電源和電流新人教版高中物理選修

第 二 章 恒 定 電 流 電 閃 雷 鳴 時 ,強 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 流 的 形 成1、 電 流 ： 電 荷 的 定 向 移 動 形 成 電 流 電 荷 的 熱 運 動 ， 從 宏 觀 上 看 ， 不 能 形 成 電 流 金 屬 導(dǎo) 體 自 由 電 子電 解 液 正 、 負(fù) 離 子 - BA-A+ + + + _B_ _ _ _ 水 流A B連 通 器水 勢 A 水 勢 B 導(dǎo) 體 中 產(chǎn) 生 電 流 的 條 件 :導(dǎo) 體 中 自 由 電 子 的 定 向 移動 使 兩 個 帶 電 體 成 為 等 勢體 ， 達(dá) 到 靜 電 平 衡 ， 導(dǎo) 線R中 會 產(chǎn) 生 一 個 瞬 時 電 流 - BA-A+ + + + _B_ _ _ _抽 水 機 水 流A B連 通 器水 勢 A 水 勢 B 導(dǎo) 體 中 產(chǎn) 生 電 流 的 條 件 :導(dǎo) 體 兩 端 存 在 電 勢 差導(dǎo) 體 中 自 由 電 子 的 定 向 移動 使 兩 個 帶 電 體 成 為 等 勢體 ， 達(dá) 到 靜 電 平 衡 ， 導(dǎo) 線R中 會 產(chǎn) 生 一 個 瞬 時 電 流 2、 電 流 的 形 成 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 ， 導(dǎo) 體 內(nèi) 建立 了 電 場 ， 導(dǎo) 體 中 的 自 由 電 荷 在 電 場 力的 作 用 下 發(fā) 生 定 向 移 動 ， 形 成 電 流 - -+A+ + + _B_ _ _P- -二 、 電 源1、 電 源 ： 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 差 (電 壓 ) 使 導(dǎo) 體 中 有 持 續(xù) 的 電 流 .拓 展 :電 源 P把 電 子 從 A搬 運 到 B的 過 程 中 ,電 子 的 電 勢能 如 何 變 化 ?從 能 量 的 角 度 看 發(fā) 揮 了 怎 樣 的 作 用 ？A B連 通 器水 勢 A 水 勢 B抽 水 機水 流 導(dǎo) 線 中 電 子 為 什 么 能 從 電 源 的 負(fù) 極 沿 導(dǎo) 線 定 向 移 到 正 極 ?思 考在 有 電 源 的 電 路 中 ,導(dǎo) 線 內(nèi) 部 的 電 場 又 有 何 特 點 ? - -+A+ + + _B_ _ _P假 設(shè) 在 電 源 正 、 負(fù)極 之 間 連 一 根 導(dǎo) 線 M N E0F FnFt導(dǎo) 線 中 的 電 場 - -+A+ + + _B_ _ _P假 設(shè) 在 電 源 正 、 負(fù)極 之 間 連 一 根 導(dǎo) 線 M N E0F FnFt M N E0E0E M N E 導(dǎo) 線 內(nèi) 很 快形 成 沿 導(dǎo) 線方 向 的 電 場導(dǎo) 體 內(nèi) 的 電 場 線 保 持 和 導(dǎo) 線 平 行導(dǎo) 線 中 的 電 場 - -+A+ + + _B_ _ _P- -導(dǎo) 線 內(nèi) 的 電 場 ， 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 動 ， 但 有 的 流 走 了 ， 另 外 的 又 來 補 充 ，所 以 電 荷 的 分 布 是 穩(wěn) 定 的 ， 電 場 的 分 布 也 穩(wěn)定 恒 定 電 場由 穩(wěn) 定 分 布 的 電 荷 產(chǎn) 生 的 穩(wěn) 定 的 電 場稱 為 恒 定 電 場 .三 、 恒 定 電 場 恒 定 電 場電 場 強 度 不 變串 一 個 電 流 表 ,讀 數(shù) 不 會 變自 由 電 子 定 向 運 動 的平 均 速 率 不 變恒 定 電 流 由 于 恒 定 電 場 的 作 用 ,導(dǎo) 體 中 自 由 電荷 定 向 運 動 的 速 率 增 加 ;而 在 運 動 過 程中 會 與 導(dǎo) 體 內(nèi) 不 動 的 粒 子 碰 撞 從 而 減 速 ,因 此 自 由 電 荷 定 向 運 動 的 平 均 速 率 不 隨時 間 變 化 .