大学基础物理电子教案：13稳恒电流

1、第13章 稳恒电流,首页,第13章 稳恒电流,13.1 电流稳恒的条件,13.2 欧姆定律及其微分形式,13.3 焦耳定律,13.4 电源 电动势,13.6 基尔霍夫定律,13.5 不均匀电路的欧姆定律,习题课,卷首页,大学基础物理（2）电子教案,第一节:电流密度矢量之一电流强度,13.1 电流稳恒的条件,1.传导电流和运流电流,2.电流方向的规定,3.电流I的定义,章首页,13.1.1 电流强度,13.1 电流稳恒的条件,第一节:电流密度矢量之一电流密度矢量,13.1.3 电流密度矢量,1. 引入：为了细致地描写电流,分布情况而引入的物理量,2. 定义,的大小和方向在导体内各点的,章首页,1

2、3.1 电流稳恒的条件,电流密度矢量之3、4,3. 电流线密度,1）电流场与电流线,2）电流线密度,章首页,13.1 电流稳恒的条件,第一节:电流密度矢量之一电流恒定的条件之1、2,1. 电流的连续方程,单位时间内流出闭合曲面 S的正电荷,S中在单位时间内正电荷增量的负值,章首页,13.1.3 电流连续性方程 电流稳恒条件,13.1 电流稳恒的条件,第一节:电流密度矢量之一电流恒定的条件之3,3. 稳恒电场与静电场,相同点,分布、电场分布与 t 无关,不同点,c）场的维持,2. 电流恒定的条件,b）导体上的电荷,a）导体内的电场,满足高斯定理和环路定理；电荷,章首页,13.1 电流稳恒的条件,

3、第二节之一：欧姆定律,13.2 欧姆定律及其微分形式,13.2.1 欧姆定律,1.传导电流形成的必要条件,导体内部存在自由电荷和电场或导体两端存在,电势差,2.欧姆定律,3.适用范围,章首页,对金属导体、电解质溶液成立;对气态导体（如,日光灯管中的汞蒸汽）和电子管、晶体管不成立,13.2 欧姆定律及其微分形式,第二节之二：电阻率和电导率,13.2.2 电阻的计算,1.电阻的计算,2.电导率,3.电阻温度系数,章首页,13.2 欧姆定律及其微分形式,第二节之三：微分形式,13.2.3 欧姆定律的微分形式,1.积分形式,2.微分形式,矢量式,章首页,13.2 欧姆定律及其微分形式,13.2.4 金

4、属导电的经典微观解释,1.金属导电的微观机制,加速定向运动+破坏定向运动,2. 的证明,柱体内的 个 q将在 dt内全部流过 ds ，则dt内,通过 ds的电量为,漂移速度 逆电场方向运动,章首页,13.2 欧姆定律及其微分形式,第二节之四：微观解释3,3.微观解释,R不同 导体的点阵结构不同 自由电子与点阵,碰撞频率不同,自由电子与点阵碰撞频率程度大小的量度,对自由电子定向运动破坏作用大小的量度,章首页,13.2 欧姆定律及其微分形式,第三节：焦耳-楞次定律之一电功和电功率,13.3 焦耳定律,13.3.1 电流的功和功率,在电场力做功的过程中,电势能转化为其他形式的能量,章首页,13.3

5、焦耳定律,第三节：焦耳-楞次定律之二焦耳楞次定律,13.3.2 焦耳定律,1.积分形式,对于一段纯电阻电路，在 t 时间内，电流I耗散在R上,的热量和热功率为,2.微分形式,导体中圆柱体元上，其热功率密度为,将式积分形式应用,章首页,13.3 焦耳定律,第四节：电源 电动势之一电容器放电过程,13.4 电源 电动势,13.4.1 电容器放电过程,仅有静电力的作用，只可能,产生暂时的电流，而不可能产生稳定电流。 （恒定电流,线为闭合曲线，而静电场线不是,闭合曲线,13.4.2 电源的作用,1.电源提供非静电力的装置,章首页,13.4 电源 电动势,第13章作业(1,习题:9,10,12,14,预

6、习:13.513.6,第四节：电源 电动势之二电源的作用,正电荷不断地从B流向A,A、B上有稳定的电荷积累,1）外电路未接通分析,2）外电路接通分析,共同的作用结果 闭合电路中形成恒定电流,2.电源是能源转换的装置,干电池：化学能 静电能； 发电机：机械能,静电能；温差电源：热能 静电能,章首页,13.4 电源 电动势,第四节：电源 电动势之三电动势,13.4.3 电动势,2.电源电动势,1）定义：把单位正电荷从负极通过电源内部移到正,极， 所做的功，即,2）意义： 的大小反映了电源把其他形式的能量转,变成电能的本领,3.一般定义,把单位正电荷绕回路一周， 所做的功,1.非静电场强,章首页,1

