河北师大附中高二物理精品课件选修3-1第二章第一节_电源与电流

1、Unit2恒定电流恒定电流 雷鸣电闪时雷鸣电闪时, ,强大的电流使天强大的电流使天空发出耀眼的闪光空发出耀眼的闪光, ,但它只能存在但它只能存在于一瞬间于一瞬间, ,而手电筒中的小灯泡却而手电筒中的小灯泡却能持续发光能持续发光, ,这是为什么这是为什么? ?问题问题1：产生电流的条件是什么？：产生电流的条件是什么？-BA-A+_B_（1 1）存在）存在自由电荷自由电荷金属导体金属导体自由电子自由电子电电 解解 液液正、负离子正、负离子（2 2）导体两端存在）导体两端存在电压电压当导体两端存在电压时，导体内建立了电场，导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

2、定向移动，形成体中的自由电荷在电场力的作用下发生定向移动，形成电流电流A、B之间有电势差A、B电势差为零问题问题2：导体导体中产生中产生持续持续电流的条件是什电流的条件是什么？么？AB连通器连通器水势水势A水势水势B抽水机抽水机水流-P-+A+_B_-1. 能把电子从能把电子从A搬运到搬运到B的装置。的装置。2.作用作用:保持保持导体两端的电势差导体两端的电势差(电压电压)，使电路有，使电路有持续持续的电流。的电流。这个装置就是电源。这个装置就是电源。A、B就是电源的两个极。就是电源的两个极。正极负极电源相当于电源相当于抽水机抽水机问题问题3：电源的作用是什么？：电源的作用是什么？电源电源+

3、+- -正极正极负极负极电源的作用：（1）从物理过程分析：就是通过非静电力把电子从正极搬运到负极，使电源两极间保持一定的电势差。使电路有持续的电流；（2）从能量转化和守恒的角度就是电源把其它形式的能转化为电能。F F-+A+_B_P-2.电场力做负功，电子的电势能增加，通过电源电场力做负功，电子的电势能增加，通过电源把其它形式的能转化为电能把其它形式的能转化为电能.1. 通过非静电力把电子从正极运到负极。通过非静电力把电子从正极运到负极。-+A+_B_P假设在电源正、负极之间连一假设在电源正、负极之间连一根导线，导线中的电场如何变根导线，导线中的电场如何变化，最终又会达到哪个状态？化，最终又会

4、达到哪个状态？MNE0FFnFt问题问题4：当导体两端有恒定：当导体两端有恒定的电势差，导体内建立了的电势差，导体内建立了何种电场何种电场?MNE0E0E MNE导线内很导线内很快形成沿快形成沿导线方向导线方向的电场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导线导线内的内的电场电场是由是由电源电源和导和导体中体中积累积累的电的电荷共荷共同形同形成的。成的。问题问题5：当导体两端的电势差恒定时，为什么导：当导体两端的电势差恒定时，为什么导体中产生的电场是恒定的？此时导体中的电流体中产生的电场是恒定的？此时导体中的电流为什么也是恒定的？为什么也是恒定的？尽管这些电荷也在运动，但

5、尽管这些电荷也在运动，但有的流走了，另外的有的流走了，另外的又来补充，又来补充，所以电荷的分布是稳定的，电场的分布也所以电荷的分布是稳定的，电场的分布也稳定。稳定。由稳定分布的电荷产生稳定的电场称为恒定电场。由于恒定电场的作用由于恒定电场的作用,导体中自由电荷定向运动的速率导体中自由电荷定向运动的速率增加增加;而在运动过程中会与导体内不动的粒子碰撞从而减速而在运动过程中会与导体内不动的粒子碰撞从而减速,因此自由电荷频繁地交替进行加速和减速，因此自由电荷频繁地交替进行加速和减速，自由电荷定向自由电荷定向运动的平均速率不随时间变化。运动的平均速率不随时间变化。如果我们在这个电路中串如果我们在这个电