如 果 我 們 在 這 個 電 路 中 串 聯(lián)一 個 電 流 表 ,電 流 表 的 讀 數(shù) 保 持 恒 定 .大 小 方 向 都 不 隨 時 間 變 化 的 電 流稱 為 恒 定 電 流四 、 恒 定 電 流 表 示 電 流 的 強 弱 程 度 1、 定 義 :通 過 導(dǎo) 體 橫 截 面 的 電 量 q跟 通 過 這 些電 量 所 用 時 間 t的 比 值 叫 做 電 流 2、 定 義 式 :I= q / t 3、 單 位 :國 際 單 位 安 培 (A) 1A=1C/s 常 用 單 位 ： 毫 安 （ mA） 、 微 安 （ A） 4、 方 向 :正 電 荷 定 向 移 動 的 方 向五 、 電 流 1、 在 金 屬 導(dǎo) 體 中 ， 若 10s內(nèi) 通 過 橫 截 面 的 電 量為 10C， 則 導(dǎo) 體 中 的 電 流 為 _A課 堂 練 習(xí)2、 一 條 導(dǎo) 線 中 的 電 流 為 1.6A， 在 1秒 內(nèi) 通 過 這條 導(dǎo) 線 某 一 橫 截 面 積 的 電 子 有 個解 ： q=It=1.6c n=q/e=1.6/1.6x10-19=1019個 討 論 tqI /2解 ： q qs正 電 荷 向 左 通 過 橫 截 面 S負(fù) 電 荷 向 右 通 過 橫 截 面 S在 t時 間 內(nèi)通 過 橫 截 面 S的 等 效 電 流 I=？ 課 堂 練 習(xí)3、 某 電 解 槽 橫 截 面 積 為 0.5m2， 若 10s內(nèi) 沿 相反 方 向 通 過 橫 截 面 的 正 負(fù) 離 子 的 電 量 均 為10C， 則 電 解 液 中 的 電 流 為 _A （ 1） 適 用 于 任 何 電 荷 的 定 向 移 動 形 成 的 電 流 。（ 2） 在 金 屬 導(dǎo) 體 中 ， 電 流 方 向 與 自 由 電 荷 （ 電子 ） 的 定 向 移 動 方 向 相 反 ；（ 3） 在 電 解 液 中 ， 電 流 方 向 與 正 離 子 定 向 移 動方 向 相 同 ， 與 負(fù) 離 子 走 向 移 動 方 向 相 反 導(dǎo) 電時 ， 是 正 負(fù) 離 子 向 相 反 方 向 定 向 移 動 形 成 電 流 ，電 量 q表 示 通 過 截 面 的 正 、 負(fù) 離 子 電 量 絕 對 值之 和 。注 意 ： 理 論 探 究 ： 決 定 電 流 大 小 的 微 觀 量 在 加 有 電 壓 的 一 段 粗 細(xì) 均 勻 的 導(dǎo) 體 AD上 選 取兩 個 截 面 B和 C， 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 電 荷 的電 荷 量 為 q， 電 荷 的 定 向 移 動 速 率 為 v 則 在 時 間 t 內(nèi) 處 于 相 距 為 vt 的 兩 截 面 B、 C間 的 所 有 自 由 電 荷 將 通 過 截 面 C 知： S為導(dǎo)線的橫截面積 n為單位體積內(nèi)自由電荷的個數(shù) q為 每 個自由電 荷 的 電 荷 量 v為自由電荷的定向移動速率求：通過導(dǎo)體的電流I?解：在時間t內(nèi)通過導(dǎo)體 某截面的電量為: Q=(vts)nq 所形成的電流為: I=Q/t=nqSV 4、 有 一 條 橫 截 面 積 S=1mm2的 銅 導(dǎo) 線 ,通 過 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=6.02 1023mol-1,電 子 的 電 量 e=-1.6 10-19C,求 銅 導(dǎo) 線 中 自 由 電 子 定 向 移 動 的 速 率 .可 認(rèn) 為 銅導(dǎo) 線 中 平 均 每 個 銅 原 子 貢 獻(xiàn) 一 個 自 由 電 子 . AIMv SN e 57.5 10 /m s 課 堂 練 習(xí) 三 個 速 率 思 考 ： 如 果 認(rèn) 為 電 子 的 定 向 運 動 速率 就 是 電 流 的 傳 導(dǎo) 速 率 ， 和 我 們 的生 活 經(jīng) 驗 是 否 相 符 ？ 怎 樣 解 釋 ？ 