人教版高中物理选修3-1第二章第一节《电源和电流》课件.ppt

1、第一节第一节 电源和电流电源和电流第二章第二章 恒定电流恒定电流1 1、了解电流的、了解电流的形成形成条件，知道条件，知道电源的作用电源的作用和和导导体中的恒定电场体中的恒定电场。2 2、理解电流的定义，知道电流的单位、方向的、理解电流的定义，知道电流的单位、方向的规定，理解恒定电流；规定，理解恒定电流；3 3、经历金属导体内自由电子的定向移动速率的经历金属导体内自由电子的定向移动速率的推导过程；从微观的角度理解导体中电荷的定推导过程；从微观的角度理解导体中电荷的定向移动与电流的关系向移动与电流的关系。教学目标：教学目标：【思考与讨论】【思考与讨论】雷鸣电闪时雷鸣电闪时,强大的电流使天空强大的

2、电流使天空发出发出耀眼的闪光耀眼的闪光,B BA A-A A+_ _B B_ _ _ _ _ _ _ _1 1、电流形成的原理、电流形成的原理 思考一：导线思考一：导线 中产生的电流是中产生的电流是瞬时电流瞬时电流，如何使，如何使导线导线 中有中有持续电流持续电流呢？呢？一、电源一、电源水流水流A AB B连通器连通器水势水势A A水势水势B B2 2、抽水机的工作原理、抽水机的工作原理 思考二：如何使得连通思考二：如何使得连通器中存在持续的水流？器中存在持续的水流？水水 流流A AB B连通器连通器抽水机抽水机P PB BA A+_ _ _ _ _ _ _ _3 3、类比思想的运用、类比思想

3、的运用分析问题：分析问题：装置装置P P能源源不断的把电子从能源源不断的把电子从A A搬运到搬运到B B，从而，从而能能保保持持导体两端的导体两端的电势差电势差(电压电压),),从而使得电路中有从而使得电路中有持续持续的的电流电流 电源电源：电源就是：电源就是把自由电子从正把自由电子从正极搬迁到负极的极搬迁到负极的装置。装置。例例1 1 关于电源以下说法正确的是关于电源以下说法正确的是()A A电源的作用是在电源内部把电子由电源的作用是在电源内部把电子由负极不断地搬运到正极，从而保持两负极不断地搬运到正极，从而保持两极之间有稳定的电势差极之间有稳定的电势差B B电源的作用就是将其他形式的能转电

4、源的作用就是将其他形式的能转化为电能化为电能C C只要电路中有电源，电路中就一定只要电路中有电源，电路中就一定有电流有电流D D电源实质上也是一个用电器，也需电源实质上也是一个用电器，也需要外界提供能量要外界提供能量电源在搬运电荷的过程中，电源在搬运电荷的过程中，需要克服电场力做功，将其需要克服电场力做功，将其他形式的能转化为电能他形式的能转化为电能在电源内部，将正极上的电子在电源内部，将正极上的电子搬运到负极，维持电势差不变搬运到负极，维持电势差不变电路是否闭合？电路是否闭合？电源是对电路提供能量的装置，电源是对电路提供能量的装置，-+A+_B_PMNE0FFnFtMNE0E0E MNE导线

5、内很快导线内很快形成沿导线形成沿导线方向的电场方向的电场导体内的电场线保持和导线导体内的电场线保持和导线平行平行在电源正、负极之在电源正、负极之间连一根导线间连一根导线二二.导线中的电场导线中的电场 恒定电场：导线内的电场，是由电源、恒定电场：导线内的电场，是由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成导线等电路元件所积累的电荷共同形成的。尽管这些电荷也在运动，但的。尽管这些电荷也在运动，但有的流有的流走了，另外的又来补充（走了，另外的又来补充（达到动态平达到动态平衡）衡），所以电荷的分布是稳定的，那么，所以电荷的分布是稳定的，那么电场的分布也稳定。电场的分布也稳定。阅读教材阅读教材P41P41