6、路中串联一个电流表联一个电流表,电流表的读数保持恒定电流表的读数保持恒定.大小方向都不随时间变化的电流称为恒定电流。恒定电场电场电场强度电场强度不变自由电荷频繁交替进行加速和减速，平均自由电荷频繁交替进行加速和减速，平均速率速率不变串一个电流表串一个电流表, ,读数读数不会变恒定电流电流 由由稳定分布的电荷产生的电荷产生稳定的电场称为的电场称为恒定电场电场. . 问题问题6：怎样理解恒定电场和恒定电流？：怎样理解恒定电场和恒定电流？问题问题7：电流这个物理现象既有方向也有强弱。怎样描：电流这个物理现象既有方向也有强弱。怎样描述电流的强弱程度？怎样学好电流这个物理量。述电流的强弱程度？怎样学好电

7、流这个物理量。2、度量方式：、度量方式：4、矢量标量：标量、矢量标量：标量3、决定因素：、决定因素：1、引入目的、引入目的：反映了电流的强弱程度。反映了电流的强弱程度。国际单位：安培国际单位：安培（A）tqI 1C/s1A 5、单位换算：、单位换算：A10mA10A1636、测量方法：电流表等。、测量方法：电流表等。？电流（物理现象）方向:正电荷定向移动的方向。在在金属导体金属导体中，电流方向与中，电流方向与自由电荷（电子）自由电荷（电子）的定向移动方向的定向移动方向相相反反；在；在电解液中电解液中，电流方向与正离子定向移动，电流方向与正离子定向移动方向方向相同，与相同，与负离负离子子走向移动

8、方向走向移动方向相反。相反。导电时，是正负离子向相反方向定向移导电时，是正负离子向相反方向定向移动形成电流，动形成电流，电量电量q q表示通过截面的正、表示通过截面的正、负离子负离子电量电量绝对值之和绝对值之和。问题问题8：探究电流的微观表达式？：探究电流的微观表达式？nqSvtvtSnqtQIBCSvvtqqqq 导体中的电流与导体中单位体积内的自由电荷数、每个自由电荷的电量、导体的横截面积和自由电荷定向运动速率四个量成正比。问题问题9：知识应用举例：知识应用举例例题例题:有一条横截面积有一条横截面积S=1mm2的铜导线的铜导线,通过的电流通过的电流I=1A,已知铜的密度已知铜的密度=8.9

9、103kg/m3,铜的摩尔质量铜的摩尔质量M=6.410-2kg/mol,阿伏加德罗常数阿伏加德罗常数NA=6.021023mol-1,电子的电量电子的电量e=-1.610-19C,求铜导线中自由电子定向移求铜导线中自由电子定向移动的速率动的速率.可认为铜导线中平均每个铜原子贡献一个自由可认为铜导线中平均每个铜原子贡献一个自由电子。电子。SvtMNMNnAAneSvI m/s105 .75AeSNMIv问题问题10：既然电子的定向运动速率很小，：既然电子的定向运动速率很小，为什么闭合开关时电路中的电灯立刻就亮为什么闭合开关时电路中的电灯立刻就亮了呢？了呢？ 闭合开关的瞬间，电路中的各个位置迅速

10、建立了恒闭合开关的瞬间，电路中的各个位置迅速建立了恒定电场，在恒定电场的作用下，电路中各处的自由电子几定电场，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，整个电路也就几乎同时产生了电流。乎同时开始定向移动，整个电路也就几乎同时产生了电流。 电路接通时电灯中的电流并不是电源中的自由电子流了过来产生，而是灯丝内部的自由电子的定向移动产生的。电子定向移动的速率约电子定向移动的速率约10-5m/s，电子热运动的平均速率电子热运动的平均速率105m/s电场的传播速率电场的传播速率3108m/s.电流产生条件电流产生条件电源电源恒定电流恒定电流（1）存在自由电荷（存在自由电荷（2）导体两

11、端存在电压。导体两端存在电压。产生持续电流产生持续电流提供持续电流压提供持续电流压（1）通过非静电力把电子从正极搬运到通过非静电力把电子从正极搬运到负极；（负极；（2）把其它形式的能转化为电能。）把其它形式的能转化为电能。产生恒定电场产生恒定电场导体内的电场线保持和导线平行导体内的电场线保持和导线平行产生产生一、电流（物理现象）一、电流（物理现象）问题问题11：总结本节课所学内容。：总结本节课所学内容。1、方向：规定正电荷定向运动的方向为电流方向、方向：规定正电荷定向运动的方向为电流方向2、大小：用电流强度、大小：用电流强度I（简称电流）来描述。（简称电流）来描述。自由电荷频繁交替进行加速和减

