人教版物理選修3-1《電源和電流》ppt課件(

2.1電 源 和 電 流第 二 章 恒 定 電 流 陳 昌 海 2017年 10月 雷 鳴 電 閃 時 ,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 力 的 作 用 下 發(fā) 生定 向 移 動 形 成 電 流 . (瞬 時 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 裝 置 P,作 用 是 不 斷 地 把 電 子 從 A搬 運 到B， 使 AB之 間 始 終 存 在 一 定 的 電 場 ， 從 而 保 持 持 續(xù) 電 流 。裝 置 P電 源 - BA-A+ + + + _B_ _ _ _ 等 勢 體導(dǎo) 體 中 產(chǎn) 生 電 流 的 條 件 :導(dǎo) 體 兩 端 存 在電 勢 差A(yù) B水 池 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 流抽 水 機(jī) - -+A+ + + _B_ _P- -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 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 M N E0F FnFt二 .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 場二 .導(dǎo) 線 中 的 電 場導(dǎo) 體 內(nèi) 的 電 場 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 ， 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 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 在 上 一 章 中 曾 經(jīng) 得 出 結(jié) 論 :在 靜 電 平 衡 時 ,導(dǎo) 體 內(nèi) 部 的 場 強(qiáng) 為零 ,導(dǎo) 體 上 任 意 兩 點 之 間 的 電 勢 差為 零 (等 勢 體 ).這 與 我 們 現(xiàn) 在 的 說法 有 矛 盾 嗎 ?為 什 么 ?思 考 題 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(bǔ) 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 恒 定 電 場 由 穩(wěn) 定 分 布 的 電 荷 產(chǎn) 生穩(wěn) 定 的 電 場 稱 為 恒 定 電 場 . 恒 定 電 場電 場 強(qiáng) 度 大 小 不 變自 由 電 子 在 各 個 位 置 的 定 向 運 動 速 率 也 不 變串 一 個 電 流 表 ,讀 數(shù) 不 會 變(恒 定 電 流 ) 、 恒 定 電 流 tqI 電 流 ：1、 定 義 ： 用 單 位 時 間 內(nèi) 通 過 導(dǎo) 體 橫 截 面 的 電 量 表 示 電 流 強(qiáng) 弱 2、 公 式 ： Itq 4 、 方 向 ： 正 電 荷 定 向 移 動 的 方 向 金 屬 導(dǎo) 體 中 電 流 的 方 向 與 自 由 電 子 定 向 移 動 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 方 向 雖 然 相 反 ， 但 正 、 負(fù)離 子 定 向 移 動 形 成 的 電 流 方 向 是 相 同 的 ， 此 時 q為 正 電 荷 總電 荷 量 和 負(fù) 電 荷 總 電 荷 量 的 絕 對 值 之 和 。 例 1 某 電 解 池 ， 如 果 在 1s中 內(nèi) 共 有 5.0 1018個 二 價 正 離子 和 1.0 1019個 一 價 負(fù) 電 子 通 過 某 橫 截 面 ， 那 么 通 過這 個 橫 截 面 的 電 流 強(qiáng) 度 是 多 大 ？答 案 ： 3.2A 例 2 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=6.62 1023mol-1， 電 子 的 電 量 e=1.6 10-19C(假 設(shè) 每個 銅 原 子 只 提 供 一 個 電 子 參 與 導(dǎo) 電 ） 。 求 銅 導(dǎo) 線 中 自 由 電 子 定 向 移 動的 速 率 。解 ： 設(shè) 自 由 電 子 定 向 移 動 的 速 率 是 v, t時 間 通 過 橫截 面 的 電 荷 量 是 eNMNeQ AvtS由 tQI 得 M eI AvSN從 中 解 出 SNAIMv e代 入 數(shù) 值 后 得 v =7.5 10-5 m /s 計 算 時 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 一 段 粗 細(xì) 均 勻 的 導(dǎo) 體 長 為 l,兩 端 加 一 定 的 電 壓 ， 自 由 電荷 定 向 移 動 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 自 由 電 荷 量 為 q。- - - - -A B總 電 量 電 荷 總 數(shù) nqSvnlSql/vNqtQI l/v vt vsv例 3.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 =8.9 103 kg/m3 ， 銅的 摩 爾 質(zhì) 量 M=6.02 10-2 kg/mol， 阿 伏 加 德 羅常 數(shù) NA=6.62 10 23mol-1， 電 子 的 電 量 e=1.6 10 -19 C (假 設(shè) 每 個 銅 原 子 只 提 供 一 個 電 子 參 與導(dǎo) 電 ） 。 求 :銅 導(dǎo) 線 中 自 由 電 子 定 向 移 動 的 速 率AIMv SN e 57.5 10 /m s 答 案 ： 思 考 題 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. 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 力 作 用 而 定 向 移 動 形 成 電 流 。 （ 對 整 體 而 言 ）（ 2） 電 子 定 向 移 動 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 。 （ 對 每 個 電 子 而 言 ）（ 3） 電 子 熱 運 動 速 率 ， 任 何 微 觀 粒 子 都 做 無 規(guī) 則 運 動 ， 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 :導(dǎo) 線 內(nèi) 的 電 場 線 保 持 和 導(dǎo) 線 平 行 . (恒 定 電 場 )4、 恒 定 電 流 :大 小 方 向 都 不 隨 時 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 算 式小 結(jié) nqsvI 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 速 率 ,q為 每 個 自 由 電 荷 的 電 量