高二物理电源与电流新人教选修.pptx

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1、本本章章为为电电学学的的基基础础知知识识,它它是是在在初初中中学学过过的的电电学学知知识识的的基基础础上上,进进行行加加深深和和拓拓展展,主主要要讨讨论论了了电电源源的的作作用用、电电路路的的组组成成结结构构、电电流流、电电压压和和功功率率的的分分配配、电电路路中中的的能量转化以及电路的简单设计等能量转化以及电路的简单设计等对对应应学学生用生用书书P40第第1页页/共共56页页本本章章的的重重点点是是理理解解电电动动势势、路路端端电电压压和和内内电电压压的的关关系系,理理解解闭闭合合电电路路欧欧姆姆定定律律的的内内容容和和表表达达式式,电电路路的的分分析析和和计计算算,理理解解测测量量电电源源

2、电电动动势势和和内内阻阻的的方方法法难难点点是是负负载载对对电电源源输输出出功功率率的的影影响响、电电路路的的设设计计以以及及电电阻阻测测量量等等电电学学实实验验(包包括括灵灵活活应应用用实实验验的的基基本本方方法法和和技技能能解解决决实实验问题、电路的设计等验问题、电路的设计等)第第2页页/共共56页页本本章章内内容容可可分分为为三三部部分分:第第一一部部分分以以部部分分电电路路欧欧姆姆定定律律为为中中心心,主主要要研研究究直直流流电电路路的的基基本本参参量量、串串并并联联电电路路的的规规律律、伏伏安安法法测测电电阻阻、电电功功和和电电热热等等问问题题;第第二二部部分分以以闭闭合合电电路路的

3、的欧欧姆姆定定律律为为中中心心,主主要要研研究究了了电电源源的的作作用用、闭闭合合电电路路中中功功率率的的分分配配和和能能量量转转化化关关系系、电电路路的的分分析析和和计计算算等等问问题题;第第三三部部分分以以电电流流表表、电电压压表表、滑滑动动变变阻阻器器的的使使用用为为中中心心,结结合合学学生生实实验验,研研究究了了仪仪器器的的选选择择和使用、数据的处理和误差分析等问题和使用、数据的处理和误差分析等问题第第3页页/共共56页页本本章章重重点点:理理解解电电动动势势、路路端端电电压压和和内内电电压压的的关关系系,理理解解闭闭合合电电路路欧欧姆姆定定律律的的内内容容和和表表达达式式,电电路路的

4、的分分析析和和计算,理解测量电源电动势和内阻的方法计算,理解测量电源电动势和内阻的方法本本章章难难点点:负负载载对对电电源源输输出出功功率率的的影影响响、电电路路的的设设计计以以及及电电阻阻测测量量等等电电学学实实验验(包包括括灵灵活活应应用用实实验验的的基基本本方方法和技能解决实验问题、电路的设计等法和技能解决实验问题、电路的设计等).第第4页页/共共56页页1.在在本本章章学学习习中中要要掌掌握握分分析析解解决决问问题题的的方方法法,比比如如动动态态分分析析法法、等等效效法法的的应应用用,模模型型的的转转化化,非非电电学学量量和和电电学量的转化,以及极限法、赋值法的应用技巧等学量的转化,以

5、及极限法、赋值法的应用技巧等对对应应学学生用生用书书P40第第5页页/共共56页页2还还要要注注意意用用能能量量的的观观点点分分析析问问题题要要从从能能量量转转化化和和守守恒恒的的角角度度去去分分析析和和解解决决问问题题在在纯纯电电阻阻电电路路中中,电电路路消消耗耗的的电电能能只只能能转转化化为为内内能能,如如果果是是非非纯纯电电阻阻电电路路,电电能能大大部部分分要要转转化化为为机机械械能能或或化化学学能能等等另另外外功功率率问问题题、闭合电路欧姆定律的推导等都用到了能量守恒定律闭合电路欧姆定律的推导等都用到了能量守恒定律第第6页页/共共56页页3对对于于有有关关的的电电学学实实验验,要要从从

