第二章 稳恒电流-1.电源和电流（课件）
文档属性
| 名称 | 第二章 稳恒电流-1.电源和电流（课件） |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 1.4MB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2018-08-23 14:14:46 | ||
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文档简介
(共38张PPT)
电源和电流
电源和电流
教学目标
一、电源 , 问题
二、恒定电场
三、恒定电流
电流的微观表示
课本例题1
A组能力训练题1 2 3 4 5
6 7 8 9 10
B组能力训练题1 2 3 4 5 6
7（2015年上海卷12） 8（2015年理综安徽卷17）
教学目标
1．明确电源在直流电路中的作用，理解导线中的恒定电场的建立
2．知道恒定电流的概念和描述电流强弱程度的物理量---电流
3．从微观意义上看电流的强弱与自由电子平均速率的关系。
教学重点：理解电源的形成过程及电流的产生。
教学难点：电源作用的道理，区分电子定向移动的速率和在导线中建立电场的速率这两个不同的概念。
为什么雷鸣电闪时，强大的电流能使天空发出耀眼的强光，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？
要回答这个问题，就要从电源的知识学起。
一、电源
教材图2.1-1,（如图所示）分别带正、负电荷的A、B两个导体球，它们的周围存在电场. 如果用一条导线R将它们连接起来，分析A、B周围的电场及A、B之间的电势差会发生什么变化？
最后 , A、B两个
导体球会达到什
么状态 R中出现
了怎样的电流
最终A、B两个导体球会达到静电平衡状态。
导线R中的电流只能是瞬时的。
A、B之间的电势差会很快减小到0，
图2.1-1
R
B
A
R
B
A
问题：
水池A、B的水面有一定的高度差,若在A、B之间用一细管连起来，则水在重力的作用下定向运动, 从水池A运动到水池B。A、B之间的高度差很快消失,在这种情况下,水管中只能有一个瞬时水流.
如何使电路中有持续电流？
把电源的作用与抽水机进行类比，如图,
可在A、B之间连接一台抽水机,将水池B中的水抽到水池A中,这样可保持A、B之间的高度差,从而使水管中有源源不断的水流。
怎样才能使水管中有源源不断的水流呢
水池A
水池B
抽水机
1.电源就是把自由电子从正极搬迁到负极的装置
从能量的角度看，电源是一种能够不断地把其他形式的能量转变为电能的装置。
保持导体两端的电势差（电压），使电路有持续的电流。
2. 电源的作用：
图2.1-2
R
B
A
P
二、恒定电场：
详尽的分析表明：尽管这些电荷也在运动，但是有的流走了，另外的又来补充，所以电荷的分布是稳定的，电场的分布也是稳定的，故称恒定电场。
有电源的电路中，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。
由稳定分布的电荷所产生的稳定的电场称为恒定电场。
2.恒定电场：
1.导线内的电场
三、恒定电流
1、电流的形成：
电荷的定向移动形成电流。
2、电流的方向：
规定为正电荷定向移动的方向为电流方向。
通过导体横截面的电量跟通过这些电量所用的时间的比值。
3、定义：
定义式：
安培（A），1 A =103mA = 106 A
4、单位：
5、电流的种类
方向不随时间而改变的电流。
直流电分为恒定电流和脉动直流电两类：
大小和方向都不随时间而改变的电流叫恒定电流；
方向不随时间改变而大小随时间改变的电流叫脉动直流电。
方向和大小都随时间做周期变化的电流。
② 交流电：
① 直流电：
电流的微观表示：
取一段粗细均匀的导体，两端加一定的电压，
设导体中的自由电子沿导体定向移动的速率为v. 设想在导体中取两个横截面B和C，横截面积为S，导体中每单位体积中的自由电荷数为n，每个自由电荷带的电量为q，
Q=nVq=nvtSq
这就是电流的微观表示式。
I=Q/t=nvqS
则在时间t内处于相距为 vt 的两截面B、C间的所有自由电荷将通过截面C ．
B
C
S
v
vt
体积为V=vtS
电荷数为N=nV
总电量为
电流为
课本例题1、
有一条横截面积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,在这个问题中可以认为导线中每个铜原子贡献一个自由电子.求铜导线中自由电子定向移动的速率.
设自由电子在导线内定向移动的速率是v。
vt
S
v
图2.1-3
解：
取一段导线（如图2.1-3），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
由于导线中每个铜原子贡献一个自由电子，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I＝q/t,得
代入数值解得
通过例题分析让学生把电流与导线内自由电子的定向移动的速率联系起来,同时说明定向移动的速率和在导线中建立电场的速率是两个不同的概念.
