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11.06.17高一物理《电源与电流》(课件)


第一节 电源和电流

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制作 06

2011年上学期

【问题】电闪雷鸣时,强大的电流
使天空发出耀眼的闪光,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?

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>
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2011年上学期

复习1:电流的形成

复习2:导体中产生电流的条件
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复习1:电流的形成 电荷的定向移动形成电流。

复习2:导体中产生电流的条件
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2011年上学期

复习1:电流的形成 电荷的定向移动形成电流。

电荷的热运动,从宏观上看,不能形成电流。
复习2:导体中产生电流的条件
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2011年上学期

+ + + + A + + ++

_ _ _ _ B _ _ _ _

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+ + + + A + + ++ _ _ _ _ B _ _ _ _

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2011年上学期

+ + + + A + + ++ _ _ _ _ B _ _ _ _

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2011年上学期

+ + + + A + + ++ _ _ _ _ B _ _ _ _

-

A

B

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2011年上学期

+ + + + A + + ++ _ _ _ _ B _ _ _ _

-

A

B

等势体

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+ + + + A + + ++ _ _ _ _ B _ _ _ _

-

A

B

等势体
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。
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导体中产生电流的条件:导体两端存在电势差
+ + + + A + + ++ _ _ _ _ B _ _ _ _ -

A

B

等势体
A
B 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。
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导体中产生电流的条件:导体两端存在电势差
+ + + + A + + ++ _ _ _ _ B _ _ _ _ -

A

B

等势体
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。
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2011年上学期

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导体中产生电流的条件:导体两端存在电势差
+ + + + A + + ++ _ _ _ _ B _ _ _ _ -

A

B

等势体
A
抽水机 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。
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+ + + + A + + + + -

_ _ _ _ B _ _ _ _ P

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+ + + + A + + + + -

_ _ _ _ B _ _ _ _ P

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一、电源

+ + + + A + + + + -

_ _ _ _ B _ _ _ _ P

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一、电源
1. 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。
+ + + + A + + + + P
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_ _ _ _ B _ _ _ _

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2011年上学期

【问题】
在有电源的电路中,导线内部的
电场又有何特点?

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二、导线中的电场

+ + + + A + + + + -

_ _ _ _ B _ _ _ _

P

-

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二、导线中的电场

+ + + + A + + + + -

_ _ _ _ B _ _ _ _

P

-

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2011年上学期

二、导线中的电场
假设在电源正、负 极之间连一根导线

+ + + + A + + + + -

_ _ _ _ B _ _ _ _

P

-

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2011年上学期

二、导线中的电场
假设在电源正、负 极之间连一根导线

+ + + + A + + + + P

_ _ _ _ B _ _ _ _ -

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2011年上学期

二、导线中的电场
假设在电源正、负 极之间连一根导线

+ + + + A + + + + P

_ _ _ _ B _ _ _ _ -

N M E
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导体内的电场线保持和导线平行
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导线内 很快形 成沿导 线方向 的电场
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【思考题】
我们在上一章中曾经得出结论:在静

电平衡时,导体内部的场强为零,导体上
任意两点之间的电势差为零(等势体)。

这与我们现在的说法有矛盾吗?为什么?

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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

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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。

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2011年上学期

恒定电场 电场强度不变
自由电子定向运动的平均速率不变 串一个电流表,读数不会变

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恒定电场 电场强度不变
自由电子定向运动的平均速率不变 串一个电流表,读数不会变 恒定电流
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三、恒定电流

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三、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。

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2011年上学期

三、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。 q 2. 公式: q ? It 可得 I ? t

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三、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。 q 2. 公式: q ? It 可得 I ? t 3. 单位:安培 A 其他单位 mA ?A

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2011年上学期

三、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。 q 2. 公式: q ? It 可得 I ? t 3. 单位:安培 A 其他单位 mA ?A 4. 方向:正电荷定向移动的方向。 金属导体中电流的方向与自由电子 定向移动的方向相反。
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2011年上学期

【说明】
(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。

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2011年上学期

【例1】某电解池,如果在1s中内共

有5.0×1018个一价正离子和5.0×1018个一
价负电子通过某横截面,那么通过这个横

截面的电流强度是多大?

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2011年上学期

【例1】某电解池,如果在1s中内共

有5.0×1018个一价正离子和5.0×1018个一
价负电子通过某横截面,那么通过这个横

截面的电流强度是多大?
答案:1.6A

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【例2】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?=8.9×103kg/m3,铜的摩尔质量M= 6.4×10-2kg/mol,阿伏加德罗常数NA= 6.62×1023mol-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。
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解:设自由电子定向移动的速率是v 通过横截面的电荷量是:
M 由I ? q / t得I ? ρvSN Ae / M M 从中解出:v ? ?SN Ae 代入数据得: ? 7.5 ? 10 ? 5 m/s v
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q ? ne ?

?vtS

N Ae

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四、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 内自由电荷数为n,每个自由电荷量为q。

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2011年上学期

四、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 内自由电荷数为n,每个自由电荷量为q。
A
B

l
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2011年上学期

四、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 内自由电荷数为n,每个自由电荷量为q。
总电量 电荷总数

A

B

Q Nq nlSq I? ? ? ? nqSv t l/v l/v
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l
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课堂训练
1. 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
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课堂训练
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?

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课堂训练
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?

q ev I? ? t 2?R
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【拓展】
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?

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2011年上学期

【思考题】如果认为电子的定向运动 速率就是电流的传导速率,和我们的生活 经验是否相符?怎样解释?

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【思考题】如果认为电子的定向运动 速率就是电流的传导速率,和我们的生活 经验是否相符?怎样解释?
电子定向移动的速率约10-5m/s

电子热运动的平均速率105m/s
电场的传播速率3×108m/s
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三种速度的区别
(1)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)
(2)电子定向移动速率,其大小与电流 有关,一般每秒为10-2—10-3m的数量级。(对 每个电子而言) (3)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,通常情况 为每秒几百米。
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小结 1. 形成电流的条件: (1)存在自由电荷;(2)导体两端存在电压 2. 电源的作用:提供持续的电压 3. 导线中的电场:导线内的电场线保持和导线平 行。(恒定电场) 4. 恒定电流:大小方向都不随时间变化的电流。 5. 电流:表示电流的强弱程度的物理量。 (1)定义式:I=q/t (2)金属导体中电流的计算式:I=nqSv n 为单位体积内自由电荷数目,S 为导体横 截面积,v为电荷定向移动速率,q为每个自由电 荷的电量。
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作 业
《第二教材》第二章 第一节

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