6、基基本本原原理理、基基本本方方法法入入手手,循循序序渐渐进进,逐逐步步掌掌握握对对于于每每个个实实验验,都都要要从从实实验验原原理理、实实验验方方法法、实实验验步步骤骤、注注意意事事项项、数数据据处处理理和和误误差差分分析析等等方方面面去去分分析析,还还要要注注意意重重要要仪仪器器的的使使用用方方法法和读数规则等和读数规则等第第7页页/共共56页页第第1节电源和电流节电源和电流第第8页页/共共56页页第第9页页/共共56页页电源电源1电源的定义电源的定义电电源源是是不不断断把把负负电电荷荷从从正正极极搬搬运运到到负负极极从从而而维维持持正正负极之间存在一定电势差的装置。负极之间存在一定电势差的

7、装置。2电源的作用电源的作用(1)从电荷移动角度看从电荷移动角度看电电源源的的作作用用就就是是移移送送电电荷荷,维维持持电电源源正正、负负极极间间有有一定的电势差,从而保持电路中有持续电流一定的电势差,从而保持电路中有持续电流教 材 要 点 解 读对对应应学学生用生用书书P40第第10页页/共共56页页电电源源在在内内部部能能把把电电子子从从正正极极A搬搬运运到到负负极极B,如如图图所所示示(2)从能量转化的角度看从能量转化的角度看搬搬运运电电荷荷的的过过程程就就是是克克服服静静电电力力做做功功的的过过程程,是是将将其他形式的能转化为电能的过程其他形式的能转化为电能的过程第第11页页/共共56

8、页页有有电电源源不不一一定定得得到到持持续续的的电电流流,要要得得到到持持续续的的电电流流需需要同时满要同时满足足两个两个条条件:件:(1)电路中有电源电路中有电源(2)电电路路还还必必须须是是闭闭合合的的,即即必必须须用用导导体体将将电电源源连连接接起起来来所以只有电源,电路不闭合所以只有电源,电路不闭合也也不不会会有持有持续续电流电流第第12页页/共共56页页恒定电场恒定电场1形成形成导导线线中中的的电电场场是是由由电电源源、导导线线等等电电路路元元件件所所积积累累的的电荷共同形成的合电场电荷共同形成的合电场2特点特点导导线线内内的的电电场场线线和和导导线线平平行行;电电荷荷的的分分布布是

9、是稳稳定定的的;导线内的电场是沿导线切线方向的稳定电场导线内的电场是沿导线切线方向的稳定电场 第第13页页/共共56页页3恒定电场与静电场的关系恒定电场与静电场的关系在在恒恒定定电电场场中中,任任何何位位置置的的电电场场强强度度都都不不随随时时间间变变化化,其其基基本本性性质质与与静静电电场场相相同同在在静静电电场场中中所所学学的的电电势势、电电势势差差及及其其与与电电场场强强度度的的关关系系,在在恒恒定定电电场场中中同同样样适适用用第第14页页/共共56页页(1)两种电场的共性两种电场的共性它它们们都都是是物物质质的的一一种种客客观观存存在在形形式式,都都储储存存着着电电能;能;它们对处于其

10、中的电荷都有静电力的作用;它们对处于其中的电荷都有静电力的作用;在在这这两两种种电电场场中中移移动动电电荷荷时时相相应应的的静静电电力力一一般般都都要做功要做功第第15页页/共共56页页(2)两种电场的区别两种电场的区别导导体体中中要要建建立立稳稳恒恒电电流流就就必必须须将将导导体体与与电电源源相相连连接接,形形成成一一闭闭合合的的回回路路而而静静电电场场的的建建立立只只需需要要有有电电荷荷存在;存在;静静电电平平衡衡状状态态下下的的导导体体内内部部场场强强为为零零,而而在在稳稳恒恒电流条件下导体内部场强不为零;电流条件下导体内部场强不为零;在在一一般般情情况况下下,静静电电场场的的电电场场线

11、线并并不不是是电电荷荷运运动动的的轨轨迹迹线线,但但是是导导体体中中恒恒定定电电场场的的电电场场线线就就是是电电荷荷运运动动的轨迹线的轨迹线第第16页页/共共56页页(1)产产生生恒恒定定电电流流的的电电路路中中的的电电场场是是合合电电场场(E),它它由由两两部部分分组组成成:一一是是电电源源的的电电场场(E0);二二是是导导线线两两侧侧的的堆堆积积电荷的电场电荷的电场(E)(2)恒恒定定电电流流电电路路中中的的电电场场是是稳稳定定电电场场,即即电电路路中中的的电电荷荷分分布布是是稳稳定定的的,但但不不是是静静态态的的绝绝对对稳稳定定,而而是是动动态态稳稳定定,就就电电路路中中任任一一微微元元