12、速，平均自由电荷频繁交替进行加速和减速，平均速率速率不变问题问题11：总结本节课所学内容。：总结本节课所学内容。二、电流二、电流2、度量方式：、度量方式：4、矢量标量：标量、矢量标量：标量3、决定因素：、决定因素：1、引入目的、引入目的：反映了电流的强弱程度。反映了电流的强弱程度。国际单位：安培国际单位：安培（A）tqI 1C/s1A 5、单位换算：、单位换算：A10mA10A1636、测量方法：电流表等。、测量方法：电流表等。（1）宏观：）宏观：RUI 只适用纯电阻电路（不包含电源）只适用纯电阻电路（不包含电源）（2）微观：）微观：nqSvI BCSvvt流体的柱形模型怎样学好电流这个物理量

13、？怎样学好电流这个物理量？1 1mA=_A， 1A=_A。2把把 规定为电流的方规定为电流的方向，在金属导体中，电流方向与自由电子定向向，在金属导体中，电流方向与自由电子定向移动的方向移动的方向 。在电解质溶液中，电流的。在电解质溶液中，电流的方向与正离子定向移动的方向方向与正离子定向移动的方向 ，与负离，与负离子定向移动的方向子定向移动的方向 。在在电解液中电解液中，电流方向与正离子定向移动，电流方向与正离子定向移动方向方向相相同，与同，与负离子负离子走向移动方向走向移动方向相反。相反。导电时，是正导电时，是正负离子向相反方向定向移动形成电流，负离子向相反方向定向移动形成电流，电量电量q q

14、表表示通过截面的正、负离子示通过截面的正、负离子电量电量绝对值之和绝对值之和。3、一电子沿一圆周顺时针方向高速运动，周期、一电子沿一圆周顺时针方向高速运动，周期为为10-10s，则等效电流大小为，则等效电流大小为 A，电流方向是电流方向是 （填（填“顺时针顺时针”或或“逆时逆时针针” ）4关于电源的作用关于电源的作用,下列说法正确的是下列说法正确的是 ( )A.电源的作用是能为电电源的作用是能为电路提供自由电子提供自由电子B.电源的作用是使导体中形成电场电源的作用是使导体中形成电场C.电源的作用是能够保持导体两端的电压电源的作用是能够保持导体两端的电压D.电源的作用是使自由电荷定向移动起来电源

15、的作用是使自由电荷定向移动起来删去5下列叙述正确的是下列叙述正确的是 （ ）A导体中电荷运动就形成电流导体中电荷运动就形成电流B电流的国际单位是安培电流的国际单位是安培C因为电流强度有方向因为电流强度有方向,所以电流强度是矢量所以电流强度是矢量D导体中有电流通过时导体中有电流通过时,导体内部场强不为零导体内部场强不为零6关于电流的方向关于电流的方向,下列说法正确的是下列说法正确的是 （ ）A在金属导体中，电流的方向是自由电子定向移动的在金属导体中，电流的方向是自由电子定向移动的方向方向B在电解液中，电流的方向为负离子定向移动的方向在电解液中，电流的方向为负离子定向移动的方向C无论在何种导体中，

16、电流的方向都与负电荷定向移无论在何种导体中，电流的方向都与负电荷定向移动的方向相反动的方向相反D在电解液中，由于是正负电荷定向移动形成的电流，在电解液中，由于是正负电荷定向移动形成的电流，所以电流有两个方向所以电流有两个方向7关于电流的说法正确的是关于电流的说法正确的是 （ ）A根据根据I=q/t可知，可知，I与与q成正比成正比B如果在任何相等时间内通过导体横截面积的如果在任何相等时间内通过导体横截面积的电量相等，则导体中的电流是恒定电流电量相等，则导体中的电流是恒定电流C电流强度的方向规定为正电荷定向移动的方向D电流强度的单位电流强度的单位“安培安培”是国际单位制中的是国际单位制中的基本单位

