11.1 电源和电流 课件（共18张PPT）高二上学期物理人教版（2019）必修第三册

(共18张PPT)
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
11.1电源与电流
持续电流产生的原因？
思考
闭合两电路中的开关，甲、乙图电表指针有何变化？变化是否相同，原因是什么？
指针都会摆动，说明有电流的产生
有短暂的电流，过后电流表指针归于0。
有持续性电流，电流表指针稳定指向某一刻度。
-
A
+
+
+
+
+
+
+
+
B
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_
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_
H
-
-
B
A
导线H中的自由电子在电场力作用下，电子从低电势点向高电势点运动，形成从高电势到低电势的电流。
等势体
电子到达A端与正电荷中和，B端失电子。A、B和导线三者很快达到静电平衡，成为等势体后，导线H中不会再有电流。
A
B
连通器
水势A
水势B
类比水流
水流从高处到低处，直至两边水面齐平
分析
水势A
水势B
水泵
正极
负极
-
-
-
+
A
+
+
+
+
+
+
_
_
_
B
_
_
_
_
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电源
-
-
+
电源相当于水泵
一、电源
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。
水泵又将位于低处的水往高处送，维持水势差。
常用的电源
太阳电池
干电池
铅蓄电池
锂电池
电源是如何让导线形成稳定电流？
二、导线中的恒定电场
1.形成：由稳定分布的电荷产生的稳定电场称为恒定电场.
3.特点：任何位置的电场强度都不随时间变化,
其基本性质与静电场相同。
4.电场传播速率（电流传导速率）：指电荷在导线中建立电场的速率，等于光速。
2.方向：沿导线的切线方向。
注：尽管导线中电荷在运动，但流走多少电荷，就会有多少电荷补充，可以看作电荷分布稳定。
导线中恒定电场形成过程
-
-
+
A
+
+
+
+
+
+
+
_
_
_
B
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_
_
_
P
M
N
E0
F
Fn
Ft
M
N
E0
E合
E′
M
N
E合
导线内很快形成沿导线方向的稳定电场
二.恒定电流:
大小、方向都不随时间变化的电流
1.形成原因：在恒定电场的作用下，导体中的自由电荷做定向移动，在运动的过程中与导体内不动的粒子发生碰撞。碰撞阻碍了自由电荷的定向运动，结果导致大量自由电荷定向运动的平均速率保持不变。（课本P54）
2.自由电荷的种类：
有三种微粒可以形成电流：自由电子、正离子、负离子。
金属导体中定向移动的电荷是自由电子;
液体中定向移动的电荷是正离子和负离子;
气体中定向移动的电荷是电子、正离子和负离子。
(2)定义式：
(3)单位:
国际单位
安培（A） 1A=1C/s
常用单位：毫安（mA）、微安（μA）
适用于任何电荷定向移动形成的电流
(4)标量：有方向，但是是标量。
3.电流强弱：电流I
(1) 定义:通过导体横截面的电荷量q跟通过这些电荷量所用时间t的比值叫做电流。（单位时间内通过导体横截面积的电荷量）
金属导体
电解槽（液）
注意：
（1）电流方向：规定正电荷定向移动的方向为电流方向。
在电源外部,电流从正极流向负极；电源的内部,电流从负极流向正极；
（2）电解液中正、负离子定向移动方向虽然相反，但正、负离子定向移动形成的电流方向是相同的，此时：
（3）电流强度虽然有大小和方向，是标量。
I
【例题1】某电解池中，若在2秒的时间内各有1.0×1019个二价正离子和2.0×1019个一价负离子通过截面，那么通过这个截面的平均电流是多少？
2s通过横截面的电荷量
Q=（2×1.6×10-19×1.0×1019+2.0×1019×1.6×10-19）C=6.4C
由电流的定义：I = q / t= 6.4 / 2s= 3.2A
1.电流的微观解释
情况1：一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，导体单位体积内的自由电荷数为n，每个自由电荷量为q。
(1)导体中自由电荷总数：N=
(2)导体中的总电荷量：Q=
(3)所有这些电荷通过导体横截面积所用的时间：t=
(4)电流I：
B
-
A
vt
-
-
-
-
-
-
v
拓展
情况2：一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，导体单位长度的自由电荷数为n，每个自由电荷量为q，试求I的微观表达式。
(1)导体中自由电荷总数：N=
(2)导体中的总电荷量：Q=
(3)所有这些电荷通过导体横截面积所用的时间：t=
(4)电流I：
B
-
A
vt
-
-
-
-
-
-
v
电流的微观表达式
若已知自由电荷线密度为n
若已知自由电荷体密度为n
2.电子运动的3种速率比较
电子定向 移动的平均速率 电子无规则 热运动的速率 电场传播速率（电流传导的速率）
　 　 　
电流由自由电荷的定向移动形成，电流I＝neSv，其中v就是电子定向移动的平均速率。
导体内部电子在不停地做无规则热运动，由于热运动向各个方向运动的机会相等，故不能形成宏观电流。
等于光速，闭合开关的瞬间，电路中各处以光速建立恒定电场，电路中各处的自由电子几乎同时定向移动，整个电路也几乎同时形成了电流。
10-4 m/s
105 m/s
3×108 m/s
【例题2】关于对电源和电流的理解，下列说法正确的是（　　）
A ．只有自由电子的定向移动才能形成电流
B ．电流是矢量，其方向就是正电荷定向移动的方向
C ．导体中的自由电荷越多，电流越大
D ．电源是使电路中的电流能够持续存在的装置
【例题3】如图所示是一根粗细均匀的橡胶棒，其横截面积为S，由于与毛皮发生摩擦而均匀带负电，若已知该橡胶棒每米所带的电荷量为q，则当该棒沿轴线方向做速度为v的匀速直线运动时，形成的等效电流为（　　）
vq
q/v
qvS
qv/S
【例题4】一个半径为r的细橡胶圆环，均匀地带上电荷量为Q的负电荷，当它以角速度ω绕中心轴线顺时针匀速转动时，环中等效电流的大小为（　　）
A．Q
B.Q/（2π）
C．Qω/（2π）
D．2Qω/π