12、来来讲讲,流流走走多多少少电电荷荷,就就补补充充等量的电荷,所以不能等量的电荷,所以不能认认为为恒恒定电场是匀强电场定电场是匀强电场第第17页页/共共56页页恒定电流恒定电流1电流电流(1)电流的形成:电荷的定向移动形成电流电流的形成:电荷的定向移动形成电流(2)产生电流的条件产生电流的条件内因:存在自由电荷内因:存在自由电荷外因:导体两端存在电势差外因:导体两端存在电势差导导体体两两端端存存在在电电压压时时,导导体体内内建建立立了了电电场场,导导体体中中的自由电荷在电场力作用下发生定向移动,形成电流的自由电荷在电场力作用下发生定向移动,形成电流 第第18页页/共共56页页(3)电电流流的的方

13、方向向:人人们们规规定定正正电电荷荷移移动动的的方方向向为为电电流流的方向的方向在在金金属属导导体体中中,电电流流的的方方向向与与自自由由电电子子的的定定向向移移动动方方向向相相反反在在电电解解液液中中,电电流流的的方方向向与与正正离离子子定定向向移移动方向相同,与负离子定向移动方向相反动方向相同,与负离子定向移动方向相反电流是标量电流是标量第第19页页/共共56页页(4)电流的定义电流的定义定定义义:通通过过导导体体横横截截面面的的电电荷荷量量q与与通通过过这这些些电电荷荷量所用时间量所用时间t的比值的比值定义式:定义式:Iq/t.单单位位:在在国国际际单单位位制制中中,电电流流的的单单位位

14、是是安安培培,符符号号是是A,通通常常用用的的单单位位还还有有毫毫安安、微微安安,1 A103 mA106 A.(5)恒恒定定电电流流:大大小小方方向向都都不不随随时时间间变变化化的的电电流流称称为为恒定电流恒定电流第第20页页/共共56页页第第21页页/共共56页页第第22页页/共共56页页第第23页页/共共56页页2电流的微观表达式电流的微观表达式(1)建建立立模模型型:如如图图所所示示,AD表表示示粗粗细细均均匀匀的的一一段段长长为为l的的导导体体,两两端端加加一一定定的的电电压压,导导体体中中的的自自由由电电荷荷沿沿导导体体定定向向移移动动的的速速率率为为v,设设导导体体的的横横截截面

15、面积积为为S,导导体体每每单单位体积内的自由电荷数为位体积内的自由电荷数为n,每个自由电荷的电荷量为,每个自由电荷的电荷量为q.第第24页页/共共56页页第第25页页/共共56页页(3)结结论论:由由此此可可见见,从从微微观观上上看看,电电流流决决定定于于导导体体中中单单位位体体积积内内的的自自由由电电荷荷数数、每每个个自自由由电电荷荷的的电电荷荷量量、定定向移动速率的大小,还与导体的横截面积有关向移动速率的大小,还与导体的横截面积有关第第26页页/共共56页页使用公式使用公式InqSv计算时,一定要注意以下几点:计算时,一定要注意以下几点:(1)各各个物理量都要用个物理量都要用国国际际单位单

16、位(2)正正确确理理解解各各符符号号的的意意义义,特特别别是是n表表示示导导体体中中单单位位体体积积内内的的自自由由电电荷荷数数,v表表示示自自由由电电荷荷定定向向移移动动速速度度的的大大小小(3)若若已已知知单单位位长长度度的的自自由由电电荷荷数数为为n,则则电电流流的的微微观观表表达达式为式为Inqv.第第27页页/共共56页页3.导体内三种速率的比较导体内三种速率的比较电电流流微微观观表表达达式式为为InqSv,其其中中v表表示示电电荷荷定定向向移移动动的的速速率率实实际际上上电电荷荷的的运运动动存存在在三三种种速速率率,下下面面对对电电荷荷的的三种速率进行区别三种速率进行区别.第第28

