高中物理人教版选修3-1同步教学大全：第二章-第1节：电源和电流课件.ppt

1、第二章第二章 恒定电流恒定电流第第 1 节节 电源和电流电源和电流 1.了解形成电流的条件了解形成电流的条件，知道电源的作用和导体中的恒定知道电源的作用和导体中的恒定电场电场 2理解电流的定义理解电流的定义，知道电流的单位、方向的确定知道电流的单位、方向的确定，会用公式会用公式qIt 分析相关问题分析相关问题 第二章第二章 恒定电流恒定电流一、电源一、电源 1定义定义：能把能把_从正极搬运到负极的装置从正极搬运到负极的装置 2作用作用(1)维持电路两端有一定的维持电路两端有一定的_(2)使闭合电路中保持持续的使闭合电路中保持持续的_ 电子电子电势差电势差电流电流 1(1)电源的作用是在电源内部

2、把电子由正极不断地搬运到负极电源的作用是在电源内部把电子由正极不断地搬运到负极，从而保持两极之间有一定的电势差从而保持两极之间有一定的电势差()(2)只要电路中有电源只要电路中有电源，电路中就一定有电流电路中就一定有电流()(3)电源实质上也是一个用电器电源实质上也是一个用电器()提示：提示：(1)(2)(3)二、恒定电流二、恒定电流 1恒定电场恒定电场(1)恒定电场：当电路达到稳定时恒定电场：当电路达到稳定时，导线中的电场是由，导线中的电场是由_等电路元件所积累的电荷共同形成的 这种由稳定等电路元件所积累的电荷共同形成的 这种由稳定分布的电荷所产生的分布的电荷所产生的_的电场的电场，叫恒定电

3、场叫恒定电场(2)特点：任何位置的电荷分布和特点：任何位置的电荷分布和_都不随时间变化都不随时间变化 电源、导线电源、导线稳定稳定电场强度电场强度2恒定电流恒定电流(1)定义：大小、定义：大小、_都不随时间变化的电流称为恒定电流都不随时间变化的电流称为恒定电流(2)公式：公式：I_或或 q_，其中：其中：I 表示电流表示电流，q 表示在时表示在时间间 t 内通过导体横截面的内通过导体横截面的_(3)单位：单位：_，简称安简称安，符号符号_；常用的电流单位还有毫；常用的电流单位还有毫安安(mA)、微安、微安(A)1 A_ mA；1 A_ A.方向方向qt ItIt电荷量电荷量安培安培A10310

4、6 2(1)通电后通电后，外电路中的电场为恒定电场外电路中的电场为恒定电场，在电场力作用下在电场力作用下，电荷将做匀加电荷将做匀加速运动速运动()(2)由由 Iqt知知，流过导体某一截面的电荷量流过导体某一截面的电荷量越大越大，电流越大电流越大()(3)粗细不均匀的通电导线粗细不均匀的通电导线，电流处处相等电流处处相等，越粗的位置越粗的位置，单位单位体积内的自由电荷数越少体积内的自由电荷数越少()提示：提示：(1)(2)(3)知识点一知识点一 电流的理解和计算电流的理解和计算 1电流的形成电流的形成(1)形成原因：电荷的定向移动形成原因：电荷的定向移动(2)形成条件：导体两端有电压形成条件：导

5、体两端有电压(3)电路中产生持续电流的条件：电路中有电源且电路闭合电路中产生持续电流的条件：电路中有电源且电路闭合 2电流的方向电流的方向：规定正电荷定向移动的方向为电流的方向规定正电荷定向移动的方向为电流的方向，则则负电荷定向移动的方向与电流的方向相反负电荷定向移动的方向与电流的方向相反 3电流的大小电流的大小 (1)定义式：定义式：Iqt.用该式计算出的电流是时用该式计算出的电流是时间间 t 内的平均值对内的平均值对于恒定电流于恒定电流，电流的瞬时值与平均值相等电流的瞬时值与平均值相等(2)两点说明两点说明 电解液中正、负离子定向移动的方向虽然相反电解液中正、负离子定向移动的方向虽然相反，

6、但正、负离子但正、负离子定向移动形成的电流方向是相同的定向移动形成的电流方向是相同的，应用应用 Iqt求电流时求电流时，q 为正为正电荷总电荷量和负电荷总电荷量的绝对值之和电荷总电荷量和负电荷总电荷量的绝对值之和 qIt 是是 Iqt的变形的变形，是求电荷量的重要公式其中是求电荷量的重要公式其中 I 是电流是电流在时间在时间 t 内的平均值内的平均值 4电流是标量电流是标量：电流虽然有方向电流虽然有方向，但是它遵循代数运算法则但是它遵循代数运算法则，所以电流不是矢量所以电流不是矢量，而是标量而是标量 对电流的理解对电流的理解 (多选多选)关于电流的概念关于电流的概念，下列说法中正确的是下列说法