17、基本单位8以下对导体中的电场理解正确的是（以下对导体中的电场理解正确的是（ ）A导体内的电场在稳定时是和导线平行的导体内的电场在稳定时是和导线平行的B导体内的电场由电源、导线等电路元件所积导体内的电场由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成累的电荷共同形成C导线中电场始终随时间而变化导线中电场始终随时间而变化D导体内的电场是一种动态的稳定导体内的电场是一种动态的稳定9通过一根金属导线的电流为通过一根金属导线的电流为16mA则则10s内内通过这根导线横截面的自由电子数为（通过这根导线横截面的自由电子数为（ ）A1.01017 B1.01018 C1.01019 D1.01020n=It/e=1

18、610-310/1.610-19=1.0101810在一次闪电中，持续时间为在一次闪电中，持续时间为0.005 s所所形成的平均电流为形成的平均电流为6.0104A，若闪电过程，若闪电过程中产生的电荷以中产生的电荷以0.5A的电流通过电灯，试的电流通过电灯，试求可供电灯照明的时间。求可供电灯照明的时间。Q=I1t1=I2t2 ，t2= I1t1/I2=600s1有一横截面积为有一横截面积为S的铜导线，流经其中的电流强度的铜导线，流经其中的电流强度为为I；设每单位体积的导线中有；设每单位体积的导线中有n个自由电子，电子的个自由电子，电子的电量为电量为e，此电子的定向移动速率为，此电子的定向移动速

19、率为v，在，在t时间内，时间内，通过导线横截面的自由电子数可表示为通过导线横截面的自由电子数可表示为 （ ）AnvS t Bnvt CIt /e D It /eSN=q/e= It /e，I=nevS，N=q/e= It /e =nevSt/e=nvStI=q/t，q=It2金属导体的密度是金属导体的密度是，横截面积是，横截面积是S，原子量，原子量是是M，每摩尔这种金属可提供，每摩尔这种金属可提供N个自由电子，当个自由电子，当该导体中的电流为该导体中的电流为 I 时，导体中自由电子的定时，导体中自由电子的定向移动的速率是向移动的速率是 。SNeIM3. 若氢原子的核外电子绕核作半径为若氢原子的

20、核外电子绕核作半径为r 的匀速的匀速圆周运动，则其角速度圆周运动，则其角速度=_；电子绕；电子绕核的运动可等效为环形电流，则电子运动的等核的运动可等效为环形电流，则电子运动的等效电流效电流I=_。（已知电子的质量为。（已知电子的质量为m，电量为电量为e，静电力恒量用，静电力恒量用k表示）表示）rmvrke222,2mrekv ,mrkre ,222mrkrerevTeI rmrke2224在彩色电视机的显像管中，从电子枪射出的在彩色电视机的显像管中，从电子枪射出的电子（初速度大小不计，电子（初速度大小不计，e=1.610-19C）在）在20kV的高压下被加速，并且形成的高压下被加速，并且形成1

21、mA的平均电流。电的平均电流。电子束的强弱受图像信号控制，并按一定的规律在子束的强弱受图像信号控制，并按一定的规律在荧光屏上扫描，形成电视画面。电视机以每秒荧光屏上扫描，形成电视画面。电视机以每秒25张画面的速率进行扫描，由于图面更换迅速和视张画面的速率进行扫描，由于图面更换迅速和视觉暂留，使我们看到了连续活动的图像，问：电觉暂留，使我们看到了连续活动的图像，问：电子轰击荧光屏时的动能为多大？平均每幅画面约子轰击荧光屏时的动能为多大？平均每幅画面约有多少个电子打在屏上有多少个电子打在屏上? J102 . 31020106 . 115319 eUEkQ=It=ne 14193105 . 2106

22、 . 125/110 eItn5银导线的横截面积银导线的横截面积S=4mm2，通以，通以I=2A的电的电流，若每个银原子可以提供一个自由电子，试推流，若每个银原子可以提供一个自由电子，试推导银导线单位长度上的自由电子数的计算公式，导银导线单位长度上的自由电子数的计算公式，并计算结果。并计算结果。(已知银的密度已知银的密度=10.5103kg/m3,摩尔质量摩尔质量M=108g/mol，阿伏伽德罗常数，阿伏伽德罗常数NA=6.021023mol-1，计算结果取一位小数，计算结果取一位小数)VSl，AANMSlNMVN n=N/l， ANMSlNn kg/mol10108mol1002. 6m10

