高二物理課件：2.1《電源和電流》 （人教版選修3-1）

歡迎進(jìn)入物理課堂 1 電源和電流 一 電源1 電源的定義電源是不斷把從正極搬運(yùn)到負(fù)極從而維持正負(fù)極之間一定電勢(shì)差的裝置 2 電源的作用 1 從電荷移動(dòng)角度看電源的作用就是移送電荷 維持電源正 負(fù)極間有一定的 從而保持電路中有持續(xù)電流 電源在內(nèi)部能把從正極A搬運(yùn)到負(fù)極B 如右圖所示 負(fù)電荷 電勢(shì)差 電子 2 從能量轉(zhuǎn)化的角度看搬運(yùn)電荷的過(guò)程就是克服靜電力做功的過(guò)程 從而將其他形式的能轉(zhuǎn)化為 二 恒定電流1 恒定電場(chǎng) 1 形成 當(dāng)電路達(dá)到穩(wěn)定時(shí) 導(dǎo)線中的電場(chǎng)是由 等電路元件所積累的電荷共同形成的 2 特點(diǎn) 任何位置的都不隨時(shí)間發(fā)生變化 電能 電場(chǎng)強(qiáng)度 電源 導(dǎo)線 2 恒定電流 1 定義 大小 都不隨時(shí)間變化的電流叫恒定電流 2 大小 是單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量 表示電流強(qiáng)弱程度的物理量 方向 其中 I表示電流 q表示在時(shí)間t內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面的 4 單位 符號(hào)A 其他單位 毫安 mA 微安 A 1A 103mA 106 A 5 方向 規(guī)定定向移動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞣较?即電流方向與負(fù)電荷定向移動(dòng)的方向相反 6 測(cè)量電流的儀器 電荷量 正電荷 電流表 安培 1 對(duì)電流及電流的形成條件進(jìn)一步的理解 1 電流的形成條件 產(chǎn)生電流的條件 導(dǎo)體兩端有電壓 形成持續(xù)電流的條件 導(dǎo)體兩端有持續(xù)電壓 電源的作用 電源在電路中起著提供持續(xù)電壓的作用 在外電路中 導(dǎo)體中的自由電子從電源負(fù)極移向電源正極 而電源再把電子通過(guò)電源內(nèi)部從正極搬運(yùn)到負(fù)極 使電源正 負(fù)極始終保持一定的電勢(shì)差 從而產(chǎn)生持續(xù)的電流 特別提醒 計(jì)算電流時(shí) 首先分清形成電流的自由電荷的種類 對(duì)金屬來(lái)講 是自由電子的定向移動(dòng) 電荷量q為通過(guò)橫截面的自由電子的電荷量 對(duì)電解液來(lái)講 是正 負(fù)離子同時(shí)向相反方向定向移動(dòng) 電荷量q為正 負(fù)離子電荷量絕對(duì)值之和 1 在金屬導(dǎo)體中 若10s內(nèi)通過(guò)橫截面的電荷量為10C 則導(dǎo)體中的電流I A 2 某電解槽的橫截面積為0 5m2 若10s內(nèi)沿相反方向通過(guò)橫截面的正 負(fù)離子的電荷量均為10C 則電解液中的電流I A 答案 1 1A 2 2A 2 電流強(qiáng)度的微觀表達(dá)式 1 建立模型如右圖所示 AD表示粗細(xì)均勻的一段導(dǎo)體 長(zhǎng)為l 兩端加一定的電壓 導(dǎo)體中的自由電荷沿導(dǎo)體定向移動(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)自由電荷的電荷量為q AD表示粗細(xì)均勻的一段導(dǎo)體 長(zhǎng)為l 兩端加一定的電壓 導(dǎo)體中的自由電荷沿導(dǎo)體定向移動(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)自由電荷的電荷量為q 3 結(jié)論由此可見(jiàn) 從微觀上看 電流決定于導(dǎo)體中單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù) 每個(gè)自由電荷的電荷量 定向移動(dòng)速率的大小 還與導(dǎo)體的橫截面積有關(guān) 答案 AC 3 三種不同速率的比較 1 三種速率 電場(chǎng)的傳導(dǎo)速率等于光速 電子定向移動(dòng)速率 其大小與電流有關(guān) 電子熱運(yùn)動(dòng)速率 其大小與溫度有關(guān) 2 三種速率對(duì)比 以下說(shuō)法正確的是 A 自由電子定向移動(dòng)速率就是電子熱運(yùn)動(dòng)速率B 自由電子只不過(guò)在速率很大的無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)上附加了一個(gè)速率很小的定向移動(dòng)C 電場(chǎng)的傳導(dǎo)速率就是導(dǎo)體內(nèi)自由電子的定向移動(dòng)速率D 在金屬導(dǎo)體內(nèi)當(dāng)自由電子定向移動(dòng)時(shí) 它們的熱運(yùn)動(dòng)就消失了 解析 電流的傳導(dǎo)速率等于光速 而電子定向移動(dòng)速率很小 C不對(duì) 電子定向移動(dòng)速率是在電子以較大速率無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)上附加的一個(gè)很小的速率 A不對(duì) B對(duì) 自由電子定向移動(dòng)時(shí)仍在無(wú)規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng) D不對(duì) 答案 B 1 電荷只要移動(dòng)就一定能形成電流嗎 提示 不一定 只有電荷在電場(chǎng)力的作用下形成的定向移動(dòng)才能夠形成電流 例如沒(méi)有放在電場(chǎng)中的導(dǎo)體其中的自由電荷在做無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng) 