新人教高中物理必修第三册课件11.1电源和电流22张PPT

第
节
1
电源和电流
学习目标
1．通过实验对比，思考持续电流形成的原因，了解电源的作用，认识常见的电源。
2．通过对比静电平衡条件，思考电路中的电场特点和电荷运动情况，了解导体中的恒定电场和恒定电流。
3．通过实例分析，理解电流的定义，知道电流的单位和方向的规定。
如图所示，电路接通时灯泡发光，在电路中形成电流，请思考：在电路中产生持续电流应具备什么条件？
持续电流条件：有电源，电路闭合
-
B
A
-
A
+
+
+
+
+
+
+
+
_
B
_
_
_
_
_
_
_
等势体
1、导体中产生电流的条件:导体两端存在电势差
A
B
水池
由于A得到电子，B失去电子，两个导体很快达到静电平衡，形成等势体,达到静电平衡，导线R中会产生一个瞬时电流
抽水机
一、电源
请思考？
导线中的电流只是瞬间的。怎样才能使导线中具有持续的电流呢？
2、持续电流的形成条件：
倘若在A,B之间连接一个装置P,作用是不断地把电子从A搬运到B，使AB之间始终存在一定的电场，从而保持持续电流。
装置P?电源
-
-
-
+
A
+
+
+
+
+
+
+
_
_
_
B
_
_
_
_
_
P
-
-
3、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.
小结:形成电流的条件
（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．
电源的作用是保持导体两端的电压，使导体中有持续的电流．
-
-
+
A
+
+
+
+
+
+
+
_
_
_
B
_
_
_
_
_
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电场
二.恒定电流
导体内的电场线保持和导线平行
1、恒定电场的形成
请结合导线中电场的形成思考？
1、图中A、B周围空间的电场只是A、B两处的电荷形成的吗？
提示：不是。A、B处的电荷在A、B周围空间产生的电场、导线等电路元件所积累的电荷也在A、B周围空间共同产生的。
2、如果图示电路中各处的电荷分布是稳定的，电荷所产生的电场是稳定的吗？
提示：根据电场叠加原理知是稳定的
3、导线中的自由电荷在电场中做定向运动，速率如何变化？
提示：导线中的自由电荷做定向运动的过程中与导体内不动的粒子不断碰撞，碰撞阻碍了自由电荷的定向运动，结果是大量自由电荷定向运动的平均速率是稳定的。
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)
2、恒定电场
由稳定分布的电荷产生稳定的电场称为恒定电场.
完美答案
AC
3、恒定电流
（1）定义： 大小、方向都不随时间变化的电流
用单位时间内通过导体横截面的电量表示电流强弱
（2）公式：
（4）方向：正电荷定向移动的方向
特别提醒：金属导体中电流的方向与自由电子定向移动的方向相反。
可得
（3）单位：安培 A 其他单位 mA μA
由
（1）电流为标量，电流虽有方向但是标量
（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q为正电荷总电荷量和负电荷总电荷量的绝对值之和。
（3）环形电流的计算：环形电流的计算采用等效电流的观点分析。所谓等效电流，就是把电荷周期性地通过圆周上各处形成的电流看成持续不断地通过圆周上各处时所形成的电流。对周期性运动的电荷，常取一个周期来计算等效电流。利用I＝q/T
求等效电流。
说明
例2、某电解池中，若在2 s内各有1.0×1019个二价正离子和2.0×1019个一价负离子通过某截面，那么通过这个截面的电流是（　 ）
A.0 B.0.8 A C.1.6 A D.3.2 A
解析：电荷的定向移动形成电流，当正、负电荷同时向相反方向定向移动时，通过某截面的电荷量应是两者绝对值的和。故由题意可知，电流由正、负离子定向运动形成，则在2 s内通过此截面的总电荷量应为
q=1.6×10-19×2×1.0×1019 C+1.6×10-19×1×2.0×1019 C=6.4 C。
根据电流的定义式得 I=
=3.2 A
D
拓展：电流的微观表达式
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。
-
-
-
-
-
-
-
A
B
ι
总电量
电荷总数
nqSv
nlSq
l/v
Nq
t
Q
I
=
=
=
=
l/v
对电流微观表达式和三种速率的理解
(1)从微观上看,电流取决于导体中单位体积内的自由电荷数、每个自由电荷的电荷量、定向移动平均速率、导体的横截面积。
(2)电流的微观表达式:I=nevS。式中n为导体中单位体积内的自由电荷数、e为每个自由电荷的电荷量、v为自由电荷定向移动的平均速率,S为导体的横截面积。
(3)三种速率的比较
①电子定向移动平均速率:电子在金属导体中的平均运动速率,也是公式I=neSv中的v,大小约为10-5 m/s。
②电流的传导速率:电流在导体中的传导速率等于光速,为3×108 m/s。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。
③电子热运动速率:电子做无规则热运动的速率,大小约为105 m/s。由于热运动向各个方向运动的机会相等,故此运动不能形成电流。
本课小结
1.关于电流，下列说法正确的是（　　）
A.通过导线截面的电荷量越多，电流越大
B.因为电流有方向，所以电流是矢量
C.单位时间内定向通过导体截面的电荷量越多，导体中的电流越大
D.导体中有电荷运动就有电流
C
提醒：电流是标量：（1）电流有大小、有方向，但不是矢量，而是标量，运算法则不符合平行四边形定则，计算时用代数法。
（2）金属导体中电流的方向与自由电子定向移动的方向相反。?
?
当堂检测
2.一条导线中的电流为50 μA，在3.2 s内通过这条导线某一横截面的电荷量是多少库仑？有多少个电子通过该横截面？
3.原子中的电子绕原子核的运动可以等效为环形电流。设氢原子的电子以速率v在半径为r的圆周轨道上绕核运动，电子的电荷量为e，等效电流有多大？
4、(多选)一横截面积为S的铜导线，流过的电流为I，设每单位体积的导线中有n个自由电子，电子的电荷量为q，此时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目可表示为(　　)
AC