《电源和电流》PPT课件.ppt

1、第二章 恒定电流 第1节 电源和电流,电流 1、电荷的定向移动形成电流。电荷的热运动，从宏观上看，不能形成电流物理意义：构成导体的电子在不停地做无规则热运动，由于热运动向各个方向运动的机会相等，故不能形成电流,等势体,2、 导体中产生电流的条件:导体两端存在电势差,导体中自由电子的定向移动使两个带电体成为等势体,达到静电平衡，导线R中会产生一个瞬时电流,一.电源,1.电源（干电池、蓄电池、发电机）能把自由电子从正极搬到负极的装置,保持导体两端的电势差(电压),使电路有持续的电流. 2 能量转化角度：非静电力做功从而把其他形式的能转化为电能,3 形成电流的条件： （1）存在自由电荷-金属导体-自

2、由电子 电解液-正、负离子 （2）导体两端存在电压 当导体两端存在电压时，导体内建立了电场，导体中的自由电荷在电场力的作用下发生定向移动，形成电流,A,_,_,_,B,_,_,_,_,_,P,M,N,E0,F,Fn,Ft,导线内很快形成沿导线方向的电场,导体内的电场线保持和导线平行,假设在电源正、负极之间连一根导线,导线中的电场,二.恒定电流,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的。尽管这些电荷也在运动，但有的流走了，另外的又来补充，所以电荷的分布是稳定的，电场的分布也稳定。 1、 这种由稳定分布的电荷所产生的稳定的电场 -恒定电场 （1） 在恒定电场中，基本性质与静电场

3、相同，在静电场中所讲的电势、电势差以及与电场强度的关系等，在恒定电场中同样适用。 （2） 导线内部的场强沿导线方向 （3）自由电荷定向运动的平均速率不随时间变化 恒定电流-大小和方向都不随时间变化的电流称为恒定电流,恒定电场,电场强度不变,自由电子在各个位置的定向运动速率也不变,串一个电流表,读数不会变,2 电流 电流-表示电流的强弱的物理量. （1）定义:通过导体横截面的电量q跟通过这些电量所用时间t的比值叫做电流 . （2）公式:I= q / t 如果在1s内通过导体横截面的电荷量是1 C，导体中的电流就是1 A （3）单位:国际单位 安培(A) 1A=1C/s 常用单位：毫安（mA）、微

4、安（A） （4）方向:（指电流的流向)正电荷定向移动的方向,说明适用于任何电荷的定向移动形成的电流。 在金属导体中，电流方向与自由电荷（电子）的定向移动方向相反,电流是标量它的运算不遵循平行四边形定则,在电解液中，电流方向与正离子定向移动方向相同，与负离子走向移动方向相反导电时，是正负离子向相反方向定向移动形成电流，电量q表示通过截面的正、负离子电量绝对值之和,例 某电解液中，若在2s内有1.0 x1019个二价正离子和2.0 x1019个一价负离子通过某截面,那么通过这个截面的电流是,6.4c 3.2A,三 金属导体内电流的微观解释 在加有电压的一段粗细均匀的导体AD上选取两个截面B和C，设

5、导体的横截面积为S导体每单位体积内的自由电荷数为n，每个电荷的电荷量为e，电荷的定向移动速率为v, 则在时间t内处于相距为vt 的两截面B、C间的所有自由电荷将通过截面C Q=(VtS)ne 所形成的电流为:I=Q/t=neSV 这个公式适用于金属导体,适用于导体,例1、关于电流的方向，下列叙述中正确的是 A金属导体中电流的方向就是自由电子定向移动的方向 B在电解质溶液中有自由的正离子和负离子，电流方向不能确定 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 D电流的方向有时与正电荷定向移动的方向相同，有时与负电荷定向移动的方向相同,C,例2、氢原子的核外只有一个电子，设电子在离原子核距

6、离为R的圆轨道上做匀速圆周运动。已知电子的电荷量为e，运动速率为v，求电子绕核运动的等效电流多大,七个基本单位： 米（m长度） 千克（Kg质量） 秒（s时间） 安培（I电流） 开尔文 （K热力学） 摩尔 （mol物质的量） 坎德拉（cd)（发光强度的单位,例半径为R的橡胶圆环均匀带正电，总电荷量为Q，现使圆环绕垂直环所在平面且通过圆心的轴以角速度匀速转动，则由环产生的等效电流判断正确的是 A若不变而使电荷量Q变为原来的2倍，则等效电流也将变为原来的2倍 B若电荷量Q不变而使变为原来的2倍，则等效电流也将变为原来的2倍 C若使、Q不变，将橡胶环拉伸，使环半径增大，等效电流将变大 D若使、Q不变，

