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1、第二章第二章 恒定电流恒定电流高中物理选修高中物理选修3131科学是如此迷人2.1 2.1 电源和电流电源和电流第二章第二章 恒定电流恒定电流高中物理选修高中物理选修3131科学是如此迷人 电闪雷鸣时电闪雷鸣时, ,强大的电流使天空发强大的电流使天空发出耀眼的闪光出耀眼的闪光, ,但它只能存在于一瞬但它只能存在于一瞬间间, ,而手电筒中的小灯泡却能持续发而手电筒中的小灯泡却能持续发光光, ,这是为什么这是为什么? ?第二章第二章 恒定电流恒定电流高中物理选修高中物理选修3131科学是如此迷人一、电流的形成一、电流的形成1 1电流：电流：电荷的热运动，从宏观上看，不能电荷的热运动，从宏观上看，不
2、能形成电流形成电流 电荷的定向移动形成电流电荷的定向移动形成电流第二章第二章 恒定电流恒定电流高中物理选修高中物理选修3131科学是如此迷人-BA-A+_B_等势体等势体用导线连接两个分别带正负电荷的导体，导线中有用导线连接两个分别带正负电荷的导体，导线中有没有电流通过？为什么？如果有，这个电流能持续没有电流通过？为什么？如果有，这个电流能持续下去吗？下去吗？导体中自由电子的定向移导体中自由电子的定向移动使两个带电体成为等势动使两个带电体成为等势体，达到静电平衡，导线体，达到静电平衡，导线R R 中会产生一个中会产生一个瞬时瞬时电流电流导体中产生电流导体中产生电流的条件的条件: :导体两端导体
3、两端存在存在电势差电势差第二章第二章 恒定电流恒定电流高中物理选修高中物理选修3131科学是如此迷人AB水池抽水机抽水机如图，水池如图，水池A A、B B的水面有一定的高度差，若的水面有一定的高度差，若A A、B B之间用一细管连起来，则水在重力的作用下定之间用一细管连起来，则水在重力的作用下定向移动，从水池向移动，从水池 A A流向水池流向水池B B。 A A、B B之间的高之间的高度差很快消失，在这种情况下，水管中只可能度差很快消失，在这种情况下，水管中只可能有一个有一个瞬间瞬间的水流。的水流。问题导引：怎样才能在水管中有源源不断的水流呢？问题导引：怎样才能在水管中有源源不断的水流呢？水池
4、水池A中的水量要及时中的水量要及时 补补充才行。可将充才行。可将B中的水及时中的水及时 抽到抽到B，保持水池，保持水池A、B的的水面有一定的水面有一定的高度差高度差第二章第二章 恒定电流恒定电流高中物理选修高中物理选修3131科学是如此迷人-BA-A+_B_如果在如果在AB之间接上一个装置之间接上一个装置P，它能把经过，它能把经过R流到流到A的电子取走，的电子取走，补充给补充给B，使，使AB始终保持一定数量的正、负电荷，情况会怎样始终保持一定数量的正、负电荷，情况会怎样呢？呢？-+A+_B_P-导体中自由电子的定向导体中自由电子的定向移动使两个带电体成为移动使两个带电体成为等势体，达到静电平衡
5、，等势体，达到静电平衡，导线导线R 中会产生一个瞬中会产生一个瞬时电流时电流能保持能保持导体两端的导体两端的电势差电势差(电压电压),使电使电路有路有持续持续的电流的电流.第二章第二章 恒定电流恒定电流高中物理选修高中物理选修3131科学是如此迷人-+A+_B_P-二、电源1. 1.能把自由电子从能把自由电子从正极正极搬到搬到负极负极的装置的装置. .2.2.作用作用: :保持保持导体两端的电势差导体两端的电势差( (电压电压), ),使电使电路有路有持续持续的电流的电流. .第二章第二章 恒定电流恒定电流高中物理选修高中物理选修3131科学是如此迷人 形成电流的条件：形成电流的条件： （1
6、1）存在）存在自由电荷自由电荷金属导体金属导体自由电子自由电子 电解液电解液正、负离子正、负离子（2 2）导体两端存在）导体两端存在电压电压 当导体两端存在电压时，导体内建立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，形成电流用下发生定向移动，形成电流第二章第二章 恒定电流恒定电流高中物理选修高中物理选修3131科学是如此迷人 电源的作用是电源的作用是保持保持导体两端的导体两端的电压电压，使导，使导体中有体中有持续持续的电流的电流AB假设在电源正、负假设在电源正、负极之间连一根导线极之间连一根导线 导体导体A A、B
