21电源和电流(曾凡元)解析课件.ppt
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- 21 电源 电流 曾凡元 解析 课件
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1、第第2章恒定电流章恒定电流 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定向移动,形成体中的
2、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之间之间有电势差有电势差A、B间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么?电流的条件是什么?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+-正极正极
3、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,根导线,导线中的电场导线中的电场如何变如何变化,最终又会达到哪个状态?化,最终又会达到哪个状态?MN
4、E0FFnFt问题问题4:当导体两端有恒定的电:当导体两端有恒定的电势差,导体内建立了何种电场势差,导体内建立了何种电场?MNE0E0E MNE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(阅读教材阅读教材P41)问题问题5:当导体两端的电势差恒定时,:当导体两端的电势差恒定时,为什么导体中产生的为什么导体中产生的电场是恒定的电场是恒定的?此时导体中的?此时导体中的电电流为什么也是恒定流为什么也是恒定的?的?1 1、由、由稳定稳定分布的电荷产生分布的电荷产生稳定稳定的电场的电场称为恒定电场。称为恒定电场。自由电荷定向运动的平均速率不随时间变化。自由电荷定向运动的平均速率不随时间变化
5、。如果电路中串联一个电流表如果电路中串联一个电流表,电流表的读数保持恒定电流表的读数保持恒定.2 2、大小、方向都不随时间变化大小、方向都不随时间变化的电流称为恒定电流。的电流称为恒定电流。MNE问题问题6: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?述电流的强弱程度?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:反映了电流的强弱程度。、引入目的: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:
6、电流表等、测量方法:电流表等?电流(物理现象)方向电流(物理现象)方向:正电荷定向移动的方向。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)的定向移的定向移动方向动方向相反相反;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,是正负离子向相反方向定导电时,是正负离子向相反方向定向移动形成电流,向移动形成电流,电量电量q q表示通过表示通过截面的正、负离子截面的正、负离子电量电量绝对值之和绝对值之和。问题问题7:探究电流的微观表达式?:
7、探究电流的微观表达式?tQI BCSvtq 导体中的电导体中的电流的决定因素流的决定因素的电量为:内流过截面时间CtQnVq)(vtSnqtvtSnqnqSv导体中单位体积内的自由电荷数导体中单位体积内的自由电荷数每个自由电荷的电量每个自由电荷的电量导体的横截面积导体的横截面积自由电荷定向运动速率自由电荷定向运动速率应用举例应用举例例题例题: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,已已知铜的密度知铜的密度=8.9103kg/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,
8、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动的速率求铜导线中自由电子定向移动的速率.可认为铜可认为铜导线中平均每个铜原子贡献一个自由电子。导线中平均每个铜原子贡献一个自由电子。Svtm/s105.75AeSNMIv解得ANMmn neq tqI 由电流的定义:B CANMvts)(小结:电流的微观表达式小结:电流的微观表达式tQI Svt(1)单位体积有单位体积有n个自由电荷个自由电荷QnVq)(vtSnq(2)每摩尔含有每摩尔含有N个自由电荷个自由电荷QNqMmNqMvts)(3)单位长度含有单位长度含有n个自由电荷个自由电荷QnLq)(vtnq思路:构造物思路:
9、构造物理模型,找出理模型,找出时间时间t内通过截内通过截面的电量面的电量问题:既然电子的定向运动速率很小,为什么问题: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了呢?闭合开关时电路中的电灯立刻就亮了呢?说明说明(1)闭合开关的瞬间,电路中的各个位置迅速建闭合开关的瞬间,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,立了恒定电场,在恒定电场的作用下,电路中各处的自由电路中各处的自由电子几乎同时开始定向移动电子几乎同时开始定向移动,整个电路也就几乎同时产生,整个电路也就几乎同时产生了电流。这个速度叫电流的传导速度。了电流。这个速度叫电流的传导速度。(2 2)电路接通
10、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。这个速度叫自由电荷定向移动的速度。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电场的传导速率电场的传导速率3108m/s.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线速度的轴以线速度v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?等效电流问
11、题等效电流问题【思路点拨思路点拨】不管是否真的形不管是否真的形成电流,假想成形成电流然后依成电流,假想成形成电流然后依据电流的定义式求得电流大小据电流的定义式求得电流大小【答案答案】见精讲精析见精讲精析变式训练变式训练2半径为半径为 R 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,现使圆环绕垂直环所在平面且通,现使圆环绕垂直环所在平面且通过圆心的轴以角速度过圆心的轴以角速度匀速转动,则由环产生的匀速转动,则由环产生的等效电流应有等效电流应有()A若若不变而使电荷量不变而使电荷量Q变为原来的变为原来的2倍,则电倍,则电流也将变为原来的流也将变为原来的2倍倍B若电荷量若
12、电荷量Q不变而使不变而使变为原来的变为原来的2倍,则电倍,则电流也将变为原来的流也将变为原来的2倍倍C若使若使、Q不变,将橡胶环拉伸,使环半径增不变,将橡胶环拉伸,使环半径增大,电流将变大大,电流将变大D若使若使、Q不变,将橡胶环拉伸,使环半径增不变,将橡胶环拉伸,使环半径增大,电流将变小大,电流将变小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
13、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:、
14、决定因素:1、引入目的:反映了电流的强弱程度。、引入目的: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?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
15、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
16、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
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