6、由于恒定电场的作用由于恒定电场的作用,导体中自由电荷定导体中自由电荷定向运动的速率增加向运动的速率增加;而在运动过程中会与导而在运动过程中会与导体内不动的粒子碰撞从而减速体内不动的粒子碰撞从而减速,因此因此自由电荷自由电荷定向运动的平均速率不随时间变化定向运动的平均速率不随时间变化.如果我们如果我们在这个电路中串联一个电流表在这个电路中串联一个电流表,电流表的读数电流表的读数保持恒定保持恒定.大小方向都大小方向都不随时间变化不随时间变化的电流称为的电流称为恒定电流恒定电流三三.恒定电流恒定电流恒定电场恒定电场电场强度不变电场强度不变自由电荷在各个位置的定向运动速率也不变自由电荷在各个位置的定向

7、运动速率也不变串一个电流表串一个电流表,读数不会变读数不会变恒定电流恒定电流（2 2）定义：通过导体横截面的电荷量）定义：通过导体横截面的电荷量 q q 跟所用跟所用的时间的时间 t t 的比值称为电流。定义式：的比值称为电流。定义式：I I=q/tq/t三、电流三、电流（4 4）单位：国际单位制中，安培，符号）单位：国际单位制中，安培，符号 A A常用单位：毫安（常用单位：毫安（mAmA）微安（微安（A A）1A1A10103 3mAmA10106 6 A A（3 3）电流的方向：规定为）电流的方向：规定为正电荷正电荷定向移动的方向。定向移动的方向。（1 1）概念：电荷的定向移动形成电流。）

8、概念：电荷的定向移动形成电流。（5 5）物理意义：表示电流强弱程度的物理量。）物理意义：表示电流强弱程度的物理量。1 1、下列关于电流的说法中正确的是、下列关于电流的说法中正确的是 （）A.A.导体中产生电流的条件是导体中有自由运导体中产生电流的条件是导体中有自由运动的电荷动的电荷 B.B.电流的方向就是电荷的定向运动方向电流的方向就是电荷的定向运动方向 C.C.电流的方向和大小都不变的电流叫恒定电电流的方向和大小都不变的电流叫恒定电流流 D.D.电流的方向不变的电流叫恒定电流电流的方向不变的电流叫恒定电流 C C1.1.适用于适用于任何电荷任何电荷的定向移动形成的电流。的定向移动形成的电流。

9、2.2.电流为电流为标量标量，电流虽有方向但是标量。，电流虽有方向但是标量。3.3.电解液中正、负离子定向移动方向虽然相反，但电解液中正、负离子定向移动方向虽然相反，但 正、负离子定向移动形成的电流方向是相同的，正、负离子定向移动形成的电流方向是相同的，此时此时 q q 为正电荷总电荷量和负电荷总电荷量的绝为正电荷总电荷量和负电荷总电荷量的绝 对值之和对值之和。例例2 2、某电解池中，若在某电解池中，若在2 2秒的时间内各有秒的时间内各有1.01.010101919个二价正离子和个二价正离子和2.02.010101919个一价负离子通过截面，个一价负离子通过截面，那么通过这个截面的电流是多少？

10、那么通过这个截面的电流是多少？2s2s通过横截面的电荷量通过横截面的电荷量Q=Q=2 21.01.0101019191 1.6.61010-19-19+2.02.0101019191 1.6.61010-19-19=6.4C=6.4C由电流的定义：由电流的定义：I I=q/tq/t=6.4/2s=3.2A6.4/2s=3.2A注意：当正负电荷同时向相反的方向通过截面时，注意：当正负电荷同时向相反的方向通过截面时，电荷量应该是两者绝对值的和电荷量应该是两者绝对值的和 一段粗细均匀的导体一段粗细均匀的导体,两端加一定的电压，自由两端加一定的电压，自由电荷定向移动的速率为电荷定向移动的速率为 v v

11、,设导体的横截面积为设导体的横截面积为 S S ，导体每单位体积内的自由电荷数为导体每单位体积内的自由电荷数为 n n，每个自由，每个自由电荷量为电荷量为 q q。四、电流的微观表达式四、电流的微观表达式总电量总电量电荷总数电荷总数推导：推导：nqsvtnvtsqtNqtQIB B-A Avtvt-v v通过横截面的电荷量是通过横截面的电荷量是Av tSqn eNeM由由qIt得得AvSN eIM从中解出从中解出AIMvSNe代入数值后得代入数值后得 ：v v =7.5=7.5 1010-5-5 m/sm/s。例例3.3.有一条横截面积有一条横截面积 S S=1 mm=1 mm2 2 的铜导线