附：电子定向移动的速率约10-5 m/s，电子热运动的平均速率105 m/s，电场的传播速率3×108 m/s.
A组能力训练题1
1． 1毫安=__________安，
1微安=__________安。
1×10-3
1×10-6
A组能力训练题2
2．把 规定为电流的方向，在金属导体中，电流方向与自由电子定向移动的方向 。在电解质溶液中，电流的方向与正离子定向移动的方向 ，与负离子定向移动的方向 。
相反
正电荷定向移动的方向
相反
相同
A组能力训练题3
3、一电子沿一圆周顺时针方向高速运动，周期为10-10s，则等效电流大小为 A，电流方向是 （填“顺时针”或“逆时针” ）
1.6×10 - 9
逆时针
A组能力训练题4
4．关于电源的作用,下列说法正确的是 ( )
A.电源的作用是能为电流提供自由电子
B.电源的作用是使导体中形成电场
C.电源的作用是能够保持导体两端的电压
D.电源的作用是使自由电荷定向移动起来
BCD
A组能力训练题5
5．下列叙述正确的是 （ ）
A．导体中电荷运动就形成电流
B．电流的国际单位是安培
C．因为电流强度有方向,所以电流强度是矢量
D．导体中有电流通过时,导体内部场强不为零
BD
A组能力训练题6
6．关于电流的方向,下列说法正确的是 （ ）
A．在金属导体中，电流的方向是自由电子定向移动的方向
B．在电解液中，电流的方向为负离子定向移动的方向
C．无论在何种导体中，电流的方向都与负电荷定向移动的方向相反
D．在电解液中，由于是正负电荷定向移动形成的电流，所以电流有两个方向
C
A组能力训练题7
7．关于电流的说法正确的是 （ ）
A．根据I=q/t可知，I与q成正比
B．如果在任何相等时间内通过导体横截面积的电量相等，则导体中的电流是恒定电流
C．电流强度是一个标量，其方向是没有意义的
D．电流强度的单位“安培”是国际单位制中的基本单位
BD
A组能力训练题8
8．以下对导体中的电场理解正确的是 （ ）
A．导体内的电场在稳定时是和导线平行的
B．导体内的电场由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成
C．导线中电场始终随时间而变化
D．导体内的电场是一种动态的稳定
ABD
A组能力训练题9
9．通过一根金属导线的电流为16mA．则10s内通过这根导线横截面的自由电子数为（ ）
A．1.0×1017
B．1.0×1018
C．1.0×1019
D．1.0×1020
解：
n=It/e=16×10-3×10/1.6×10-19=1.0×1018
B
A组能力训练题10
10．在一次闪电中，持续时间为0.005 s所形成的平均电流为6.0×104A，若闪电过程中产生的电荷以0.5A的电流通过电灯，试求可供电灯照明的时间。
解：
Q=I1t1=I2t2 ，
t2= I1t1/I2=600s
B组能力训练题1
1．有一横截面积为S的铜导线，流经其中的电流强度为I；设每单位体积的导线中有n个自由电子，电子的电量为e，此电子的定向移动速率为v，在Δt时间内，通过导线横截面的自由电子数可表示为 （ ）
A．nvS Δt
B．nv·Δt
C．IΔt /e
D． IΔt /eS
AC
解见下页
因为I=q/Δt，所以q=I·Δt
N=q/e= IΔt /e，
又因为电流强度的微观表达式为I=nev·S，
N=q/e= IΔt /e =nevSΔt/e=nvSΔt
则选项A正确。
解：
则选项C正确。
所以自由电子数目为
自由电子数目为：
A. nvS Δt B. nv·Δt C. IΔt /e D. IΔt /eS
B组能力训练题2
2．金属导体的密度是ρ，横截面积是S，原子量是M，每摩尔这种金属可提供N个自由电子，当该导体中的电流为 I 时，导体中自由电子的定向移动的速率是 。
答：
B组能力训练题3
若氢原子的核外电子绕核作半径为r 的匀速圆周运动，则其角速度ω=__________；电子绕核的运动可等效为环形电流，则电子运动的等效电流I=__________。（已知电子的质量为m，电量为e，静电力恒量用k表示）
电子绕核运动的向心力等于库仑力
因此所求电流为
解：
B组能力训练题4
4．在彩色电视机的显像管中，从电子枪射出的电子（初速度大小不计，e=1.6×10-19C）在20kV的高压下被加速，并且形成1mA的平均电流。电子束的强弱受图像信号控制，并按一定的规律在荧光屏上扫描，形成电视画面。电视机以每秒25张画面的速率进行扫描，由于图面更换迅速和视觉暂留，使我们看到了连续活动的图像，问：电子轰击荧光屏时的动能为多大？平均每幅画面约有多少个电子打在屏上
解：
由动能定理
Q=It=ne
B组能力训练题5
5．银导线的横截面积S=4mm2，通以I=2A的电流，若每个银原子可以提供一个自由电子，试推导银导线单位长度上的自由电子数的计算公式，并计算结果。(已知银的密度ρ=10.5×103kg/m3,摩尔质量M=108g/mol，阿伏伽德罗常数NA=6.02×1023mol-1，计算结果取一位小数)
设长为l 的银导线体积 V＝Sl，
解：
故长为l的银导线含有的银原子数目，
又每个银原子可以提供一个自由电子，那么银导线每单位长度的自由电子数n=N/l，
故
与电流I无关。
代入数据
B组能力训练题6
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、质量为，则在刚射出加速电场时，一小段长为的电子束内的电子个数是（ ）
B
B.
