21电源和电流

1、导入新课灯泡发光灯泡发光你知道灯你知道灯泡是怎样泡是怎样发光的吗？发光的吗？各种各样的电源，你知道它们的用途吗？各种各样的电源，你知道它们的用途吗？知道这应用了怎样的原理制成的吗知道这应用了怎样的原理制成的吗?第一章第一章 恒定电流恒定电流 掌握电流的定义、公式和国际单位，掌握电流的定义、公式和国际单位，了解导体中产生电流的条件。了解导体中产生电流的条件。 知道电源的作用和导体中恒定电场。知道电源的作用和导体中恒定电场。初步体会动态平衡的思想。初步体会动态平衡的思想。1. 1.知识与能力知识与能力 理解电流的微观表达式，并从微观角理解电流的微观表达式，并从微观角度分析导体中电荷的定向移动与电流

2、之间度分析导体中电荷的定向移动与电流之间的关系。的关系。教学目标2. 2.过程与方法过程与方法 通过观察与思考理解电流的形成过程，利用通过观察与思考理解电流的形成过程，利用恒定电流的知识解决问题。恒定电流的知识解决问题。 应用现有电流知识解决实际中的问题，做到应用现有电流知识解决实际中的问题，做到理论与实践相结合。理论与实践相结合。3.3.情感态度与价值观情感态度与价值观 有参与实验总结规律的热情，从而能更方便有参与实验总结规律的热情，从而能更方便的解决实际问题。的解决实际问题。 将现有的科学文化知识与实践相结合，真正将现有的科学文化知识与实践相结合，真正做到学以致用。做到学以致用。 热爱科学

3、，积极参与到科学实践中。热爱科学，积极参与到科学实践中。重点：重点： 电流的定义、公式及导体中产生电流的电流的定义、公式及导体中产生电流的条件。条件。教学重难点电源的作用及导体中恒定电场的形成。电源的作用及导体中恒定电场的形成。 恒定电流是如何形成的，从微观角度恒定电流是如何形成的，从微观角度分析导体中电荷的定向移动与电流之间的分析导体中电荷的定向移动与电流之间的关系。关系。难点：难点： 电流的形成条件，恒定电场电流的形成条件，恒定电场是如何形成的。是如何形成的。 如何从微观角度分析导体中如何从微观角度分析导体中电荷的定向移动与电流之间的关电荷的定向移动与电流之间的关系。系。知识导航 电源在我

4、们日常生活中有着广泛的用电源在我们日常生活中有着广泛的用途，那你是否知道它的构成及工作原理？途，那你是否知道它的构成及工作原理？ 这是我们最常用这是我们最常用的干电池，你知道他的干电池，你知道他是如何工作的吗？是如何工作的吗？下面我们具体介绍一下：下面我们具体介绍一下：BA+-RBA-导体中自由电子导体中自由电子的定向运动使两的定向运动使两个带电体成为等个带电体成为等势体。势体。上图解析上图解析 A、B分别为带正负电荷导体，它们周围存分别为带正负电荷导体，它们周围存在着电场。用一条导线在着电场。用一条导线R将它们连接起来，如图将它们连接起来，如图中，导线中，导线R中的自由电子便会在静电力的作用

5、下中的自由电子便会在静电力的作用下定向运动，定向运动，B失电子，失电子，A得电子，周围电场迅速得电子，周围电场迅速减弱，减弱，A、B间的电势差很快消失，两个导体成间的电势差很快消失，两个导体成为等势体，达到静电平衡。在这种情况下，导为等势体，达到静电平衡。在这种情况下，导线线R中的电流只是瞬时的。中的电流只是瞬时的。如果在如果在A、B之间连接一之间连接一装置装置P（如右图），它能（如右图），它能源源不断地把经过导线源源不断地把经过导线R流到流到A的电子取走，不给的电子取走，不给B，使，使A、B周围的空间周围的空间（包括导线之中）始终存（包括导线之中）始终存在一电场，自由电子就能在一电场，自由电