23、4m/kg105 .1031232633 nm/103 . 223个学力学单位制有什么实际应用？ 6. 在显像管的电子枪中，从炽热的金属丝不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断放出的电子进入电压为U的加速电场，设其的加速电场，设其初速度为零，经加速后形成横截面积为初速度为零，经加速后形成横截面积为S、电、电流为流为I的电子束。已知电子的电量为的电子束。已知电子的电量为e、质量为、质量为m，则在刚射出加速电场时，一小段长为，则在刚射出加速电场时，一小段长为l的的电子束内的电子个数是（电子束内的电子个数是（ ） B. C. D.eUmeSlI2eUmelI2eUmeSI2e

24、UmelIS2221mveU tl / vQ=IteUmelIevlIetIeQN2 方法1：利用公式I=nqSv求解；2.根据I=q/t结合微元法求解。 问题问题1：产生电流的条件是什么？：产生电流的条件是什么？问题问题2：导体中产生持续电流的条件是什么？：导体中产生持续电流的条件是什么？问题问题3：从物理过程和能量转化两个方面来看电源作：从物理过程和能量转化两个方面来看电源作用是什么？用是什么？问题问题4：当导体两端有恒定的电势差，导体内建立了：当导体两端有恒定的电势差，导体内建立了何种电场何种电场?问题问题5：导体中的电场是由谁产生的：导体中的电场是由谁产生的?是变化的还是恒是变化的还是

25、恒定的？自由电荷在恒定电场中发生定向运动形成的电定的？自由电荷在恒定电场中发生定向运动形成的电流是变化的还是恒定的？流是变化的还是恒定的？问题问题6：怎样理解恒定电场和恒定电流？：怎样理解恒定电场和恒定电流？问题问题7：怎样描述电流的强弱程度？怎样学好电流这：怎样描述电流的强弱程度？怎样学好电流这个物理量？个物理量？问题问题8：推导电流的微观表达式。：推导电流的微观表达式。返回返回课堂互动讲练课堂互动讲练对电流的理解和计算对电流的理解和计算 如果导线中的电流为如果导线中的电流为1 mA，那么，那么1 s内通过内通过导体横截面的自由电子数是多少？若导体横截面的自由电子数是多少？若“220 V60

26、 W”的白炽灯正常发光时的电流为的白炽灯正常发光时的电流为273 mA，则，则20 s 内通过灯丝的横截面的电子数目是多少个？内通过灯丝的横截面的电子数目是多少个？【思路点拨】【思路点拨】根据公式根据公式qIt计算，注意单位的计算，注意单位的统一，记住每个电子所带电荷量统一，记住每个电子所带电荷量e1.61019 C.返回返回返回返回【答案答案】6.251015个个3.41019个个【借题发挥借题发挥】(1)金属导体中导电的是自由电子，金属导体中导电的是自由电子，自由电子所带电荷量自由电子所带电荷量e1.61019 C.(2)当自由电子定向移动通过导体横截面时，若通当自由电子定向移动通过导体横

27、截面时，若通过的自由电子个数为过的自由电子个数为 n，则，则 qItne.变式训练变式训练1一硫酸铜电解槽的横截面积为一硫酸铜电解槽的横截面积为2 m2，在在0.04 s 内若相向通过同一横截面的铜离子和硫内若相向通过同一横截面的铜离子和硫酸根离子分别为酸根离子分别为5.625 1018个和个和4.7351018个，个，则电解槽中的电流是多大？方向如何？则电解槽中的电流是多大？方向如何？返回返回答案答案：83 A方向与铜离子定向移动的方向相同方向与铜离子定向移动的方向相同返回返回 半径为半径为 R R 的橡胶圆环均匀带正电，总电荷的橡胶圆环均匀带正电，总电荷量为量为Q，现使圆环绕垂直环所在平面且通过圆心，现使圆环绕垂直环所在平面且通过圆心的轴以角速率的轴以角速率沿逆时针匀速转动，则由环产生沿逆时针匀速转动，则由环产生的等效电流方向沿什么方向？电流多大？的等效电流方向沿什么方向？电流多大？【思路点拨思路点拨】不管是否真的形成电流，假想成不管是否真的形成电流，假想成形成电流然后依据电流的定义式