅的密度ρ=8.9103kg/m3，銅的摩爾質(zhì)量M=6.410-2kg/mol，阿伏加德羅常數(shù)NA=6.621023mol-1，電子的電量e=-1.610-19C。求銅導(dǎo)線中自由電子定向移動(dòng)的速率。,解：設(shè)自由電子定向移動(dòng)的速率是v,通過(guò)橫截面的電荷量是,由,得,從中解出,,代入數(shù)值后得v=7.510-5m/s,四、電流的微觀表達(dá)式,推導(dǎo)：,一段粗細(xì)均勻的導(dǎo)體長(zhǎng)為l,兩端加一定的電壓，自由電荷定向移動(dòng)的速率為v,設(shè)導(dǎo)體的橫截面積為s，導(dǎo)體每單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)為n，每個(gè)自由電荷量為q。,例3.有一條橫截面積S=1mm2的銅導(dǎo)線，通過(guò)的電流I=1A.已知銅的密度ρ=8.9103kg/m3，銅的摩爾質(zhì)量M=6.0210-2kg/mol，阿伏加德羅常數(shù)NA=6.621023mol-1，電子的電量e=-1.610-19C。求:銅導(dǎo)線中自由電子定向移動(dòng)的速率,答案：,思考題,如果認(rèn)為電子的定向運(yùn)動(dòng)速率就是電流的傳導(dǎo)速率，和我們的生活經(jīng)驗(yàn)是否相符？怎樣解釋？,電子定向移動(dòng)的速率約10-5m/s，電子熱運(yùn)動(dòng)的平均速率105m/s，電場(chǎng)的傳播速率3108m/s.,三種速度的區(qū)別,（1）電流傳導(dǎo)速率等于光速，電路一接通，導(dǎo)體中的電子立即受到電場(chǎng)力作用而定向移動(dòng)形成電流。（對(duì)整體而言）,,（2）電子定向移動(dòng)速率，其大小與電流有關(guān)，一般每秒為10-2—-10-3m的數(shù)量級(jí)。（對(duì)每個(gè)電子而言）,電子熱運(yùn)動(dòng)速率，任何微觀粒子都做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，其速度與溫度有關(guān)，通常情況為每秒幾百米。,1、形成電流的條件：（1）存在自由電荷（2）導(dǎo)體兩端存在電壓2、電源的作用：提供持續(xù)的電壓3、導(dǎo)線中的電場(chǎng):導(dǎo)線內(nèi)的電場(chǎng)線保持和導(dǎo)線平行.(恒定電場(chǎng))4、恒定電流:大小方向都不隨時(shí)間變化的電流.5、電流:表示電流的強(qiáng)弱程度的物理量.（1）定義式I=q/t（2）金屬導(dǎo)體中電流的計(jì)算式,小結(jié):,n為單位體積內(nèi)自由電荷數(shù)目，S為導(dǎo)體橫截面積，v為電荷定向移動(dòng)速率,q為每個(gè)自由電荷的電量,