6、子就能不断地在静电力作用下由不断地在静电力作用下由B经过经过R向向A定向移动，定向移动，是电路保持持续的电流。是电路保持持续的电流。BA+-RP-电源电源 我们知道电荷之间的相互作用是通过我们知道电荷之间的相互作用是通过电场发生的。且只要有电荷存在，电荷的电场发生的。且只要有电荷存在，电荷的周围就存在着电场，电场的基本性质是周围就存在着电场，电场的基本性质是 它它对放入其中的电荷有力的作用。对放入其中的电荷有力的作用。 那什么是恒定电场呢？它那什么是恒定电场呢？它又是怎样形成的？又是怎样形成的？思考思考恒定电场：恒定电场：电荷的分布是稳定的，电场的电荷的分布是稳定的，电场的分布也不随时间变化。

7、分布也不随时间变化。 由于恒定电场的作用，任何位置的电由于恒定电场的作用，任何位置的电场强度都不随时间变化，所以它的基本性场强度都不随时间变化，所以它的基本性质与静电场相同。质与静电场相同。注意注意 恒定电场中电场强度不随时间的变化而变化。恒定电场中电场强度不随时间的变化而变化。电场强电场强度处处度处处不改变不改变电流：电荷的定向移动形成电流。电流：电荷的定向移动形成电流。 电荷的定向移动和热运动是不同的，电荷的定向移动和热运动是不同的，热运动是无规则的运动不形成电流。热运动是无规则的运动不形成电流。提示提示导体中产生电流的条件导体中产生电流的条件导体两端存在电压。导体两端存在电压。 定义：定

8、义：通过导体横截面的电荷量跟通过这些通过导体横截面的电荷量跟通过这些电荷量所用的时间的比值称电流。电荷量所用的时间的比值称电流。公式：公式：q=It单位：单位：安培（符号安培（符号A）是国际单位制基本单位）是国际单位制基本单位AmA3101AA6101 电流电流 方向：跟正电荷定向移动方向相同，跟方向：跟正电荷定向移动方向相同，跟负电荷定向移动方向相反。负电荷定向移动方向相反。 电流的微观表达电流的微观表达式：式：I=nesv。式中式中n为单位体积内的自为单位体积内的自由电荷数，由电荷数，e是电子是电子电荷量，电荷量，s导体横截导体横截面积，面积，v为自由电子为自由电子定向移动速率。定向移动速

9、率。 电流虽有大小和方向，但运算电流虽有大小和方向，但运算法则遵守代数和法则，是标量。法则遵守代数和法则，是标量。 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。 由于恒定电场的作用，导体中子自由电由于恒定电场的作用，导体中子自由电荷定向运动的速率增加；而运动过程中会与荷定向运动的速率增加；而运动过程中会与导体内不动的粒子碰撞从而减速，因此自由导体内不动的粒子碰撞从而减速，因此自由电荷定向移动的平均速度不随时间变化。电荷定向移动的平均速度不随时间变化。恒定电流的产生恒定电流的产生让我们观察一下恒定电流的形成。让我们观察一下恒定电流的形成。点电荷的定向点电荷的定向移

10、动形成电流移动形成电流注意注意 公式公式q=It中中q是通过导体横截面的电荷是通过导体横截面的电荷量，不是单位面积的电荷量，如果是正、负量，不是单位面积的电荷量，如果是正、负两种电荷往相反方向定向通过横截面而形成两种电荷往相反方向定向通过横截面而形成电流，形成的电流方向相同，电流，形成的电流方向相同， q应是两种电应是两种电荷电荷量之和。荷电荷量之和。课堂小结 电源就是能把电子从一个地方转移到另一电源就是能把电子从一个地方转移到另一个地方的装置，它能使电子运动的两端始终存个地方的装置，它能使电子运动的两端始终存在一定的电场，使两端维持着一定的电势差，在一定的电场，使两端维持着一定的电势差，由于

