物理《電源和電流》課件新人教版選修高二.ppt

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2 1電源和電流 第二章恒定電流 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)生的穩(wěn)定的電場(chǎng) 稱為恒定電場(chǎng) 恒定電場(chǎng) 電場(chǎng)強(qiáng)度大小不變 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mA A 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1某電解池 如果在1s中內(nèi)共有5 0 1018個(gè)二價(jià)正離子和1 0 1019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 3 2A 說(shuō)明 例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 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 62 1023mol 1 電子的電量e 1 6 10 19C 假設(shè)每個(gè)銅原子只提供一個(gè)電子參與導(dǎo)電 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 t時(shí)間通過(guò)橫截面的電荷量是 由 得 從中解出 代入數(shù)值后得v 7 5 10 5m s 計(jì)算時(shí)S是如何處理的 N代表什么物理量 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 8 9 103kg m3 銅的摩爾質(zhì)量M 6 02 10 2kg mol 阿伏加德羅常數(shù)NA 6 62 1023mol 1 電子的電量e 1 6 10 19C 假設(shè)每個(gè)銅原子只提供一個(gè)電子參與導(dǎo)電 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3 108m 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 3 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