7、中正确的是()A导体中有电荷运动就形成导体中有电荷运动就形成电流电流 B电流是一个矢量电流是一个矢量，其方向就是正电荷定向移动的方向其方向就是正电荷定向移动的方向 C在国际单位制中在国际单位制中，电流是一个基本物理量电流是一个基本物理量，其单位安培是基其单位安培是基本单位本单位 D对于导体对于导体，只要其两端电势差为只要其两端电势差为 0，电流也必为电流也必为 0 CD解析解析 金属导体中有大量的自由电子金属导体中有大量的自由电子，总在不停地做无规则运总在不停地做无规则运动动，没有定向运动没有定向运动，在一段时间在一段时间 t 内内，通过导体某一横截面的电通过导体某一横截面的电荷是双向的荷是双

8、向的，其数值又是相等的其数值又是相等的，电流为电流为 0，故选项故选项 A 错误电错误电流是一个标量流是一个标量，其运算不符合矢量运算法则 为了便于研究电流其运算不符合矢量运算法则 为了便于研究电流，人们规定正电荷定向移动的方向为电流方向人们规定正电荷定向移动的方向为电流方向，以区别于负电荷的以区别于负电荷的定向移动定向移动，故选项故选项 B 错误错误在国际单位制中在国际单位制中，共有七个基本物共有七个基本物理量理量，电流是其中之一电流是其中之一，故选项故选项 C 正确对于导体正确对于导体，其两端电其两端电势差为势差为 0 时时，导体内无电场导体内无电场，自由电荷不能定向移动自由电荷不能定向移

9、动，故电流为故电流为0，选项选项 D 正确正确 公式公式 Iqt的应用的应用 (2016重庆校级期中重庆校级期中)如图所示如图所示，电解电解池内有一价的电解液池内有一价的电解液，t s 内通过溶液内截面内通过溶液内截面S 的正离子数是的正离子数是 n1，负离子数是负离子数是 n2，设元电设元电荷为荷为 e，以下解释中正确的是以下解释中正确的是()A当当 n1n2时电流强度为零时电流强度为零 B当当 n1n2时时，电流方向从电流方向从 AB，电流强度为电流强度为 I（n1n2）et C当当 n1n2时时，电流方向从电流方向从 BA，电流强度为电流强度为 I（n2n1）et D溶液内电流方向溶液内

10、电流方向 AB，电流强度电流强度 I（n1n2）et D解析解析 正电荷定向移动方向就是电流方向正电荷定向移动方向就是电流方向，负电荷定向移动的负电荷定向移动的反方向也是电流方向反方向也是电流方向，A、B 错误；有正、负电荷反向经过同一错误；有正、负电荷反向经过同一截面时截面时，Iqt公式中公式中 q 应是正、负电荷电荷量绝对值之和应是正、负电荷电荷量绝对值之和，故故 In1en2et，电流方向由电流方向由 A 指向指向 B，与正负电荷的数量无关与正负电荷的数量无关，C错误错误，D 正确正确 求电流强度的技巧求电流强度的技巧 计算电流时计算电流时，要分清形成电流的电荷种类要分清形成电流的电荷种

11、类，是只有正电荷或负电是只有正电荷或负电荷荷，还是正、负电荷同时定向移动当正、负电荷都参与定向移还是正、负电荷同时定向移动当正、负电荷都参与定向移动时动时，正、负电荷对电流的形成都有贡献正、负电荷对电流的形成都有贡献 知识点二知识点二 电流的微观表达式电流的微观表达式 1建立模型：建立模型：如图所示如图所示，导体长为导体长为 l，两端加一定的电压两端加一定的电压，导导体体中的自由电荷沿导体定向移动的速率为中的自由电荷沿导体定向移动的速率为 v，设导体的横截面积设导体的横截面积为为 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，每个自由电荷的电每个自由电荷的电荷量为荷量为

12、 q.2理论推导：理论推导：AD 导体中的自由电荷总数：导体中的自由电荷总数：NnlS.总电荷量总电荷量 QNqnlSq.所有这些电荷都通过横截面所有这些电荷都通过横截面 D 所需要的时间：所需要的时间：tlv.根根据公式据公式 qIt，可得导体可得导体 AD 中的电流为中的电流为 IQtnlSqlvnqSv.3结论：结论：从微观上看从微观上看，电流取决于导体中单位体积内的自由电电流取决于导体中单位体积内的自由电荷数、每个自由电荷的电荷量、自由电荷定向移动速率的大小荷数、每个自由电荷的电荷量、自由电荷定向移动速率的大小，还与导体的横截面积有关还与导体的横截面积有关 铜的摩尔质量为铜的摩尔质量为

