11.1电源和电流 课件(共32张PPT)高二上学期物理人教版（2019）必修第三册

(共32张PPT)
　电源和电流
回顾：
电流是怎样形成的？
电流是由电荷的定向移动而形成的。
要形成电流，必须满足什么条件？
既然电流是由电荷的定向移动而形成的，所以，要形成电流，首先必须要有能够自由移动的电荷——自由电荷。
不过，有了自由电荷，并不一定就能形成电流！
一般的导体内都有大量的自由电荷（自由电子），但当导体两端没有加上电压时，自由电子只能在各自的平衡位置附近做杂乱无章的热运动，从宏观上看，电荷的热运动，不能形成电流．
一旦在导体两端加上一个电压，导体内部就会形成一个电场，导体内部的自由电子将会受到一个与场强方向相反的电场力作用而发生定向移动，从而形成电流。可见，要形成电流，导体两端还必须有电势差。
+
-
U
-
B
A
-
A
+
+
+
+
+
+
+
+
_
B
_
_
_
_
_
_
_
等势体
导体中产生电流的条件:导体两端存在电势差
A
B
水池
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
抽水机
讨论：
怎样才能使上述导线中有持续的，恒定不变的电流流过？
A
B
连通器
水势A
水势B
抽水机
水流
-
-
P
-
+
A
+
+
+
+
+
+
+
_
_
_
B
_
_
_
_
_
-
-
1. 能把电子从A搬运到B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。
这个装置就是电源。A、B就是电源的两个极。
正极
负极
电源相当于抽水机
电源的作用是什么？
电源
+
-
正极
负极
F
-
-
-
+
A
+
+
+
+
+
+
+
_
_
_
B
_
_
_
_
_
P
-
-
-
2.从能量转化和守恒的角度就是电场力做负功，电子的电势能增加，通过电源把其它形式的能转化为电能.
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； 。
一、电源
在有电源的电路中,导线内部的电场又有何特点
讨论:
假设在电源正、负极之间连一根导线
M
N
E
A
B
导线内很快形成沿导线方向恒定电场
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、大小方向都不随时间变化的电流称为恒定电流.
2、电流强度(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 .
公式:I= q / t
单位:国际单位 安培(A) 1A=1C/s
常用单位：毫安（mA）、微安（μA）
方向:正电荷定向移动的方向
电流是标量．它的运算不遵循平行四边形定则．
（1）适用于任何电荷的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）的定向移动方向相反；
（3）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。
注意：
例1、在金属导体中，若10s内通过某一横截面的电量为10C，问导体中的电流为多大？
解：根据电流的定义式得到通过导体的电流为1A．
例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，求电子绕核运动而形成的等效电流多大？
例3：如图所示，在cuso4溶液中，正负离子定向移动，测得2s内有1X1019个cu2+与1X1019个so42-通过溶液内部的横载面M,问：溶液中的电流方向向哪里？电流强度为多大？
方向由A到B,电流强度为3.2A。
A
B
M
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，求导体中的电流？
-
-
-
-
-
-
-
A
B
ι
总电量
电荷总数
nqSv
nlSq
l/v
Nq
t
Q
I
=
=
=
=
l/v
例4：探究电流的微观表达式？
导体中的电流与导体中单位体积内的自由电荷数n、每个自由电荷的电量q、导体的横截面积s和自由电荷定向运动速率v四个量成正比。
（4）宏观：
只适用纯电阻电路（不包含电源）
电流的微观表达式
（3）微观：
例5、有一横截面为S＝1mm2的铜导线，流经其中的电流为I=1A，已知铜的密度为ρ=8.9×103Kg/m3，铜的摩尔质量为M＝ 6.4×10－2Kg/mol，阿伏加得罗常数NA＝ 6.0×1023/mol，电子电量为e= 1.6×10－19C 。在这个问题中可认为每个铜原子贡献一个电子，求铜导线中自由电子定向移动速率v。
I
－
－
－
－
－
－
析与解
I
－
－
－
－
－
－
电子热运动速率：
任何微观粒子都做无规则运动，其速率与
温度有关，通常情况电子热运动的平均速率为105m/s
电子定向移动速率:
其大小与电流有关，一般数量级为10-5m/s
（对每个电子而言）
电流传导速率：
等于光速3×10 8 m/s.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）
注意几个速度问题
三、电流强度的计算方法：
①只有一种电荷定向移动而形成电流时。用I=q/t计算。
②有正负电荷沿相反方向定向移动而形成电流时，用I=(|q+|+|q-|)/t计算。
③当有粒子流定向移动而形成电流时，从微观入手，用I=nqsv来计算（n 为电荷体密度，S 为导体横截面积，v为电荷定向移动速率）
④已知导体的电阻及加在导体两端的电压时，流过导体的电流用欧姆定律I=U/R来计算。
总结:
课堂互动讲练
对电流的理解和计算
例1
如果导线中的电流为1 mA，那么1 s内通过导体横截面的自由电子数是多少？若“220 V　60 W”的白炽灯正常发光时的电流为273 mA，则20 s 内通过灯丝的横截面的电子数目是多少个？
【思路点拨】　根据公式q＝It计算，注意单位的统一，记住每个电子所带电荷量e＝1.6×10－19 C.
半径为 R 的橡胶圆环均匀带正电，总电荷量为Q，现使圆环绕垂直环所在平面且通过圆心的轴以角速率ω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？
【思路点拨】　不管是否真的形成电流，假想成形成电流然后依据电流的定义式求得电流大小．
等效电流问题
例2
电流微观表达式I＝nqSv 的应用
例3
【答案】　AC
【规律总结】　在电流的微观表达式I＝nqSv中，n为导体单位体积内的自由电荷数，是由导体本身的材料决定的，与导体的长度和横截面的大小无关．
4、关于电流的方向，下列叙述中正确的是
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
5、下列说法正确的是：（ ）
A.用导线把开关、电灯等用电器连接起来就组
成了一个完整的电路。
B.电源是使电路中有持续电流的装置。
C.干电池、蓄电池、发电机、电动机都是电源。
D.手电筒照明时，电流方向是由电池的负极经灯
泡到正极的。
B