學(xué)魯科版選修31 3.1電流 課件（2）（41張）.pptVIP

第3章恒定電流 第3章恒定電流 第1節(jié)電流 目標(biāo)導(dǎo)航 一 電流的形成1 形成電流的條件 回路中存在 導(dǎo)體兩端有 2 導(dǎo)體中形成持續(xù)電流的條件是導(dǎo)體兩端有 自由電荷 電壓 持續(xù)電壓 想一想1 電解液和導(dǎo)線中的自由電荷各是什么電荷 提示 電解液中的自由電荷是正 負(fù)離子 導(dǎo)線中的自由電荷是自由電子 正電荷不能定向移動(dòng) 二 電流的速度1 電流的速度是 的傳播速度 它等于光速3 0 108m s 2 電子熱運(yùn)動(dòng)的平均速率 構(gòu)成導(dǎo)體的電子在不停地做無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng) 常溫下電子熱運(yùn)動(dòng)的平均速率數(shù)量級(jí)為 m s 3 電子定向移動(dòng)速率 自由電子在電場的作用下做整體的定向移動(dòng) 其移動(dòng)速度相當(dāng)慢 數(shù)量級(jí)大約是 m s 電場 105 10 5 想一想2 導(dǎo)體中有電流時(shí) 所有自由電荷都以同樣的速率向同一方向定向移動(dòng) 對(duì)嗎 提示 不對(duì) 形成電流時(shí) 自由電荷是在無規(guī)則運(yùn)動(dòng)中總體上有了定向移動(dòng) 即一邊無規(guī)則運(yùn)動(dòng) 同時(shí)又定向移動(dòng) 三 電流的方向1 電流的方向 定向移動(dòng)的方向 1 金屬內(nèi)部的電流方向跟負(fù)電荷定向移動(dòng)的方向 2 電源外部的電流總是從電源 極流向電源 極 2 對(duì)導(dǎo)體中的電流形成的認(rèn)識(shí) 可以是 的定向移動(dòng) 也可以是 的定向移動(dòng) 還可以是 沿相反方向同時(shí)移動(dòng) 正電荷 相反 正 負(fù) 正電荷 負(fù)電荷 正 負(fù)電荷 想一想3 如圖所示 在鹽水中加入兩個(gè)電極 與電源連接后可以形成電流 請(qǐng)問 鹽水中的電流方向向哪 提示 在電場力作用下 正離子向左運(yùn)動(dòng) 負(fù)離子向右運(yùn)動(dòng) 形成了向左的電流 四 電流的大小和單位1 定義 電荷定向移動(dòng)時(shí) 在 內(nèi)通過導(dǎo)體 的電荷量稱為電流 2 定義式 i 3 單位 常用單位還有 和 換算關(guān)系 1a ma a 單位時(shí)間 任一橫截面 安培 毫安 微安 103 106 4 物理意義 表示電流 的物理量 5 直流電流 不隨時(shí)間改變的電流 恒定電流 和 都不隨時(shí)間而改變的電流 想一想4 電流既有大小又有方向 它是矢量嗎 提示 不是 電流雖然既有大小又有方向 但電流是標(biāo)量 大小 方向 強(qiáng)弱 方向 要點(diǎn)一電流的形成條件及三種速率 學(xué)案導(dǎo)引1 只要導(dǎo)體兩端有電壓就能形成持續(xù)電流嗎 2 電流的速度就是電荷定向移動(dòng)的速度嗎 1 電流的形成條件 1 回路中存在自由電荷 是形成電流的條件 金屬導(dǎo)體的原子核對(duì)最外層電子的束縛能力較弱 電子很容易掙脫原子核的束縛而成為自由電子 故金屬導(dǎo)體中存在大量的自由電荷 橡膠等絕緣體內(nèi) 原子核對(duì)電子的束縛能力較強(qiáng) 很少有電子能夠掙脫而成為自由電子 故通常情況下 絕緣體中有極少量的自由電荷 電解液中的正 負(fù)離子 