17、页页/共共56页页自由电荷定自由电荷定向移动速率向移动速率自由电荷定向移动形成电流,其中电荷定自由电荷定向移动形成电流,其中电荷定向移动的速率一般为向移动的速率一般为105 m/s的数量级的数量级无规则热无规则热运动速率运动速率导体中的自由电子在不停地做无规则运动,导体中的自由电子在不停地做无规则运动,由于沿各个方向无规则运动的机会相等,由于沿各个方向无规则运动的机会相等,故不能形成电流常温下自由电子热运动故不能形成电流常温下自由电子热运动的速率的数量级为的速率的数量级为105 m/s电场传播速电场传播速率率(或电流或电流传导速率传导速率)等于光速,闭合开关的瞬间,电路中各处等于光速,闭合开关

18、的瞬间,电路中各处以真空中的光速以真空中的光速c形成恒定电场,在恒定电形成恒定电场,在恒定电场的作用下,电路中各处的自由电子几乎场的作用下,电路中各处的自由电子几乎同时开始定向移动,整个电路也几乎同时同时开始定向移动,整个电路也几乎同时形成了电流形成了电流第第29页页/共共56页页由由InqSv可可以以看看出出,同同一一段段导导体体,横横截截面面积积越越大大的的位置,位置,自自由电荷定向移动的由电荷定向移动的速率速率越小,如图所示越小,如图所示第第30页页/共共56页页对电流的理解与辨析对电流的理解与辨析 关于电流的概念,下列说法中正确的有关于电流的概念,下列说法中正确的有()A导体中有电荷运

19、动就形成电流导体中有电荷运动就形成电流B电电流流是是一一个个矢矢量量,其其方方向向就就是是正正电电荷荷定定向向移移动动的的方向方向C在在国国际际单单位位制制中中,电电流流是是一一个个基基本本物物理理量量,其其单单位安培是基本单位位安培是基本单位D对对于于导导体体,只只要要其其两两端端电电势势差差为为零零,电电流流也也必必为为零零解 题 方 法 指 导对对应应学学生用生用书书P42第第31页页/共共56页页【解解析析】导导体体中中有有大大量量的的自自由由电电子子,总总在在不不停停地地做做无无规规则则运运动动,没没有有定定向向运运动动,在在一一段段时时间间t内内,通通过过导导体体某某一一截截面面的

20、的电电荷荷是是双双向向的的,其其数数值值又又是是相相等等的的,电电流流是是0,故故A错错电电流流是是一一个个标标量量,因因为为其其运运算算不不符符合合矢矢量量运运算算法法则则为为了了便便于于研研究究电电流流,人人们们规规定定正正电电荷荷定定向向移移动动的的方方向向为为电电流流的的正正方方向向,以以区区别别于于负负电电荷荷的的定定向向移移动动,故故B错错在在国国际际单单位位制制中中,共共有有七七个个基基本本量量,电电流流是是其其中中之之一一,故故C正正确确对对于于导导体体,其其两两端端电电势势差差是是0时时,导导体体内内无无电电场,电场,电子子不能定向移动,故电流是不能定向移动,故电流是0,D正

21、确正确【答案答案】CD第第32页页/共共56页页【方法总结方法总结】(1)导导体体内内电电荷荷的的无无规规则则运运动动与与电电荷荷的的定定向向移移动动不不是是一一回回事事,导导体体两两端端存存在在电电势势差差时时,导导体体内内的的电电荷荷才才会会定定向向移动,但电荷的无规则运动是不移动,但电荷的无规则运动是不需需要要条条件的件的(2)电电流流是是描描述述电电流流强强弱弱的的物物理理量量,它它有有方方向向但但为为标标量量习惯习惯上规定正电荷定向移动的方向为电流的方向上规定正电荷定向移动的方向为电流的方向第第33页页/共共56页页以下说法正确的是以下说法正确的是()A只要有可以自由移动的电荷,就能

22、存在持续电流只要有可以自由移动的电荷,就能存在持续电流B金金属属导导体体内内的的持持续续电电流流是是自自由由电电子子在在导导体体内内的的电电场作用下形成的场作用下形成的C电电流流的的传传导导速速率率就就是是导导体体内内自自由由电电子子的的定定向向移移动动速率速率D在在金金属属导导体体内内当当自自由由电电子子定定向向移移动动时时,它它们们的的热热运动就消失了运动就消失了 第第34页页/共共56页页解解析析:要要有有持持续续电电流流必必须须有有持持续续的的电电压压,A不不对对;导导体体中中形形成成电电流流的的原原因因是是导导体体两两端端加加上上电电压压,于于是是在在导导体体内内形形成成了了电电场场