C. D.
解见下页
在刚射出加速电场时
解：
通过长为Δl 段的时间 Δt＝Δl / v
长为Δl 段的电量 Q=IΔt
电子个数是
选项B正确。
B组能力训练题7. （2015年上海卷12）
重离子肿瘤治疗装置中的回旋加速器可发射+5价重离子束，其束流强度为1.2×10-5A，则在1s内发射的重离子个数为（e=1.6×10-19C）（ ）
（A）3.0×1012 （B）1.5×1013
（C）7.5×1013 （D）3.75×1014
设1s内发射的重离子个数为n，则1s内发射的电荷量q=5ne，由电流定义式可知：
解析：
解得：
故B正确，A、C、D错误。
B
B组能力训练题8. （2015年理综安徽卷17）
一根长为L、横截面积为S的金属棒，其材料的电阻率为ρ，棒内单位体积自由电子数为n，电子的质量为m，电荷量为e. 在棒两端加上恒定的电压时，棒内产生电流，自由电子定向运动的平均速率为v，则金属棒内的电场强度大小为 （ ）
C
A． B． C． D．
L
v
S
解见下页
解析：
根据电流的微观表达式
及电势差与电场强度的关系U=EL
可得金属棒内的电场强度大小
由欧姆定律
和电阻定律
谢谢
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电源和电流
电源和电流
教学目标
一、电源 , 问题
二、恒定电场
三、恒定电流
电流的微观表示
课本例题1
A组能力训练题1 2 3 4 5
6 7 8 9 10
B组能力训练题1 2 3 4 5 6
7（2015年上海卷12） 8（2015年理综安徽卷17）
教学目标
1．明确电源在直流电路中的作用，理解导线中的恒定电场的建立
2．知道恒定电流的概念和描述电流强弱程度的物理量---电流
3．从微观意义上看电流的强弱与自由电子平均速率的关系。
教学重点：理解电源的形成过程及电流的产生。
教学难点：电源作用的道理，区分电子定向移动的速率和在导线中建立电场的速率这两个不同的概念。
为什么雷鸣电闪时，强大的电流能使天空发出耀眼的强光，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？
要回答这个问题，就要从电源的知识学起。
一、电源
教材图2.1-1,（如图所示）分别带正、负电荷的A、B两个导体球，它们的周围存在电场. 如果用一条导线R将它们连接起来，分析A、B周围的电场及A、B之间的电势差会发生什么变化？
最后 , A、B两个
导体球会达到什
么状态 R中出现
了怎样的电流
最终A、B两个导体球会达到静电平衡状态。
导线R中的电流只能是瞬时的。
A、B之间的电势差会很快减小到0，
图2.1-1
R
B
A
R
B
A
问题：
水池A、B的水面有一定的高度差,若在A、B之间用一细管连起来，则水在重力的作用下定向运动, 从水池A运动到水池B。A、B之间的高度差很快消失,在这种情况下,水管中只能有一个瞬时水流.