7、 B间存在电场，间存在电场，有电势差。有电势差。 导线中的自由电子在静电导线中的自由电子在静电力作用下由力作用下由B B向向A A移动，最移动，最后使后使A A、B B成为一个等势成为一个等势体。体。有有瞬时电流瞬时电流。 要使电路中有持续电要使电路中有持续电流，应怎办？流，应怎办？ 可在可在A A、B B间接一间接一电源电源P P，把电子从把电子从A A搬运到搬运到B B。有了电源，电路中产生的电流有了电源，电路中产生的电流大小是大小是恒定恒定的还是的还是变化变化的？的？第二章第二章 恒定电流恒定电流高中物理选修高中物理选修3131科学是如此迷人 导线内的电场，是由电源、导线内的电场，是由电
8、源、导线导线 等电路元件所积累的电等电路元件所积累的电荷共同形成的。尽管这些电荷荷共同形成的。尽管这些电荷也在运动，但也在运动，但有的流走了，另有的流走了，另外的又来补充外的又来补充，所以电荷的分，所以电荷的分布是稳定的，电场的分布也稳布是稳定的，电场的分布也稳定。定。-恒定电场恒定电场第二章第二章 恒定电流恒定电流高中物理选修高中物理选修3131科学是如此迷人 恒定电场恒定电场 由由稳定分布稳定分布的电荷产生的电荷产生稳定稳定的电场称为恒定电场的电场称为恒定电场. .第二章第二章 恒定电流恒定电流高中物理选修高中物理选修3131科学是如此迷人恒定电场恒定电场电场强度不变电场强度不变自由电子在
9、各个位置的定向运动自由电子在各个位置的定向运动速率速率也不变也不变串一个电流表串一个电流表, ,读数不会变读数不会变恒定电流恒定电流第二章第二章 恒定电流恒定电流高中物理选修高中物理选修3131科学是如此迷人四、恒定电流四、恒定电流 1 1、大小方向都、大小方向都不随时间变化不随时间变化的电流称为恒的电流称为恒定电流定电流. . 2 2、电流强度、电流强度( (I I): ):表示电流的强弱程度表示电流的强弱程度. . 定义定义: :通过导体横截面的电量通过导体横截面的电量q q跟通过这些电跟通过这些电量所用时间量所用时间t t的比值叫做电流的比值叫做电流 . . 公式公式: :I I= q
10、/ t= q / t 单位单位: :国际单位国际单位 安培安培(A) 1A=1C/s(A) 1A=1C/s 常用单位：毫安（常用单位：毫安（mAmA）、微安（）、微安（AA） 方向方向: :正电荷定向移动的方向正电荷定向移动的方向 第二章第二章 恒定电流恒定电流高中物理选修高中物理选修3131科学是如此迷人（1 1）适用于）适用于任何电荷任何电荷的定向移动形成的电流。的定向移动形成的电流。（2 2）在）在金属导体金属导体中，电流方向与中，电流方向与自由电荷（电自由电荷（电子）子）的定向移动方向的定向移动方向相反相反；（3 3）在）在电解液中电解液中，电流方向与正离子定向移动，电流方向与正离子定
11、向移动方向方向相同，与相同，与负离子负离子走向移动方向走向移动方向相反相反导电导电时，是正负离子向相反方向定向移动形成电流，时，是正负离子向相反方向定向移动形成电流，电量电量q q表示通过截面的正、负离子表示通过截面的正、负离子电量电量绝对值绝对值之和之和。注意注意第二章第二章 恒定电流恒定电流高中物理选修高中物理选修3131科学是如此迷人1 1、在金属导体中，若、在金属导体中，若10s10s内通过横截面的电量内通过横截面的电量为为10C10C，则导体中的电流为，则导体中的电流为_A_A； 1A1A 2 2、某电解槽横截面积为、某电解槽横截面积为0.5m0.5m2 2，若，若10s10s内沿相
12、反内沿相反方向通过横截面的正负离子的电量均为方向通过横截面的正负离子的电量均为10C10C，则电解液中的电流为则电解液中的电流为_A_A 2A2A 课堂训练课堂训练第二章第二章 恒定电流恒定电流高中物理选修高中物理选修3131科学是如此迷人3 3决定电流大小的微观量决定电流大小的微观量 在加有电压的一段粗细均匀的导体在加有电压的一段粗细均匀的导体ADAD上选取两个上选取两个截面截面B B和和C C，设导体的横截面积为，设导体的横截面积为S S导体每单位体积导体每单位体积内的自由电荷数为内的自由电荷数为n n，每个电荷的电荷量为，每个电荷的电荷量为q q，电荷，电荷的定向移动速率为的定向移动速率
13、为v v 则在时间则在时间t t内处于相距为内处于相距为 vtvt 的两截面的两截面B B、C C间的所有间的所有自由电荷将通过截面自由电荷将通过截面C C 第二章第二章 恒定电流恒定电流高中物理选修高中物理选修3131科学是如此迷人已知：已知：n n为单位体积为单位体积内的自由电荷的个数，内的自由电荷的个数，S S为导线的横截面积，为导线的横截面积，v v为自由电荷的为自由电荷的定向移动速率定向移动速率 . . 在时间在时间t t内通过导体某截面的电量为内通过导体某截面的电量为: : Q=( Q=(VtS)nqVtS)nq 所形成的电流为所形成的电流为: : I I=Q/t=Q/t=nqSV
