11.1 电源和电流(共19张PPT)

(共19张PPT)
新人教版 必修三
第十一章 电路及其应用
第1节 电源和电流
雷鸣电闪时,强大的电流使天空发出耀眼的闪光。
问题引入：
电闪雷鸣时，强大的电流使天空不时发出耀眼的闪光，但它只能存在于一瞬间，而手电筒中的小灯泡却能持续发光，这是为什么？
-
B
A
-
A
+
+
+
+
+
+
+
+
_
B
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_
_
（1）存在自由电荷
金属导体——自由电子
电 解 液——正、负离子
（2）导体两端存在电压
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，形成电流
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R中会产生一个瞬时电流。
A、B之间有电势差
A、B电势差为零
一.电源
1.电流的形成
A
B
连通器
水势A
水势B
抽水机
水流
-
-
P
-
+
A
+
+
+
+
+
+
+
_
_
_
B
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-
-
正极
负极
2.怎么才能让导线中有持续电流呢？
1.电源：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.
电源相当于抽水机
3.导体中自由电荷定向移动的原因
-
-
+
A
+
+
+
+
+
+
+
_
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_
B
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_
P
假设在电源正、负极之间连一根导线
M
N
E0
F
Fn
Ft
在有电源的电路中，导线内部的电场强度有何特点？
-
-
+
A
+
+
+
+
+
+
+
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_
_
B
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_
_
_
P
假设在电源正、负极之间连一根导线
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稳定电场
导体内的电场线保持和导线平行
-
-
-
+
A
+
+
+
+
+
+
+
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B
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_
P
-
-
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。
由稳定分布的电荷产生稳定的电场称为恒定电场.
恒定电场
恒定电场
电场强度不变
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
大小、方向都不变
二.恒定电流
1.恒定电流：大小、方向都不随时间变化的电流.
2.电流(I):表示电流的强弱程度.
1)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.
2)公式:
3)单位:国际单位 安培(A) 1A=1C/s
常用单位：毫安（mA）、微安（μA）
注：电流是标量
4)方向:正电荷定向移动的方向
【特别提醒】
（1）适用于任何电荷定向移动形成的电流。
（2）在金属导体中，电流方向与自由电荷（电子）定向移动的方向相反
（3）在电解液中，电流方向与正离子定向移动的方向相同，与负离子定向移动的方向相反。导电时，是正、负离子向相反方向定向移动形成电流，电荷量q表示通过横截面的正、负离子电荷量的绝对值之和。
例1.某电解质溶液，如果在1s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是多大？
解：1s内通过横截面正离子的电荷量为q1=2n1e，负离子的电荷量绝对值为q2=n2e，
将n1=5×1018个，n2=1×1019个，e=1.6×10-19C 解得，I=3.2A．
则电流为 ，
t=1s
正电荷电荷量
负电荷电荷量
例2.关于电流的方向，正确的是（ ）
A．金属导体中电流的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
三.电流的微观表达式
1. 建立模型
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。
AB导体中的自由电荷数
总电荷量
所有这些电荷通过横截面所需要的时间
故导体AB中的电流
由此可见，从微观上看，电流取决于导体中自由电荷数、每个自由电荷所带的电荷量、定向移动速率，还与导体的横截面积有关。
2. 理论推导
vt
v
S
v
【例3】有一条横截面积S=1 mm2的铜导线,通过的电流I=1 A,已知铜的ρ=8.9×103kg/m3,铜的摩尔质量M=6.4×10-2 kg/mol,阿伏加德罗常数NA=6.02×1023 mol-1,电子的电量e=-1.6×10-19 C,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。
【解析】设自由电子在导线内定向移动的速率是v。取一段导
线（如图），自由电子从它的左端定向移动到右端的时间为
t，则这段导线的长度为vt，体积为vtS，质量为ρvtS，则
这段导线中的原子数为
则这段导线中的自由电子数也为n，
t时间内通过导体横截面的电荷量是
把这个式子代入 ,得
解得
vt
v
v
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？
实际上，闭合开关的瞬间，电路中的各个位置以光速迅速建立了电场。随着电场的建立，电路中各处的自由电子在静电力的作用下几乎同时开始做定向移动，整个电路也就几乎同时形成了电流。
电子定向移动的速率约10-5m/s，
电子热运动的平均速率105m/s
电场的传播速率3×108m/s.
思考
【例4】. 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U的加速电场，设其初速度为零，经加速后形成横截面积为S、电流为I的电子束。已知电子的电量为e、质量为m，则在刚射出加速电场时，一小段长为Δl的电子束内的电子个数是（ ）
B
B.
C. D.