如何使电路中有持续电流？
把电源的作用与抽水机进行类比，如图,
可在A、B之间连接一台抽水机,将水池B中的水抽到水池A中,这样可保持A、B之间的高度差,从而使水管中有源源不断的水流。
怎样才能使水管中有源源不断的水流呢
水池A
水池B
抽水机
1.电源就是把自由电子从正极搬迁到负极的装置
从能量的角度看，电源是一种能够不断地把其他形式的能量转变为电能的装置。
保持导体两端的电势差（电压），使电路有持续的电流。
2. 电源的作用：
图2.1-2
R
B
A
P
二、恒定电场：
详尽的分析表明：尽管这些电荷也在运动，但是有的流走了，另外的又来补充，所以电荷的分布是稳定的，电场的分布也是稳定的，故称恒定电场。
有电源的电路中，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。
由稳定分布的电荷所产生的稳定的电场称为恒定电场。
2.恒定电场：
1.导线内的电场
三、恒定电流
1、电流的形成：
电荷的定向移动形成电流。
2、电流的方向：
规定为正电荷定向移动的方向为电流方向。
通过导体横截面的电量跟通过这些电量所用的时间的比值。
3、定义：
定义式：
安培（A），1 A =103mA = 106 A
4、单位：
5、电流的种类
方向不随时间而改变的电流。
直流电分为恒定电流和脉动直流电两类：
大小和方向都不随时间而改变的电流叫恒定电流；
方向不随时间改变而大小随时间改变的电流叫脉动直流电。
方向和大小都随时间做周期变化的电流。
② 交流电：
① 直流电：
电流的微观表示：
取一段粗细均匀的导体，两端加一定的电压，
设导体中的自由电子沿导体定向移动的速率为v. 设想在导体中取两个横截面B和C，横截面积为S，导体中每单位体积中的自由电荷数为n，每个自由电荷带的电量为q，
Q=nVq=nvtSq
这就是电流的微观表示式。
I=Q/t=nvqS
则在时间t内处于相距为 vt 的两截面B、C间的所有自由电荷将通过截面C ．
B
C
S
v
vt
体积为V=vtS
电荷数为N=nV
总电量为
电流为
课本例题1、
有一条横截面积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,在这个问题中可以认为导线中每个铜原子贡献一个自由电子.求铜导线中自由电子定向移动的速率.
设自由电子在导线内定向移动的速率是v。
vt
S
v
图2.1-3
解：
取一段导线（如图2.1-3），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
由于导线中每个铜原子贡献一个自由电子，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I＝q/t,得
代入数值解得
通过例题分析让学生把电流与导线内自由电子的定向移动的速率联系起来,同时说明定向移动的速率和在导线中建立电场的速率是两个不同的概念.
附：电子定向移动的速率约10-5 m/s，电子热运动的平均速率105 m/s，电场的传播速率3×108 m/s.
A组能力训练题1
1． 1毫安=__________安，
1微安=__________安。
1×10-3
1×10-6
A组能力训练题2
2．把 规定为电流的方向，在金属导体中，电流方向与自由电子定向移动的方向 。在电解质溶液中，电流的方向与正离子定向移动的方向 ，与负离子定向移动的方向 。
相反
正电荷定向移动的方向
相反
相同
A组能力训练题3
3、一电子沿一圆周顺时针方向高速运动，周期为10-10s，则等效电流大小为 A，电流方向是 （填“顺时针”或“逆时针” ）
1.6×10 - 9
逆时针
A组能力训练题4
4．关于电源的作用,下列说法正确的是 ( )
A.电源的作用是能为电流提供自由电子
B.电源的作用是使导体中形成电场
C.电源的作用是能够保持导体两端的电压
D.电源的作用是使自由电荷定向移动起来
BCD
A组能力训练题5
5．下列叙述正确的是 （ ）
A．导体中电荷运动就形成电流
B．电流的国际单位是安培
C．因为电流强度有方向,所以电流强度是矢量
D．导体中有电流通过时,导体内部场强不为零
BD
A组能力训练题6
6．关于电流的方向,下列说法正确的是 （ ）
A．在金属导体中，电流的方向是自由电子定向移动的方向
B．在电解液中，电流的方向为负离子定向移动的方向
C．无论在何种导体中，电流的方向都与负电荷定向移动的方向相反
D．在电解液中，由于是正负电荷定向移动形成的电流，所以电流有两个方向
C
A组能力训练题7
7．关于电流的说法正确的是 （ ）
A．根据I=q/t可知，I与q成正比
B．如果在任何相等时间内通过导体横截面积的电量相等，则导体中的电流是恒定电流
C．电流强度是一个标量，其方向是没有意义的
D．电流强度的单位“安培”是国际单位制中的基本单位
BD
A组能力训练题8