12、的铜导线 ，通过的电流，通过的电流 I I=1 A=1 A。已知铜的密度。已知铜的密度=8.9=8.910103 3 kg/mkg/m3 3，铜的摩尔质量，铜的摩尔质量 M M=6.4=6.41010-2-2 kg/molkg/mol，阿伏加德罗常数，阿伏加德罗常数 NNA A=6.62=6.62 101023 23 molmol-1-1，电子的电量，电子的电量 e e =1.6=1.61010-19-19 C C。求铜导线。求铜导线中自由电子定向移动的速率。中自由电子定向移动的速率。vtvt v v五、注意几个速度问题五、注意几个速度问题1 1、电流的传导速率等于电场的传播速率，即光速、电流

13、的传导速率等于电场的传播速率，即光速c=3.0c=3.010108 8m/sm/s。2 2、自由电子定向移动的速率，数量级约为、自由电子定向移动的速率，数量级约为1010-5-5m/sm/s3 3、自由电子做无规则热运动的平均速率，常温下、自由电子做无规则热运动的平均速率，常温下数量级为数量级为10105 5m/sm/s。（对整体而言对整体而言）（对每个电子而言对每个电子而言）3.3.关于电流的方向，下列叙述中正确的是关于电流的方向，下列叙述中正确的是 （）A.A.金属导体中电流的方向就是自由电子定向移动的方向金属导体中电流的方向就是自由电子定向移动的方向 B.B.在电解质溶液中有自由移动的正

14、离子和负离子，电流方向在电解质溶液中有自由移动的正离子和负离子，电流方向不能确定不能确定 C.C.不论何种导体，电流的方向规定为正电荷定向移动的方向不论何种导体，电流的方向规定为正电荷定向移动的方向 D.D.电流的方向有时与正电荷定向移动的方向相同，有时与负电流的方向有时与正电荷定向移动的方向相同，有时与负电荷定向移动的方向相同电荷定向移动的方向相同C C4.4.关于电流，下列说法中正确的是关于电流，下列说法中正确的是 （）A.A.通过导体截面的电量越多，电流越大通过导体截面的电量越多，电流越大 B.B.电子运动的速率越大，电流越大电子运动的速率越大，电流越大 C.C.因为电流有方向，所以电流

15、是矢量因为电流有方向，所以电流是矢量 D.D.单位时间内通过导体截面的电量越多，导体单位时间内通过导体截面的电量越多，导体中的电流越大中的电流越大 D D解：设电子圆周运动的周期为解：设电子圆周运动的周期为 T T，2rTv2eevITr5.5.原子中电子绕原子核的圆周运动可以等效为环原子中电子绕原子核的圆周运动可以等效为环形电流。设氢原子的电子以速率形电流。设氢原子的电子以速率 v v 在半径为在半径为 r r 的的圆周轨道上运动，电子的电量为圆周轨道上运动，电子的电量为e e ，等效电流有，等效电流有多大？多大？答案答案:evev/2/2r r1 1、形成电流的条件：、形成电流的条件：（1 1）存在自由电荷（）存在自由电荷（2 2）导体两端存在电压）导体两端存在电压2 2、电源的作用：提供持续的电压、电源的作用：提供持续的电压3 3、导线中的电场、导线中的电场:导线内的电场线保持和导线导线内的电场线保持和导线平行平行.(.(恒定电场恒定电场)4 4、恒定电流、恒定电流:大小方向都不随时间变化的电流大小方向都不随时间变化的电流.5 5、电流、电流:表示电流的强弱程度的物理量表示电流的强弱程度的物理量.（1 1）定义式）定义式 I=q/tI=q/t （2 2）金属导体中电流的计算式：）金属导体中电流的计算式：I I=nqsv=nqsv课堂小结课堂小结:谢谢大家