11.1电源和电流 课件（29张PPT）

电源和电流
生活中的“电现象”
雷鸣电闪时，强大的电流在天空发出耀眼的光，持续极短的时间，
都市中的霓虹灯，持续发光．
1、电流的形成
一般的导体内部，电荷做无规则的自由运动
若使导体处于电场内，电荷会在电场的作用下做定向移动，形成电流。
E
1、电流的形成
电荷的定向移动形成了电流
思考：用导线连接两个分别带等量正负电荷的导体，导体中有没有电流？
如有，能否持续？
+
+
+
A
+
+
+
+
_
_
B
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_
_
+
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_
-
-
-
+
A
B
A得到电子，B失去电子，周围电场迅速减弱.
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，导线中产生一个瞬时电流。
1、电流的形成
要点1、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
要点2、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，导线中会产生一个瞬时电流
要点3、导体中产生电流的条件: ①存在自由电荷；（金属导体中为自由电子、电解液当中为正负离子。）②导体两端存在电势差
思考：如何产生持续的电流？
类比探究
如图，若在水池A、B之间用一个细管连起来，则水在重力的作用下从水池A到水池B做定向移动，A、B之间的高度差很快消失，水管中只可能有一个瞬间的水流.
A
B
水池
抽水机
措施：可将B中的水用抽水机抽到A中，保持水池A、B的水面有一定的高度差。
怎样才能使水管中有源源不断的水流呢？
如果在A、B之间接上一个装置P，它能把经过导线R流到A的电子取走，补充给B，使A、B始终保持一定数量的正、负电荷，则导体两端始终具有电势差，电路能产生持续的电流。
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-
-
+
A
+
+
+
+
+
+
+
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_
_
B
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_
_
_
P
-
-
R
思考：如何产生持续的电流？
2、电源
P
-
-
+
+
+
A
+
+
+
+
+
_
_
_
B
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_
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_
_
-
-
-
搬运电荷
1、定义：能把自由电子从正极搬到负极的装置.
2、作用：保持导体两端的电势差(电压),使电路有持续的电流.
问题：
电源P把电子从A搬运到B的过程中,电子的电势能如何变化？从能量的角度看发挥了怎么样的作用？
答：电子的电势能增大，从能量角度看，电源是通过非静电力做功把其它形式的能转化为电势能的装置。
-
-
-
A
+
+
+
+
+
+
B
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_
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_
H
P
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-
-
-
+
A
+
+
+
+
+
+
+
_
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_
B
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_
_
_
_
P
M
N
E0
F
Fn
Ft
M
N
E0
E0
E′

M
N
E
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
-
扩展：导线中的电场
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。-----恒定电场 （动态平衡）

由稳定分布的电荷产生稳定的电场称为恒定电场
P
-
-
+
+
+
A
+
+
+
+
+
_
_
_
B
_
_
_
_
_
-
-
-
搬运电荷
3、恒定电流
由于恒定电场的作用,导体中自由电荷定向运动的速率增加;而在运动过程中会与导体内不动的粒子碰撞从而减速,因此自由电荷定向运动的平均速率不随时间变化.如果我们在这个电路中串联一个电流表,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
电场强度大小不变
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(恒定电流)
恒定电流
3、恒定电流
（1）定义：大小方向都不随时间变化的电流称为恒定电流
（2）用电流(I)，表示电流的强弱程度。
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.
（3）公式：I=q/t
（4）单位：国际单位：安培(A) 1A=1C/s；常用单位：毫安(mA)、微安(μA)
电流是标量，方向规定为正电荷的定向移动方向。
1、在金属导体中，若10s内通过横截面的电量为10C，则导体中的电流为________A；


对点训练
1
时间t
横截面通过的电量q
2、某电解槽横截面积为0.5m2，若10s内沿相反方向通过横截面的正负离子的电量均为10C，则电解液中的电流为_______A．
正离子电荷量是多少？负离子电荷量是多少？
总电荷量是多少？
2
对点训练
（1）适用于任何电荷的定向移动形成的电流。
（5）注意
I
（2）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。
3、某电解质溶液，如果在1 s内共有5.0×1018个二价正离子和1.0×1019个一价负离子通过某横截面，那么通过电解质溶液的电流强度是多大？
解析：设在t=1s内，通过某横截面的二价正离子数为n1，一价负离子数为n2，元电荷的电荷量为e，则t 时间内通过该横截面的电荷量为q=（2n1+n2）e
电流强度为I=q/t=1.6×10-19×2×1019A=3.2 A
易错训练
电流的微观表达式
推导：
一段粗细均匀的导体长为l,两端加一定的电压，自由电荷定向移动的速率为v,设导体的横截面积为s，导体每单位体积内的自由电荷数为n，每个自由电荷量为q。
-
-
-
-
-
-
-
A
D
ι
总电量
电荷总数
nqsv
nlsq
l/v
Nq
t
Q
I
=
=
=
=
l/v
已知：n为单位体积内的自由电荷的个数，S为导线的横截面积，v为自由电荷的定向移动速率
在时间t内通过导体某截面的电量为:
所形成的电流为:
Q=(VtS)nq
I=Q/t=nqSV
证明：
1、一截面积S=1mm2的铜导线,通过的电流I=1A,已知铜的密度ρ=8.9×103kg/m3,铜的摩尔质量M=6.4×10-2kg/mol,阿伏加德罗常数NA=6.02×1023mol-1,电子的电量e=-1.6×10-19C,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.
v
v
v
v
v
对点训练
扩展：三种速率
1.电子定向移动的速率约10-5m/s
2.电子热运动的平均速率105m/s
3.电场的传播速率 3×108m/s.
电子定向移动速率，其大小与电流有关
电子热运动速率，任何微观粒子都做无规则运动，其速度与 温度有关
电流传导速率等于光速，电路一接通，导体中的电子立即受到电场力作用而定向移动形成电流。（对整体而言）
问题探究：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跑过去了，而是灯丝自己的自由电子定向移动产生的。
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、恒定电流:大小方向都不随时间变化的电流.
4、电流:表示电流的强弱程度的物理量.
定义式 I=q / t ；金属导体中电流的决定式I=nqsv
要点小结:
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移动的正离子和负离子，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
典例分析
2、在稀CuSO4溶液中插入两碳棒极板，在两极板上加一定的电压，在10s内有5×1018个Cu离子通过某截面，则碳棒中的电流强度为多大？
典例分析
3、有一横截面为S的铜导线，流经其中的电流为I，设单位体积的导线有n个自由电子，电子电量为e，电子的定向移动速度为v，在t时间内，通过导体横截面的自由电子数目N可表示为（ ）
A．nvSt 　　　B．nvt
C．It/e 　　　D．It/Se
I
－
－
－
－
－
－
AC
典例分析
4、氢原子的核外只有一个电子，设电子在离原子核距离为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？
典例分析
5、已知电子的电荷量为e，质量为m的氢原子的电子在核的静电力吸引下做半径为r的匀速圆周运动，则电子运动形成的等效电流大小为多少？
典例分析