物理《電源和電流》課件新人教版選修高二.ppt

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2 1電源和電流 第二章恒定電流 雷鳴電閃時(shí) 強(qiáng)大的電流使天空發(fā)出耀眼的閃光 但它只能存在于一瞬間 而手電筒中的小燈泡卻能持續(xù)發(fā)光 這是為什么 一 電源 導(dǎo)體中的自由電荷在電場力的作用下發(fā)生定向移動(dòng)形成電流 瞬時(shí)電流 1 電流的形成 2 持續(xù)電流的形成倘若在A B之間連接一個(gè)裝置P 作用是不斷地把電子從A搬運(yùn)到B 使AB之間始終存在一定的電場 從而保持持續(xù)電流 裝置P 電源 等勢體 導(dǎo)體中產(chǎn)生電流的條件 導(dǎo)體兩端存在電勢差 導(dǎo)體中自由電子的定向移動(dòng)使兩個(gè)帶電體成為等勢體 達(dá)到靜電平衡 導(dǎo)線R中會產(chǎn)生一個(gè)瞬時(shí)電流 抽水機(jī) 電源 1 能把自由電子從正極搬到負(fù)極的裝置 2 作用 保持導(dǎo)體兩端的電勢差 電壓 使電路有持續(xù)的電流 A B P 假設(shè)在電源正 負(fù)極之間連一根導(dǎo)線 二 導(dǎo)線中的電場 A B P 假設(shè)在電源正 負(fù)極之間連一根導(dǎo)線 M N E0 F Fn Ft 導(dǎo)線內(nèi)很快形成沿導(dǎo)線方向的電場 二 導(dǎo)線中的電場 導(dǎo)體內(nèi)的電場線保持和導(dǎo)線平行 小結(jié) 形成電流的條件 1 存在自由電荷金屬導(dǎo)體 自由電子電解液 正 負(fù)離子 2 導(dǎo)體兩端存在電壓當(dāng)導(dǎo)體兩端存在電壓時(shí) 導(dǎo)體內(nèi)建立了電場 導(dǎo)體中的自由電荷在電場力的作用下發(fā)生定向移動(dòng) 形成電流 電源的作用是保持導(dǎo)體兩端的電壓 使導(dǎo)體中有持續(xù)的電流 我們在上一章中曾經(jīng)得出結(jié)論 在靜電平衡時(shí) 導(dǎo)體內(nèi)部的場強(qiáng)為零 導(dǎo)體上任意兩點(diǎn)之間的電勢差為零 等勢體 這與我們現(xiàn)在的說法有矛盾嗎 為什么 思考題 導(dǎo)線內(nèi)的電場 是由電源 導(dǎo)線等電路元件所積累的電荷共同形成的 盡管這些電荷也在運(yùn)動(dòng) 但有的流走了 另外的又來補(bǔ)充 所以電荷的分布是穩(wěn)定的 電場的分布也穩(wěn)定 恒定電場 恒定電場 由穩(wěn)定分布的電荷產(chǎn)生的穩(wěn)定的電場 稱為恒定電場 恒定電場 電場強(qiáng)度大小不變 自由電子在各個(gè)位置的定向運(yùn)動(dòng)速率也不變 串一個(gè)電流表 讀數(shù)不會變 恒定電流 恒定電流 電流 1 定義 大小 方向都不隨時(shí)間變化的電流用單位時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電量表示電流強(qiáng)弱 2 公式 4 方向 正電荷定向移動(dòng)的方向金屬導(dǎo)體中電流的方向與自由電子定向移動(dòng)的方向相反 可得 3 單位 安培A其他單位mA A 1 電流為標(biāo)量 電流雖有方向但是標(biāo)量 2 電解液中正負(fù)離子定向移動(dòng)方向雖然相反 但正 負(fù)離子定向移動(dòng)形成的電流方向是相同的 此時(shí)q為正電荷總電荷量和負(fù)電荷總電荷量的絕對值之和 例1某電解池 如果在1s中內(nèi)共有5 0 1018個(gè)二價(jià)正離子和1 0 1019個(gè)一價(jià)負(fù)電子通過某橫截面 那么通過這個(gè)橫截面的電流強(qiáng)度是多大 答案 3 2A 說明 例2有一條橫截面積S 1mm2的銅導(dǎo)線 通過的電流I 1A 已知銅的密度 8 9 103kg m3 銅的摩爾質(zhì)量M 6 4 10 2kg mol 阿伏加德羅常數(shù)NA 6 62 1023mol 1 電子的電量e 1 6 10 19C 假設(shè)每個(gè)銅原子只提供一個(gè)電子參與導(dǎo)電 求銅導(dǎo)線中自由電子定向移動(dòng)的速率 解 設(shè)自由電子定向移動(dòng)的速率是v t時(shí)間通過橫截面的電荷量是 由 得 從中解出 代入數(shù)值后得v 7 5 10 5m s 計(jì)算時(shí)S是如何處理的 N代表什么物理量 四 電流的微觀表達(dá)式 推導(dǎo) 一段粗細(xì)均勻的導(dǎo)體長為l 兩端加一定的電壓 自由電荷定向移動(dòng)的速率為v 設(shè)導(dǎo)體的橫截面積為s 導(dǎo)體每單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)為n 每個(gè)自由電荷量為q 例3 有一條橫截面積S 1mm2的銅導(dǎo)線 通過的電流I 1A 已知銅的密度 8 9 103kg m3 銅的摩爾質(zhì)量M 6 02 10 2kg mol 阿伏加德羅常數(shù)NA 6 62 1023mol 1 電子的電量e 1 6 10 19C 假設(shè)每個(gè)銅原子只提供一個(gè)電子參與導(dǎo)電 求 銅導(dǎo)線中自由電子定向移動(dòng)的速率 答案 思考題 如果認(rèn)為電子的定向運(yùn)動(dòng)速率就是電流的傳導(dǎo)速率 和我們的生活經(jīng)驗(yàn)是否相符 怎樣解釋 電子定向移動(dòng)的速率約10 5m s 電子熱運(yùn)動(dòng)的平均速率105m s 電場的傳播速率3 108m s 三種速度的區(qū)別 1 電流傳導(dǎo)速率等于光速 電路一接通 導(dǎo)體中的電子立即受到電場力作用而定向移動(dòng)形成電流 對整體而言 2 電子定向移動(dòng)速率 其大小與電流有關(guān) 一般每秒為10 2 10 3m的數(shù)量級 對每個(gè)電子而言 3 電子熱運(yùn)動(dòng)速率 任何微觀粒子都做無規(guī)則運(yùn)動(dòng) 其速度與溫度有關(guān) 通常情況為每秒幾百米 1 形成電流的條件 1 存在自由電荷 2 導(dǎo)體兩端存在電壓2 電源的作用 提供持續(xù)的電壓3 導(dǎo)線中的電場 導(dǎo)線內(nèi)的電場線保持和導(dǎo)線平行 恒定電場 4 恒定電流 大小方向都不隨時(shí)間變化的電流 5 電流 表示電流的強(qiáng)弱程度的物理量 1 定義式I q t 2 金屬導(dǎo)體中電流的計(jì)算式 小結(jié) n為單位體積內(nèi)自由電荷數(shù)目 S為導(dǎo)體橫截面積 v為電荷定向移動(dòng)速率 q為每個(gè)自由電荷的電量