人教版必修三11.1 电源和电流 课件（17张PPT）

(共23张PPT)
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.
11.1 电源和电流
2023届物理必修三
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.
——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
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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.
能否持续
1.电流的形成
——电荷的定向移动形成了电流
情形1.导体中的自由电荷在电场力的作用下定向移动形成电流.
情形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,导线中会产生瞬时电流.
导体中电流形成的条件:
①存在自由电荷(金属导体中为自由电子,电解液中为正负离子)
②导体两端存在电势差.
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.
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.
思考:如何产生持续的电流
怎样才能使水管中有持续的水流呢
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.
P
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搬运电荷
2.电源
(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.
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思考: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
——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.
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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
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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.
特点:在恒定电场中,任何位置的电荷分布和电场强度都不随时间变化,它的基本性质与静电场相同.
P
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搬运电荷
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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.
3.恒定电流
大小、方向都不随时间变化的电流称为恒定电流.
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.
1.一太阳能电池对一用电器供电时,在1min时间内,通过该用电器的电荷量为1.2C,则通过该用电器的电流为( )
A.10mA B.20mA C.40mA D.1.2A
2.某电解池中,若在2s内有5.0×1015个二价正离子和1.0×1016个一价负离子通过某横截面M,其中正离子水平向右移动,那么通过这个截面的电流的大小和方向是( )
A.0.8mA,水平向左 B.0.08mA,水平向左
C.1.6mA,水平向右 D.0.16mA,水平向右
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
(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.
3.恒定电流
(5)注意:
①适用于任何电荷的定向移动形成的电流.
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.
4.电流的微观表达式
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.
总电荷量为
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.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)
扩展学习:三种速率
1.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
2.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
变式.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
3.一截面积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.