11、这个电场，自由电子就能不断地在静电力由于这个电场，自由电子就能不断地在静电力作用下在导体中定向移动。作用下在导体中定向移动。有稳定分布的电荷所产生的稳定的电场有稳定分布的电荷所产生的稳定的电场恒定电场中电场强度不随时间的变化而恒定电场中电场强度不随时间的变化而变化，其电场线不相交也不闭合。变化，其电场线不相交也不闭合。恒定电场的基本性质与静电场相同恒定电场的基本性质与静电场相同电荷的定向移动形成电流。电荷的定向移动形成电流。大小方向都不随时间变化的电大小方向都不随时间变化的电流是恒定电流。流是恒定电流。公式：公式：q=It。单位是安培（简单位是安培（简称安），符号是称安），符号是A。电流的微观

12、表式是电流的微观表式是 。nqsvI 恒定电流的形成是由于恒定电恒定电流的形成是由于恒定电场的作用。场的作用。课堂练习1.下列说法正确的是：（下列说法正确的是：（ ）。）。 A.金属导体导电，只是自由电子作定向移动；金属导体导电，只是自由电子作定向移动； B.电解液导电，正、负离子都作定向移动；电解液导电，正、负离子都作定向移动； C.气体导电，一定只有正离子作定向移动；气体导电，一定只有正离子作定向移动； D.气体导电，正、负离子和自由电子都作定向气体导电，正、负离子和自由电子都作定向移动。移动。 BD 2.导体中的电流是这样产生的：当在一根导体中的电流是这样产生的：当在一根长度长度l，横截

13、面积为，横截面积为S的均匀导体两端加上电压的均匀导体两端加上电压U,导体出现一匀强电场，到体内的自由电子（导体出现一匀强电场，到体内的自由电子（e）受匀强电场的电场力作用而减速，同时由于与受匀强电场的电场力作用而减速，同时由于与做无规则运动的阳离子碰撞而受到阻碍，这样做无规则运动的阳离子碰撞而受到阻碍，这样边反复进行边向前移动。可以认为阻碍电子运边反复进行边向前移动。可以认为阻碍电子运动的阻力大小与电子移动的平均速度动的阻力大小与电子移动的平均速度v成正比，成正比，其大小可以表示成其大小可以表示成kv（k是常数）。当电子所受是常数）。当电子所受电场力与阻力大小相等时，导体中形成恒定电电场力与阻

14、力大小相等时，导体中形成恒定电流。则该导体的电阻是（流。则该导体的电阻是（ ）。）。AA.D.C.B.)()(2nSekl)()(2nlekS)()(2nlSek)()(nlekS提示提示IUR nqsvI 运用以下两个公式求解。运用以下两个公式求解。 3.如右图所示的电解池接入电路后，在如右图所示的电解池接入电路后，在t秒内，有秒内，有n1个个1价正离子通过溶液内截面价正离子通过溶液内截面s，有有n2个个1价负离子通过溶液内截面价负离子通过溶液内截面s，设，设e为元为元电荷，以下说法正确的是（电荷，以下说法正确的是（ ）。）。+ +- -A AB B+ + +- - -DA.当当n1= n2

15、时电流强度为零；时电流强度为零；B.当当n1 n2时，电流方向从时，电流方向从A指向指向B,电流强度电流强度tennI)(21 C.当当n1 n2时，电流方向从时，电流方向从B指指向向A，电流强度，电流强度 。 tennI)(21D.电流方向从电流方向从A指向指向B，电流强度，电流强度 。tennI)(214.关于电流强度，下列说法正确的是（关于电流强度，下列说法正确的是（ ）。）。 A.导线内自由电子定向移动速率等于电流的导线内自由电子定向移动速率等于电流的传导速率。传导速率。 B.电子运动的速率越大，电流强度越大。电子运动的速率越大，电流强度越大。 C.电流强度是一个矢量，其方向就是正电荷