其大量自由電荷向各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的機(jī)會(huì)均等 這樣不能形成電流 2 有電源是否一定會(huì)得到持續(xù)的電流嗎 一個(gè)電路要形成持續(xù)電流需具備什么條件 提示 有電源不一定得到持續(xù)的電流 要得到持續(xù)的電流需要同時(shí)滿足兩個(gè)條件 1 電路中有電源 2 電路還必須是閉合的 即必須用導(dǎo)體將電源連接起來(lái) 所以只有電源 電路不閉合也不會(huì)有持續(xù)電流 關(guān)于電源以下說(shuō)法正確的是 A 電源的作用是在電源內(nèi)部把電子由負(fù)極不斷地搬運(yùn)到正極 從而保持兩極之間有穩(wěn)定的電勢(shì)差B 電源的作用就是將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能C 只要電路中有電源 電路中就一定有電流D 電源實(shí)質(zhì)上也是一個(gè)用電器 也需要外界提供能量 解析 電源的作用是維持正 負(fù)極之間恒定的電勢(shì)差 這需要電源不斷地將負(fù)電荷向負(fù)極聚集 將正電荷向正極聚集 外電路中自由電子在電場(chǎng)力的作用下向正極移動(dòng) 在電源內(nèi)部 需要將正極上的電子搬運(yùn)到負(fù)極 維持電勢(shì)差不變 故A錯(cuò) 從能量角度來(lái)看 電源在搬運(yùn)電荷的過(guò)程中 需要克服電場(chǎng)力做功 將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能 B對(duì) 電路中有電流不僅需要電源 還需要電路是閉合的 故C錯(cuò) 電源是對(duì)電路提供能量的裝置 故D錯(cuò) 答案 B 跟蹤發(fā)散 1 1 關(guān)于電流 下列說(shuō)法正確的是 A 通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量越多 電流越大B 電子運(yùn)動(dòng)速率越大 電流越大C 單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量越多 導(dǎo)體中的電流就越大D 因?yàn)殡娏饔蟹较?所以電流是矢量 答案 C 已知電子的電荷量為e 質(zhì)量為m 氫原子的電子在核的靜電力吸引下做半徑為r的勻速圓周運(yùn)動(dòng) 則電子運(yùn)動(dòng)形成的等效電流大小為多少 反思總結(jié) 對(duì)于等效電流的求解問(wèn)題 一定要找出一段時(shí)間內(nèi)通過(guò)某一橫截面的電荷量 才能運(yùn)用電流的定義式求出電流的大小 本題的難點(diǎn)就是確定通過(guò)某一橫截面的電荷量和時(shí)間 跟蹤發(fā)散 2 1 如果導(dǎo)線中的電流為1mA 那么1s內(nèi)通過(guò)導(dǎo)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(shí)的電流為273mA 則20s內(nèi)通過(guò)燈絲的橫截面的電子數(shù)目是多少個(gè) 答案 6 25 1015個(gè)3 4 1019個(gè) 1 關(guān)于電流的概念 下列說(shuō)法中正確的有 A 導(dǎo)體中有電荷運(yùn)動(dòng)就形成電流B 電流是一個(gè)矢量 其方向就是正電荷定向運(yùn)動(dòng)的方向C 在國(guó)際單位制中 電流是一個(gè)基本物理量 其單位安培是基本單位D 對(duì)于導(dǎo)體 只要其兩端電勢(shì)差為零 電流也必為零 解析 導(dǎo)體中有大量的自由電子 總在不停地做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng) 沒(méi)有定向運(yùn)動(dòng) 在一段時(shí)間t內(nèi) 通過(guò)導(dǎo)體某一截面的電荷是雙向的 其數(shù)值又是相等的 電流為零 故A錯(cuò) 電流是一個(gè)標(biāo)量 因?yàn)槠溥\(yùn)算不符合矢量運(yùn)算法則 為了便于研究電流 人們規(guī)定正電荷定向運(yùn)動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞯姆较?以區(qū)別于負(fù)電荷的定向運(yùn)動(dòng) 故B錯(cuò) 在國(guó)際單位制中 共有七個(gè)基本量 電流是其中之一 故C正確 對(duì)于導(dǎo)體 其兩端電勢(shì)差為零時(shí) 導(dǎo)體內(nèi)無(wú)電場(chǎng) 自由電子不能定向運(yùn)動(dòng) 故電流為零 D正確 答案 CD 答案 D 3 將左邊的銅導(dǎo)線和右邊的鋁導(dǎo)線連接起來(lái) 已知截面積S鋁 2S銅 在銅導(dǎo)線上取一截面A 在鋁導(dǎo)線上取一截面B 若在1s內(nèi)垂直地通過(guò)它們的電子數(shù)相等 那么 通過(guò)這兩截面的電流的大小關(guān)系是 A IA IBB IA 2IBC IB 2IAD 不能確定 答案 A 4 如右圖所示為一磁流體發(fā)電機(jī)的示意圖 A B是平行正對(duì)的金屬板 等離子體 電離的氣體 由自由電子和陽(yáng)離子構(gòu)成 整體呈電中性 從左側(cè)進(jìn)入 若在t時(shí)間內(nèi)有n個(gè)自由電子落在B板上 相等電荷量的陽(yáng)離子落在A板上 則R中的電流大小及方向?yàn)?答案 A 5 如圖所示 有一個(gè)電子射線管 陰極射線管 當(dāng)從陰極射出的電子 形成的電流為5 6 A時(shí) 每秒鐘從陰極發(fā)射出的電子數(shù)目為多少 已知e 1 60 10 19C 答案 3 5 1013個(gè) 練規(guī)范 練技能 練速度 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全