7、将橡胶环拉伸，使环半径增大，等效电流将变小,答案AB,例题3:有一条横截面积S=1mm2的铜导线,通过的电流I=1A,已知铜的密度=8.9103kg/m3,铜的摩尔质量M=6.410-2kg/mol,阿伏加德罗常数NA=6.021023mol-1,电子的电量e=-1.610-19C,求铜导线中自由电子定向移动的速率.可认为铜导线中平均每个铜原子贡献一个自由电子,vt,s,思考题？如果认为电子的定向运动速率就是电流的传导速率，和我们的生活经验是否相符？怎样解释？ (1)电荷定向移动的速率约10-4-10-5 m/s， （2）电荷无规则热运动的平均速率105 m/s， （3）电场的传播速率（或电流

8、的传导速度）等于光速 3108 m/s. 1 、电子热运动的速率 物理意义：构成导体的电子在不停地做无规则热运动，由于热运动向各个方向运动的机会相等，故不能形成电流，常温下电子热运动的速率数量级为105 m/s,2 电流传导的速率-物理意义：闭合开关的瞬间，电路中各处以真空中光速c建立恒定电场，在恒定电场的作用下，电路中各处的自由电子几乎同时开始定向移动，整个电路也几乎同时形成了电流,例题4：来自质子源的质子（初速度为零），经一加速电压为800kV的直线加速器加速，形成电流强度为1mA的细柱形质子流。已知质子电荷e =1.6010-19C。这束质子流每秒打到靶上的质子数为_。假定分布在质子源到

9、靶之间的加速电场是均匀的，在质子束中与质子源相距L和4L的两处，各取一段极短的相等长度的质子流，其中的质子数分别为n1和n2，则n1n2=_,解：按定义有： 由于各处电流相同，设所取质子流长度为L，其中的质子数为n个，则由 而,例5有一横截面积为S的铜导线，流经其中的电流为I，设每单位体积的导线中有n个自由电子，每个自由电子的电荷量为q，此时电子定向移动的速率为v，则在t时间内，通过导体横截面的自由电子数目可表示为() AnvSt Bnvt C. D,答案AC,例6 在显像管的电子枪中，从炽热的金属丝不断放出的电子进入电压为U的加速电场，设其初速度为零，经加速后形成横截面积为S，电流为 的电子

10、束已知电子的电荷量为e,质量为m,则在刚射出加速电场时，一小段长 的电子束内的电子个数是,A,例 如图所示，一根横截面积为S的均匀长直橡胶棒上带 有均匀的负电荷，每单位长度上电荷量为q，当此棒 沿轴线方向做速度为v的匀速直线运动时，由于棒运动 而形成的等效电流大小为,A,q,v,B,q,v,C,q,v,S,D,q,v,S,例7 如图所示是静电除尘器示意图，A接高压电源正极，B接高压电源的负极，AB之间有很强的电场，空气被电离为电子和正离子，电子奔向正极A的过程中，遇到烟气中的煤粉，使煤粉带负电吸附到正极A上，排出的烟就成为清洁的了，已知每千克煤粉会吸附nmol电子，每昼夜除尘的质量为m，计算高

11、压电源的电流I.(电子电荷量设为e，阿伏伽德罗常数为NA，一昼夜时间为t.,A,B,1、形成电流的条件： （1）存在自由电荷（2）导体两端存在电压 2、电源的作用：提供持续的电压 3、导线中的电场:导线内的电场线保持和导线平行(恒定电场) 4、恒定电流:大小方向都不随时间变化的电流. 5、电流:表示电流的强弱程度的物理量. （1）定义式 I=q / t （2）金属导体中电流的计算式,小结,n 为单位体积内自由电荷数目，S 为导体横截面积， v为电荷定向移动速率 q为每个自由电荷的电量,例 同一根导线分别通以不同的电流，并保持温度不变，当电流较大时，以下说法正确的是 A单位体积数较多自由电子 B

12、自由电子定向移动速率较大 C自由电子热运动速率较大 D电流传导速率较大,答案B,本章主要内容有电阻的串并联、欧姆定律、电阻定律、焦耳定律、闭合电路的欧姆定律、电路中的能量守恒定律、多用电表、简单的逻辑电路等,通过本章学习要学会处理以下几类问题： (1)电路的简化：对复杂的电路，画出等效电路图，这是一项基本功，也是电路分析和计算的基础(2)动态直流电路的分析：电路中某些元件(如滑动变阻器的阻值)的变化，会引起电流、电压、电阻、电功率等相关物理量的变化，解决这类问题涉及的知识点多，要掌握一定的思维方法(3)非纯电阻电路的分析与计算(4)稳态、动态电阻和电容电路的分析与计算(5)故障电路的分析与判断此类问题紧密联系实际，对灵活运用知识的能力要求较高 (6)非线性电路的分析与求解,本章的核心内容是欧姆定律；重点是电路的分析和计算；难点