13、 m，密度为密度为，每摩尔铜原子有每摩尔铜原子有 n 个自个自由电子由电子，今有一根横截面积为今有一根横截面积为 S 的铜导线的铜导线，当通过的电流为当通过的电流为 I时时，电子平均定向移动速率为电子平均定向移动速率为()A光速光速 c BIneS C.IneSm DmIneS D解析解析 假设电子定向移动的速率为假设电子定向移动的速率为 v，那么在那么在 t 时间内通过导时间内通过导体横截面的自由电子数相当于在体积体横截面的自由电子数相当于在体积 vtS 中的自由电子数中的自由电子数，而体而体积为积为 vtS 的铜的质量为的铜的质量为 vtS，摩尔数为摩尔数为vtSm，所以电量所以电量 qv

14、tSnem，IqtvSnem，于是得：于是得：vImneS.(多选多选)(2016天水检测天水检测)截面积为截面积为 S 的导线中的导线中，通有大小为通有大小为 I 的电流 已知导线单位体积中有的电流 已知导线单位体积中有 n 个自由电子个自由电子，每每个自由个自由电子的电荷量是电子的电荷量是 e，自由电子定向移动的速率是自由电子定向移动的速率是 v，则在则在时间时间 t 内通过导线截面的电子数是内通过导线截面的电子数是()AnSvt Bnvt C.Ite DItSe AC解析：解析：根据电流的定义式可知根据电流的定义式可知，在在 t 内通过导线截面的电荷量内通过导线截面的电荷量qIt.所以在

15、这段时间内通过的自由电子数为所以在这段时间内通过的自由电子数为 NqeIte.由由于自由电子定向移动的速率是于自由电子定向移动的速率是 v，因此在时间因此在时间 t 内内，位于以截位于以截面面 S 为底为底，长为长为 lvt 的这段导线内的自由电子都能通过截的这段导线内的自由电子都能通过截面这段导线的体积面这段导线的体积 VSlSvt，所以所以 t 内通过截面内通过截面 S 的自的自由电子数由电子数 NnVnSvt.综上可知综上可知，A、C 正确正确 (1)电流的微观表达式电流的微观表达式 InqSv 也是由也是由 Iqt推导而来推导而来 (2)柱体模型的思想方法具有很普遍的意义柱体模型的思想

16、方法具有很普遍的意义，对空气流、水流等对空气流、水流等连续质点流同样适用连续质点流同样适用，应予以体会应予以体会 思想方法思想方法等效电流的求解方法等效电流的求解方法 等效电流的形成可以是电荷转动通过某一截面等效电流的形成可以是电荷转动通过某一截面，也可以是平动经也可以是平动经过某一过某一截面截面，根据电流的定义，只要电荷发生定向移动就可以看，根据电流的定义，只要电荷发生定向移动就可以看做产生了电流，而等效电流的计算要紧抓电荷定向移动方向上的做产生了电流，而等效电流的计算要紧抓电荷定向移动方向上的一个截面，看时间一个截面，看时间 t 内通过这个截面的电荷量的数值内通过这个截面的电荷量的数值 q

17、，可由可由 Iqt计算计算 半径为半径为 R 的橡胶圆环均匀带正电的橡胶圆环均匀带正电，总电荷量为总电荷量为 Q，现使现使圆环绕垂直环所在平面且通过圆心的轴以角速度圆环绕垂直环所在平面且通过圆心的轴以角速度 沿逆时针匀沿逆时针匀速转动速转动，则由环产生的等效电流方向沿什么方向？电流多大？则由环产生的等效电流方向沿什么方向？电流多大？解析解析 依据电流的定义式依据电流的定义式 Iqt，截取圆环的任一截面截取圆环的任一截面 S，在橡在橡胶圆环运动一周的时间胶圆环运动一周的时间 T 内内，通过这个截面的电荷量为通过这个截面的电荷量为 Q，则有：则有：IqtQT，又又 T2，所以所以 IQ2，方向与正

18、电荷定向移动的方向相同方向与正电荷定向移动的方向相同，即沿逆时针方向即沿逆时针方向 答案答案 见解析见解析 已知电子的电荷量为已知电子的电荷量为 e、质量为、质量为 m，氢原子的氢原子的电子在原子核的静电力吸引下做半径为电子在原子核的静电力吸引下做半径为 r 的匀速圆周运动的匀速圆周运动，则电则电子运动形成的等效电流大小为多少？子运动形成的等效电流大小为多少？解析：解析：根据电流的定义式去求解根据电流的定义式去求解，截取电子运动轨道的任一截面截取电子运动轨道的任一截面，在电子运动一周的时间在电子运动一周的时间 T 内内，通过这个截面的电荷量通过这个截面的电荷量 Qe，则则有：有：IQTeT，由库仑力提供向心力有：由库仑力提供向心力有：ke2r2m42T2r 整理得整理得 T2re mrk，解得解得 Ie22r2mkmr.答案：答案：Ie22r2mkmr.