23、,导导体体内内的的自自由由电电子子将将在在电电场场力力作作用用下下定定向向移移动动,形形成成电电流流,B正正确确;电电流流的的传传导导速速度度等等于于光光速速,电电子子定定向向移移动动的的速速率率很很小小,C不不对对;在在形形成成电电流流时时电电子子定定向向移移动动,但但是是热热运运动动并并没没有有消消失失,其其实实电电子子仍仍然然做做无无规规则则的的热热运动,运动,D不对不对答案:答案:B第第35页页/共共56页页电流大小的计算方法电流大小的计算方法如如果果导导线线中中的的电电流流为为1 mA,那那么么1 s内内通通过过导导体体横横截截面面的的自自由由电电子子数数是是多多少少?若若“220

24、V60W”的的白白炽炽灯灯正正常常发发光光时时的的电电流流为为273 mA,则则20 s内内通通过过灯灯丝丝的的横横截面的电子数目是多少个?截面的电子数目是多少个?【分分析析】根根据据公公式式qIt计计算算,注注意意单单位位的的统统一一,记记住住每个电每个电子子所带电荷量所带电荷量e1.61019 C.第第36页页/共共56页页【答案答案】6.2510153.41019 第第37页页/共共56页页【方法总结方法总结】(1)认认真真审审题,明确导电的是什么题,明确导电的是什么粒子粒子(2)由由题题设设条条件件求求出出时时间间t内内通通过过某某一一横横截截面面的的电电荷荷量量q.注注意意若若有有正

25、正、负负电电荷荷同同时时通通过过某某一一横横截截面面时时,那那么么在在一一段段时时间间内内通通过过这这一一横横截截面面的的电电荷荷量量等等于于正正、负负电电荷荷电电荷荷量量的绝对值之和的绝对值之和(3)由定义式由定义式Iq/t求出电流大小求出电流大小第第38页页/共共56页页 如如图图所所示示,在在NaCl溶溶液液中中,正正、负负电电荷荷定定向向移移动动,方方向向如如图图所所示示,若若测测得得2 s内内有有1.01018个个Na和和1.01018个个Cl通通过过溶溶液液内内部部的的横横截截面面M,试试问问:溶液中的电流方向如何?电流多大?溶液中的电流方向如何?电流多大?第第39页页/共共56页

26、页解解析析:NaCl溶溶液液导导电电是是靠靠自自由由移移动动的的Na和和Cl,它它们们在在电电场场力力作作用用下下向向相相反反方方向向运运动动因因为为电电流流方方向向规规定定为为正正电电荷荷定定向向移移动动的的方方向向,故故溶溶液液中中电电流流方方向向与与Na定定向向移移动方向相同,动方向相同,即即由由A指向指向B.Na和和Cl都都是是一一价价离离子子,每每个个离离子子的的电电荷荷量量为为e1.61019 C,NaCl溶溶液液导导电电时时,Na由由A向向B定定向向移移动动,Cl由由B向向A运动,运动,第第40页页/共共56页页答案:答案:溶液中的电流大小为溶液中的电流大小为0.16 A,方向由

27、,方向由A指向指向B.第第41页页/共共56页页电流的微观计算方法电流的微观计算方法一一段段粗粗细细均均匀匀的的金金属属导导体体的的横横截截面面积积是是S,导导体体单单位位长长度度内内的的自自由由电电子子数数为为n,金金属属内内的的1个个自自由由电电子子所所带带的的电电荷荷量量为为e,自自由由电电子子做做无无规规则则热热运运动动的的速速率率为为v0,导体中通过的电流为导体中通过的电流为I.则下列说法中正确的是则下列说法中正确的是()第第42页页/共共56页页【答案答案】D 第第43页页/共共56页页【方法总结方法总结】理理解解InqSv各各物物理理量量的的含含义义是是解解决决此此类类问问题题的