8．以下对导体中的电场理解正确的是 （ ）
A．导体内的电场在稳定时是和导线平行的
B．导体内的电场由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成
C．导线中电场始终随时间而变化
D．导体内的电场是一种动态的稳定
ABD
A组能力训练题9
9．通过一根金属导线的电流为16mA．则10s内通过这根导线横截面的自由电子数为（ ）
A．1.0×1017
B．1.0×1018
C．1.0×1019
D．1.0×1020
解：
n=It/e=16×10-3×10/1.6×10-19=1.0×1018
B
A组能力训练题10
10．在一次闪电中，持续时间为0.005 s所形成的平均电流为6.0×104A，若闪电过程中产生的电荷以0.5A的电流通过电灯，试求可供电灯照明的时间。
解：
Q=I1t1=I2t2 ，
t2= I1t1/I2=600s
B组能力训练题1
1．有一横截面积为S的铜导线，流经其中的电流强度为I；设每单位体积的导线中有n个自由电子，电子的电量为e，此电子的定向移动速率为v，在Δt时间内，通过导线横截面的自由电子数可表示为 （ ）
A．nvS Δt
B．nv·Δt
C．IΔt /e
D． IΔt /eS
AC
解见下页
因为I=q/Δt，所以q=I·Δt
N=q/e= IΔt /e，
又因为电流强度的微观表达式为I=nev·S，
N=q/e= IΔt /e =nevSΔt/e=nvSΔt
则选项A正确。
解：
则选项C正确。
所以自由电子数目为
自由电子数目为：
A. nvS Δt B. nv·Δt C. IΔt /e D. IΔt /eS
B组能力训练题2
2．金属导体的密度是ρ，横截面积是S，原子量是M，每摩尔这种金属可提供N个自由电子，当该导体中的电流为 I 时，导体中自由电子的定向移动的速率是 。
答：
B组能力训练题3
若氢原子的核外电子绕核作半径为r 的匀速圆周运动，则其角速度ω=__________；电子绕核的运动可等效为环形电流，则电子运动的等效电流I=__________。（已知电子的质量为m，电量为e，静电力恒量用k表示）
电子绕核运动的向心力等于库仑力
因此所求电流为
解：
B组能力训练题4
4．在彩色电视机的显像管中，从电子枪射出的电子（初速度大小不计，e=1.6×10-19C）在20kV的高压下被加速，并且形成1mA的平均电流。电子束的强弱受图像信号控制，并按一定的规律在荧光屏上扫描，形成电视画面。电视机以每秒25张画面的速率进行扫描，由于图面更换迅速和视觉暂留，使我们看到了连续活动的图像，问：电子轰击荧光屏时的动能为多大？平均每幅画面约有多少个电子打在屏上
解：
由动能定理
Q=It=ne
B组能力训练题5
5．银导线的横截面积S=4mm2，通以I=2A的电流，若每个银原子可以提供一个自由电子，试推导银导线单位长度上的自由电子数的计算公式，并计算结果。(已知银的密度ρ=10.5×103kg/m3,摩尔质量M=108g/mol，阿伏伽德罗常数NA=6.02×1023mol-1，计算结果取一位小数)
设长为l 的银导线体积 V＝Sl，
解：
故长为l的银导线含有的银原子数目，
又每个银原子可以提供一个自由电子，那么银导线每单位长度的自由电子数n=N/l，
故
与电流I无关。
代入数据
B组能力训练题6
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、质量为，则在刚射出加速电场时，一小段长为的电子束内的电子个数是（ ）
B
B.
C. D.
解见下页
在刚射出加速电场时
解：
通过长为Δl 段的时间 Δt＝Δl / v
长为Δl 段的电量 Q=IΔt
电子个数是
选项B正确。
B组能力训练题7. （2015年上海卷12）
重离子肿瘤治疗装置中的回旋加速器可发射+5价重离子束，其束流强度为1.2×10-5A，则在1s内发射的重离子个数为（e=1.6×10-19C）（ ）
（A）3.0×1012 （B）1.5×1013
（C）7.5×1013 （D）3.75×1014
设1s内发射的重离子个数为n，则1s内发射的电荷量q=5ne，由电流定义式可知：
解析：
解得：
故B正确，A、C、D错误。
B
B组能力训练题8. （2015年理综安徽卷17）
一根长为L、横截面积为S的金属棒，其材料的电阻率为ρ，棒内单位体积自由电子数为n，电子的质量为m，电荷量为e. 在棒两端加上恒定的电压时，棒内产生电流，自由电子定向运动的平均速率为v，则金属棒内的电场强度大小为 （ ）
C
A． B． C． D．
L
v
S
解见下页
解析：
根据电流的微观表达式
及电势差与电场强度的关系U=EL
可得金属棒内的电场强度大小
由欧姆定律
和电阻定律
谢谢
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