14、nqSV 第二章第二章 恒定电流恒定电流高中物理选修高中物理选修3131科学是如此迷人例题例题: :有一条横截面积有一条横截面积S=1mmS=1mm2 2的铜导线的铜导线, ,通过的电通过的电流流I I=1A,=1A,已知铜的密度已知铜的密度=8.9=8.910103 3kg/mkg/m3 3, ,铜的摩铜的摩尔质量尔质量M=6.4M=6.41010-2-2kg/mol,kg/mol,阿伏加德罗常数阿伏加德罗常数NNA A=6.02=6.0210102323molmol-1 -1, ,电子的电量电子的电量e=-1.6e=-1.61010-19-19C,C,求铜导线中自由电子定向移动的速率求铜导
15、线中自由电子定向移动的速率. .可认为铜可认为铜导线中平均每个铜原子贡献一个自由电子导线中平均每个铜原子贡献一个自由电子. .vtvsvAIMvSN e57.5 10/m s第二章第二章 恒定电流恒定电流高中物理选修高中物理选修3131科学是如此迷人思考题思考题 如果认为电子的定向运动速率就如果认为电子的定向运动速率就是电流的传导速率，和我们的生活是电流的传导速率，和我们的生活经验是否相符？怎样解释？经验是否相符？怎样解释？ 电子定向移动的速率约电子定向移动的速率约10 10 -5-5 m/sm/s， 电子热运动的平均速率电子热运动的平均速率10 10 5 5 m/sm/s， 电场的传播速率电
16、场的传播速率3 310 10 8 8 m/sm/s. .第二章第二章 恒定电流恒定电流高中物理选修高中物理选修3131科学是如此迷人1 1、形成电流的条件：、形成电流的条件： （1 1）存在自由电荷（）存在自由电荷（2 2）导体两端存在电压）导体两端存在电压2 2、电源的作用：提供持续的电压、电源的作用：提供持续的电压3 3、导线中的电场、导线中的电场: :导线内的电场线保持和导线平导线内的电场线保持和导线平行行.( .(恒定电场恒定电场) )4 4、恒定电流、恒定电流: :大小方向都不随时间变化的电流大小方向都不随时间变化的电流. .5 5、电流、电流: :表示电流的强弱程度的物理量表示电流
17、的强弱程度的物理量. . （1 1）定义式）定义式 I I=q / t=q / t （2 2）金属导体中电流的计算式）金属导体中电流的计算式小结:nqsvI n n 为单位体积内自由电荷数目，为单位体积内自由电荷数目，S S 为导体横截面积，为导体横截面积，v v为电荷定向移动速率为电荷定向移动速率 q q为每个自由电荷的电量为每个自由电荷的电量第二章第二章 恒定电流恒定电流高中物理选修高中物理选修3131科学是如此迷人课堂训练课堂训练3 3、关于电流的方向，下列叙述中正确的是、关于电流的方向，下列叙述中正确的是A A金属导体中电流的方向就是自由电子定金属导体中电流的方向就是自由电子定向移动的
18、方向向移动的方向B B在电解质溶液中有自由的正离子和负离在电解质溶液中有自由的正离子和负离子，电流方向不能确定子，电流方向不能确定C C不论何种导体，电流的方向规定为正电不论何种导体，电流的方向规定为正电荷定向移动的方向荷定向移动的方向D D电流的方向有时与正电荷定向移动的方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向相同，有时与负电荷定向移动的方向相同同C C第二章第二章 恒定电流恒定电流高中物理选修高中物理选修3131科学是如此迷人课堂训练课堂训练4 4、某电解质溶液，如果在、某电解质溶液，如果在1 s1 s内共有内共有5.05.010101818个二价正离子和个二价正离子和1.01.010101919个个一价负离子通过某横截面，那么通过一价负离子通过某横截面，那么通过电解质溶液的电流强度是多大？电解质溶液的电流强度是多大？3.2 A 3.2 A 第二章第二章 恒定电流恒定电流高中物理选修高中物理选修3131科学是如此迷人课堂训练课堂训练5 5、氢原子的核外只有一个电子，设、氢原子的核外只有一个电子，设电子在离原子核距离为电子在离原子核距离为R R的圆轨道的圆轨道上做匀速圆周运动。已知电子的电上做匀速圆周运动。已知电子的电荷量为荷量为e e，运动速率为，运动速率为v v，求电子绕，求电子绕核运动的等效电流多大？核运动的等效电流多大？RevtqI2