21物理選修3-1電源和電流課件

2.1 電 源 和 電 流 電 閃 雷 鳴 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 流 的 形 成1 電 流 ： 電 荷 的 熱 運 動 ， 從 宏 觀 上 看 ， 不 能形 成 電 流 電 荷 的 定 向 移 動 形 成 電 流 - 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- -二 、 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 . 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 - -+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三 、 恒 定 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 場三 、 恒 定 電 場導(dǎo) 體 內(nèi) 的 電 場 線 保 持 和 導(dǎo) 線 平 行 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 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 四 、 恒 定 電 流 1、 大 小 方 向 都 不 隨 時 間 變 化 的 電 流 稱 為 恒定 電 流 . 2、 電 流 強(qiáng) 度 (I):表 示 電 流 的 強(qiáng) 弱 程 度 . 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 . 公 式 :I= q / t 單 位 :國 際 單 位 安 培 (A) 1A=1C/s 常 用 單 位 ： 毫 安 （ mA） 、 微 安 （ A） 方 向 :正 電 荷 定 向 移 動 的 方 向 （ 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 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； 1A 2、 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。 2A 課 堂 訓(xùn) 練 3 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 已 知 ： n為 單 位 體 積 內(nèi) 的 自 由 電 荷 的 個 數(shù) ，S為 導(dǎo) 線 的 橫 截 面 積 ， v為 自 由 電 荷 的定 向 移 動 速 率 . 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 例 題 :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 .vt vsv AIMv SN e 57.5 10 /m s 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. 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 課 堂 訓(xùn) 練3、 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 訓(xùn) 練4、 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(qiáng) 度 是 多 大 ？3.2 A 課 堂 訓(xùn) 練5、 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