2 電壓也是導(dǎo)體中形成電流的條件電場對(duì)電荷有力的作用 例如 有a b兩個(gè)導(dǎo)體分別帶正 負(fù)電荷 a b a b導(dǎo)體間存在電勢差uab a b 當(dāng)a b間用一導(dǎo)線連接時(shí) 導(dǎo)線中的自由電子會(huì)在電場力的作用下運(yùn)動(dòng) 如圖甲所示 形成電流 3 導(dǎo)體兩端有持續(xù)電壓是導(dǎo)體中形成持續(xù)電流的條件在圖甲中 a b的電荷將很快中和 電勢差變?yōu)榱?電場隨之消失 電流也停止了 如圖乙所示 而用電設(shè)備必須有持續(xù)電流才能正常工作 例如 手電筒的照明 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)等 都需要持續(xù)電流 為了獲得持續(xù)電流 必須想辦法維持導(dǎo)體兩端的電壓 干電池 蓄電池 發(fā)電機(jī)等電源提供的就是持續(xù)電壓 導(dǎo)體兩端有了持續(xù)電壓 導(dǎo)體中的自由電子就會(huì)在電場力的持續(xù)作用下形成持續(xù)不斷的電流 2 電路中三種速率的比較 特別提醒 電荷定向移動(dòng)的速率很小 當(dāng)電路閉合后 并不是電荷瞬間從電源運(yùn)動(dòng)到用電器 而是瞬間在系統(tǒng)中形成電場 使導(dǎo)體中所有自由電荷同時(shí)定向移動(dòng)形成電流 對(duì)于金屬導(dǎo)體 在導(dǎo)體中產(chǎn)生恒定的電流必須滿足的條件是 a 有可以自由移動(dòng)的電荷b 把導(dǎo)體放在勻強(qiáng)電場中c 讓導(dǎo)體某一端連接電源正極即能產(chǎn)生電流d 導(dǎo)體兩端加有恒定的電壓 審題指導(dǎo) 解答本題應(yīng)把握以下幾點(diǎn) 1 電流形成的條件是導(dǎo)體兩端有電壓 2 持續(xù)電流形成的條件是導(dǎo)體兩端有持續(xù)電壓 3 恒定電流形成的條件是導(dǎo)體兩端有恒定電壓 精講精析 因?yàn)榻饘賹?dǎo)體中已經(jīng)存在大量的自由電荷 故a錯(cuò) 把導(dǎo)體放在勻強(qiáng)電場中 導(dǎo)體只能產(chǎn)生瞬間感應(yīng)電流 故b錯(cuò) 只是讓導(dǎo)體一端連接電源正極時(shí) 導(dǎo)體兩端無電壓 此時(shí)不能形成電流 故c錯(cuò) 只有讓導(dǎo)體兩端保持恒定的電壓才能產(chǎn)生恒定的電流 故d正確 答案 d 變式訓(xùn)練1 以下說法正確的是 a 只要有可以自由移動(dòng)的電荷 就能存在持續(xù)電流b 金屬導(dǎo)體內(nèi)的持續(xù)電流是自由電子在導(dǎo)體內(nèi)的電場作用下形成的c 電流的傳導(dǎo)速率就是導(dǎo)體內(nèi)自由電子的定向移動(dòng)速率 d 在金屬導(dǎo)體內(nèi)當(dāng)自由電子定向移動(dòng)時(shí) 它們的熱運(yùn)動(dòng)就消失了解析 選b 要有持續(xù)電流必須有持續(xù)電壓 a不對(duì) 導(dǎo)體中形成電流其原因是在導(dǎo)體兩端加上電壓 于是在導(dǎo)體內(nèi)形成了電場 b正確 電流的傳導(dǎo)速率等于光速 電子定向移動(dòng)的速率很小 c不對(duì) 在形成電流時(shí)電子定向移動(dòng) 并不是熱運(yùn)動(dòng)消失了 其實(shí)電子仍然做無規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng) d不對(duì) 