16、电流强度是一个矢量，其方向就是正电荷移动的方向。移动的方向。 D.在国际单位制中，电流强度是一个基本物在国际单位制中，电流强度是一个基本物理量，其单位安培是一个基本单位。理量，其单位安培是一个基本单位。D 5.若氢离子的核外电子绕核做半径为若氢离子的核外电子绕核做半径为r的的匀速圆周运动，则其角速度匀速圆周运动，则其角速度w=电子绕核的运动可等效为环形电流，则电子运电子绕核的运动可等效为环形电流，则电子运动的等效电流动的等效电流I= 。（已知电子的质量为（已知电子的质量为m,电荷量为电荷量为e，静电力恒量，静电力恒量用用k表示）表示）32mrkeremrk22 6.在横截面积为在横截面积为0.

17、5m2的电解液中。（的电解液中。（1）若若5秒内沿相反方向通过此横截面的正、负秒内沿相反方向通过此横截面的正、负离子的电荷量均为离子的电荷量均为5C,则电解液中的电流为则电解液中的电流为_。（2）若）若5秒内到达阳极的负离子和到达阴极秒内到达阳极的负离子和到达阴极的正离子均为的正离子均为5C,则电流为则电流为_。2A1AtqI 式中式中q是通过整个截面的是通过整个截面的电荷量，并非单位面积通过电荷量，并非单位面积通过的电荷量。的电荷量。高考链接 1.（2006.天津理综天津理综.21）在显像管的电子枪）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中，从炽热的金属丝不断放出的电子进入

18、电压为为U的加速电场，设其初速度为零，经加速后形的加速电场，设其初速度为零，经加速后形成横截面积为成横截面积为S、电流为、电流为I的电子束。已知电子的的电子束。已知电子的电量为电量为e、质量为、质量为m，则在刚射出加速电场时，则在刚射出加速电场时，一段长为一段长为 l的电子束内的电子个数是：（的电子束内的电子个数是：（ ）。）。BA.B.eUmelI2C. eUmeSlI2eUmeSI2D. eUmelIS2解：电子加速后，解：电子加速后， ， ，221mveU meUv2设单位长度内自由电子数为设单位长度内自由电子数为n, ,由经典磁理论得由经典磁理论得 ， ，nevI meUeIevn21

19、eUmeI2n总总= ,= ,所以所以B选项正确。选项正确。eUmelIln2提示提示 从微观角度推导电流的表达式，是必须从微观角度推导电流的表达式，是必须理解掌握的内容。因为这种研究处理问题的理解掌握的内容。因为这种研究处理问题的基本思路对将来学习安培力和洛伦兹里的关基本思路对将来学习安培力和洛伦兹里的关系以及从微观角度研究压强，还有学习分子系以及从微观角度研究压强，还有学习分子动理论部分知识都有较大的帮助。关键是建动理论部分知识都有较大的帮助。关键是建立这种粒子运动的微观模型。立这种粒子运动的微观模型。问题与练习 1.答：如果用导线把两个带异号电荷的导答：如果用导线把两个带异号电荷的导体相

20、连，导线中的自由电子会在静电力的作用体相连，导线中的自由电子会在静电力的作用下定向移动，使带负电荷的导体失去电子，带下定向移动，使带负电荷的导体失去电子，带正电荷的导体得到电子。这样会使得两导体周正电荷的导体得到电子。这样会使得两导体周围的电场迅速减弱，它们之间的电势差很快消围的电场迅速减弱，它们之间的电势差很快消失，两导体成为一个等势体，达到静电平衡。失，两导体成为一个等势体，达到静电平衡。因此，导线中的电流是瞬时的。因此，导线中的电流是瞬时的。 如果用导线把电池的正负极相连，由于电池如果用导线把电池的正负极相连，由于电池能源源不断地把经过导线流到正极的电子取走，能源源不断地把经过导线流到正极的电子取走，补充给负极，是电池两极之间始终保持一定数量补充给负极，是电池两极之间始终保持一定数量的正、负电荷，两极周围的空间（