電 子 定 向 移 動 的 速 率 約 10-5 m/s， 電 子 熱 運 動 的 平 均 速 率 10 5 m/s， 電 場 的 傳 播 速 率 3 10 8 m/s. 1、 電 流 的 形 成 條 件 ： （ 1） 存 在 自 由 電 荷 ;（ 2） 存 在 電 壓 .2、 電 源 :把 自 由 電 子 從 正 極 搬 到 負(fù) 極 的 裝 置 . 電 源 的 作 用 ： 提 供 持 續(xù) 的 電 壓 .3、 恒 定 電 場 :由 穩(wěn) 定 分 布 的 電 荷 產(chǎn) 生 穩(wěn) 定 的 電 場 .4、 恒 定 電 流 :大 小 方 向 都 不 變 的 電 流 .5、 電 流 :表 示 電 流 的 強 弱 程 度 的 物 理 量 . （ 1） 定 義 式 I=q / t （ 2） 決 定 式 小 結(jié)nqsvI n為 單 位 體 積 內(nèi) 自 由 電 荷 個 數(shù) S為 導(dǎo) 體 橫 截 面 積v為 自 由 電 荷 定 向 移 動 速 率 q為 每 個 自 由 電 荷 的 電 量 5、 關(guān) 于 電 流 的 方 向 ， 下 列 敘 述 中 正 確 的 是A 金 屬 導(dǎo) 體 中 電 流 的 方 向 就 是 自 由 電 子 定 向 移動 的 方 向B 在 電 解 質(zhì) 溶 液 中 有 自 由 的 正 離 子 和 負(fù) 離 子 ，電 流 方 向 不 能 確 定C 不 論 何 種 導(dǎo) 體 ， 電 流 的 方 向 規(guī) 定 為 正 電 荷 定向 移 動 的 方 向D 電 流 的 方 向 有 時 與 正 電 荷 定 向 移 動 的 方 向 相同 ， 有 時 與 負(fù) 電 荷 定 向 移 動 的 方 向 相 同 C課 堂 練 習(xí) 6、 某 電 解 質(zhì) 溶 液 ， 如 果 在 1 s內(nèi) 共 有5.0 1018個 二 價 正 離 子 和 1.0 1019個一 價 負(fù) 離 子 通 過 某 橫 截 面 ， 那 么 通 過電 解 質(zhì) 溶 液 的 電 流 強 度 是 多 大 ？3.2 A 課 堂 練 習(xí) 7、 氫 原 子 的 核 外 只 有 一 個 電 子 ，設(shè) 電 子 在 離 原 子 核 距 離 為 R的 圓 軌道 上 做 勻 速 圓 周 運 動 。 已 知 電 子 的電 荷 量 為 e， 運 動 速 率 為 v， 求 電 子繞 核 運 動 的 等 效 電 流 多 大 ？RevtqI 2課 堂 練 習(xí) a、 手 電 筒 中 小 燈 泡 的 工 作 電 流 是 0.25A。b、 電 子 手 表 工 作 時 ， 液 晶 顯 示 屏 的 電 流 為 0.2A左 右 。c、 彩 色 電 視 機 工 作 時 ， 屏 幕 為 21吋 ， 電 源 的 工 作 電 流 為 0.4A左 右 ； 屏 幕 為 29 吋 , 電 源 的 工 作 電 流 為 1A左 右 。d、 50H z的 交 流 電 ， 人 能 感 觸 到 的 觸 電 電 流 為 1mA， 能 夠 自 行 擺 脫 電 源 的 觸 電 電 流 為 10mA， 觸 電 電 流 達(dá) 到 50mA以 上 ， 將 引 起 心 室 顫 動 。 因 此 ， 國 際 電 工 委 員 會 規(guī) 定 的 安 全 電流 （ 擺 脫 電 流 ） 為 10mA。你 知 道 嗎 ? 作 業(yè) ： P43 2、 3 8、 來 自 質(zhì) 子 源 的 質(zhì) 子 （ 初 速 度 為 零 ） ， 經(jīng)一 加 速 電 壓 為 800kV的 直 線 加 速 器 加 速 ， 形成 電 流 強 度 為 1mA的 細(xì) 柱 形 質(zhì) 子 流 。 已 知 質(zhì)子 電 荷 e=1.60 10-19C。 這 束 質(zhì) 子 流 每 秒 打 到靶 上 的 質(zhì) 子 數(shù) 為 _。 假 定 分 布 在 質(zhì) 子源 到 靶 之 間 的 加 速 電 場 是 均 勻 的 ， 在 質(zhì) 子 束中 與 質(zhì) 子 源 相 距 L和 4L的 兩 處 ， 各 取 一 段 極短 的 相 等 長 度 的 質(zhì) 子 流 ， 其 中 的 質(zhì) 子 數(shù) 分 別為 n1和 n2， 則 n1 n2=_。2:1 .1025.6 15 課 堂 練 習(xí)