28、的关关键键n为为单单位位体体积积内内自自由由电电荷荷的的个个数数,v为为导导体体中中的的自自由由电电荷荷定定向向移移动动的的速速率率,S为为导导体体的的横横截截面面积积,q为为每每个个自自由由电电荷荷的电荷量的电荷量第第44页页/共共56页页(2013昆昆明明高高二二检检测测)一一根根横横截截面面积积为为S的的均均匀匀长长直直橡橡胶胶棒棒上上均均匀匀带带有有负负电电荷荷,每每米米电电荷荷量量为为q,当当此此棒棒沿沿轴轴线线方方向向做做速速度度为为v的的匀匀速速直直线线运运动动时时,由于棒运动而形成的等效电流大小为由于棒运动而形成的等效电流大小为()AqvBq/vCqvSDqv/S第第45页页/

29、共共56页页答案:答案:A 第第46页页/共共56页页默 读 联 想 记 忆对对应应学学生用生用书书P43第第47页页/共共56页页第第48页页/共共56页页1.关于电源的作用,下列说法正确的是关于电源的作用,下列说法正确的是()A电源的作用是为电路持续地提供自由电荷电源的作用是为电路持续地提供自由电荷B电源的作用是能直接释放电能电源的作用是能直接释放电能C电电源源的的作作用用就就是是保保持持导导体体两两端端的的电电压压,使使电电路路中中有持续的电流有持续的电流D电源的作用就是使自由电荷运动起来电源的作用就是使自由电荷运动起来课 堂 巩 固 训 练对对应应学学生用生用书书P43第第49页页/共

30、共56页页解解析析:电电源源是是提提供供能能量量的的装装置置,电电源源供供电电的的过过程程就就是是将将其其他他形形式式的的能能转转化化为为电电能能的的过过程程,故故A、B错错误误;电电源源能能使使导导体体两两端端保保持持稳稳定定的的电电压压,从从而而使使导导体体中中保保持持持持续续的的电流,故电流,故C正确,正确,D错误错误答案:答案:C第第50页页/共共56页页2关关于于导导体体中中形形成成恒恒定定电电流流的的恒恒定定电电场场,下下列列说说法法中正确的是中正确的是()A导导体体中中的的电电场场是是由由电电源源两两极极电电荷荷在在空空间间直直接接形形成成的的B导体中的电场是导体内自由电荷形成的

31、导体中的电场是导体内自由电荷形成的C由于处于静电平衡状态,导体内场强为零由于处于静电平衡状态,导体内场强为零D导体中的电场分布不随时间变化导体中的电场分布不随时间变化第第51页页/共共56页页解解析析:有有恒恒定定电电流流时时,导导体体中中的的电电场场是是由由电电源源电电场场和和导导体体侧侧面面堆堆积积电电荷荷形形成成的的电电场场叠叠加加而而成成的的,故故A、B错错导导体体内内电电场场不不为为零零,不不是是静静电电平平衡衡状状态态,故故C错错导导体体中中的电场是的电场是恒恒定电场,电荷分定电场,电荷分布布不随时间变化,故不随时间变化,故D正确正确答案:答案:D第第52页页/共共56页页3(20

32、13运运城城高高二二检检测测)某某一一探探测测器器因因射射线线照照射射,内内部部气气体体电电离离,在在时时间间t内内有有n个个二二价价正正离离子子经经过过某某一一截截面面,同同时时有有2n个个电电子子也也经经过过该该截截面面,则则探探测测器器电电路路中中的的电电流流为为()A0B2ne/tC3ne/tD4ne/t第第53页页/共共56页页答案:答案:D 第第54页页/共共56页页4某某次次闪闪电电持持续续的的时时间间为为0.005 s,所所形形成成的的平平均均电电流流约约为为6104 A,若若闪闪电电过过程程中中定定向向移移动动的的电电荷荷量量以以0.5 A的电流通过电灯,求可供灯照明的时间的电流通过电灯,求可供灯照明的时间答案:答案:600 s 第第55页页/共共56页页第二章第二章第二章第二章 恒定电流恒定电流恒定电流恒定电流新新新新 课课课课 程程程程 新新新新 设设设设 计计计计 名名名名 师师师师 同同同同 步步步步 导导导导 学学学学首 页上一页下一页末 页感谢您的观看。感谢您的观看。第第56页页/共共56页页

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