1 電流的微觀解釋如圖所示 ad表示粗細(xì)均勻的一段導(dǎo)體l 兩端加一定的電壓 導(dǎo)體中的自由電荷沿導(dǎo)體定向移動(dòng)的速率為v 導(dǎo)體的橫截面積為s 導(dǎo)體每單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)為n 每個(gè)自 橫截面積為s的導(dǎo)線中通有電流i 已知導(dǎo)線每單位體積中有n個(gè)自由電子 每個(gè)自由電子的電荷量是e 自由電子定向移動(dòng)的速率是v 則在時(shí)間 t內(nèi)通過導(dǎo)線橫截面的電子數(shù)是 nsv t nv t i t e i t sea b c d 思路點(diǎn)撥 電子數(shù)等于總電荷量除以每個(gè)電子的電荷量 所以求出通過橫截面的電荷量 即可求出電子數(shù) 而電荷量q it 單位體積內(nèi)的電子數(shù)已知 只要求出 t時(shí)間內(nèi)有多少體積的電子通過橫截面 即可求出電子數(shù) 精講精析 1 根據(jù)電流的定義式 可知在 t內(nèi)通過導(dǎo)線橫截面的電荷量q i t 所以在這段時(shí)間內(nèi)通過的自由電子數(shù)為n q e i t e 2 自由電子定向移動(dòng)的速率是v 因此在時(shí)間 t內(nèi) 位于以橫截面s為底 長l v t的這段導(dǎo)線內(nèi)的自由電子都能通過橫截面 這段導(dǎo)線的體積v sl sv t 所以 t內(nèi)通過橫截面s的自由電子數(shù)為n nv nsv t 所以a正確 答案 a 變式訓(xùn)練2 1 在金屬導(dǎo)體中 若10s內(nèi)通過橫截面的電荷量為10c 則導(dǎo)體中的電流i a 2 某電解液橫截面積為0 5m2 若10s內(nèi)沿相反方向通過橫截面的正 負(fù)離子的電荷量均為10c 則電解液中的電流i a 答案 1 1 2 2 有效電流的計(jì)算 經(jīng)典案例 10分 電子的繞核運(yùn)動(dòng)可等效為環(huán)形電流 若氫原子中的電子以速率v在半徑為r的軌道上運(yùn)動(dòng) 用e表示電子的電荷量 則其等效電流等于多少 思路點(diǎn)撥 解答本題可由以下幾點(diǎn)思考 1 與圓周運(yùn)動(dòng)的知識(shí)相結(jié)合 2 等效電流的計(jì)算抓住某一截面上單位時(shí)間內(nèi)通過的電量 名師點(diǎn)評(píng) 由于沒有直觀經(jīng)驗(yàn) 對(duì)于不少學(xué)生來說 采用這個(gè)思維方法是有一定難度的 因此本題作為一種類型 希望學(xué)生通過練習(xí)積累這種解題思路 在今后解決類似問題時(shí)可以采用等效的思維方法 靜電場和恒定電場的區(qū)別和聯(lián)系靜電場是靜止電荷在其周圍空間所激發(fā)的電場 在靜電場中如果有導(dǎo)體存在 導(dǎo)體內(nèi)部的自由電子就會(huì)定向運(yùn)動(dòng)但不會(huì)持續(xù)下去 不能形成恒定的電流 當(dāng)電荷在導(dǎo)體內(nèi)做定向移動(dòng)而形成恒定電流時(shí) 在導(dǎo)體內(nèi)外所存在的電場稱為恒定電場 這是兩種不同的電場 既有區(qū)別又有聯(lián)系 兩種電場的共性 它們都是物質(zhì)的一種客觀存在形式 都儲(chǔ)存著電能 它們對(duì)處于其中的電荷都有電場力的作用 在這兩種電場中移動(dòng)電荷時(shí)相應(yīng)的電場力一般都要做功 兩種電場的區(qū)別 導(dǎo)體中要建