7、3.4 电源 电动势,第五节不均匀电路的欧姆定律之一闭合回路1,13.5 不均匀电路的欧姆定律,13.5.1 闭合回路,1.闭合回路的欧姆定律,在时间t内的电源所做的功为,等于电流I在外、内电路释放的能量, 即,若外电路只含纯电阻R，则上式可改写为,章首页,13.5 不均匀电路的欧姆定律,第五节不均匀电路的欧姆定律之二不均匀回路1,13.5.2 不均匀电路,1.数电压法的两条基本规则,1）不均匀电路：包含有多个电阻,电源、分支点的一段电路,2）基本原则,I流过R，R两端的电势差为IR，其中电流流入端电势,高，流出端电势低,理想电压源的端电压为 ，其中正极电势高,负极电,势低,章首页,13.5

8、不均匀电路的欧姆定律,第五节不均匀电路的欧姆定律之二不均匀回路2,2.数电压法的步骤,1）选定顺序方向，假设各支路电流的,2）按顺序，若沿I方向跨过R，则电势降低IR; 反之,电势增加IR,3）按顺序，若沿 方向跨过 ，则电势增加 ; 反之,电势降低,4）以起点a 为基准，求出Ub，就得到Uab,方向,章首页,13.5 不均匀电路的欧姆定律,例3-1,例13.1 已知实际电路的一部分,如图,求Uab,解,数电压法求解,3.一段不均匀电路的欧姆定律,符号规定： 与顺序同向取,正号，反向取负号,章首页,13.5 不均匀电路的欧姆定律,第六节基尔霍夫定律之一基尔霍夫定律1,13.6 基尔霍夫定律,1

9、3.6.1 节点电流定律,章首页,13.6 基尔霍夫定律,1.表达式,流入(出)节点取-(,2.理论基础,应用于节点,13.6.2 回路电压定律,章首页,13.6 基尔霍夫定律,1.表达式,顺序同(反)向取+(,2.理论基础,应用于回路,第六节基尔霍夫定律之一基尔霍夫定律2(fig3-2未做,章首页,13.6 基尔霍夫定律,13.6.3 复杂电路的计算方法,1.复杂电路,复杂电路都是有分支的电路,在有分支的电路中，或是不止一,个支路有电源,或是电阻的联接既,一般电路中，支路数目P等于网孔数目m加上节点,不是串联，也不是并联,数目n 减去1,章首页,13.6 基尔霍夫定律,第六节基尔霍夫定律之二

10、复杂电路的计算方法2,2.支路电流法,以电路中各个支路的电流为未知数,按两条基尔霍夫定律列出m+(n-1)= P个独立的方程，可解,具体步骤为,1）统计电路的支路、节点和网孔的数目，假定各支路,电流的方向，标在电路图中,2）列出（n-1）个节点方程,3）选定各网孔回路的绕行方向,列m个回路电压方程,4）对 P = m+(n-1)个独立方程联立求解,出P个待求的支路电流,章首页,13.6 基尔霍夫定律,例3-2及解（1、2,例13.2 惠斯登电桥是用比较法来测量电阻,的一种简单而常用的仪器, R1,R2,R3,R4,的电流计, ab之间接一电动势为 的电源，当Ig=0时,电,桥处于平衡状态,求电

11、桥的平衡条件,解：P=6，m=3，n=4。假定各支路电流正方向如图,列节点方程,为电桥的臂,在c和d之间接一电阻为Rg,c,章首页,13.6 基尔霍夫定律,解（3、4,取顺时针绕向为各网孔回路正向，列回路方程,章首页,13.6 基尔霍夫定律,第六节基尔霍夫定律之二复杂电路的计算方法3,3.回路电流法,以回路电流为未知数，按回路电压,定律列方程求解，解题步骤为,1）先选取所有网孔,回路绕向和回路电流一致,标在图中,2）计算各自电阻、互电阻和回路电动势,列出回路方程,3）对m个独立回路方程联立求解（一般用行列式方法,求出m个回路电流,4）重新任意选取各支路电流的方向，建立回路电流与支,电流间的关系，再计算各个支路的电流,章首页,13.6 基尔霍夫定律,例3-3解（1、2,例13.3 用回路电流法求解如图电路中的支路电流,解：（1）回路及回路电流的绕向均为顺时针,2,SI制,章首页,13.6 基尔霍夫定律,解（3、4,4）设各支路电流方向如图所示,章首页,13.6 基尔霍夫定律,补10,11，作业,补10、如图a，一由