电源和电流.pptx

《电源和电流.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电源和电流.pptx（56页珍藏版）》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、课前自主学习一 电源1.电源:能够把正电荷从负极搬到正极的装置.2.电源的作用:维持电源的正 负极间有一定的电势差,在闭合电路中,使导线中的自由电子发生定向移动,保持持续的电流 牛牛文库文档分享二 恒定电场1.恒定电场:由电路中稳定分布的电荷所产生的稳定电场,当电路稳定时,导线中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,并且形成过程是在接通电源后的极短时间内(以光速)完成.2.特点:任何位置的电场强度都不随时间发生变化 牛牛文库文档分享三 恒定电流1.电流:电荷的定向移动形成电流,用符号I表示,单位是安培,符号A.2.定义:物理学把流过导体截面的电荷量q与所用时间的比值叫电流,表达式

2、3.电流的物理意义:表示电流的强弱程度.4.恒定电流:大小和方向都不随时间变化的电流叫恒定电流.qI 牛牛文库文档分享知识梳理图 牛牛文库文档分享课堂互动探究一 电源1.导体中的自由电荷在电场力作用下发生定向移动形成电流 牛牛文库文档分享有A B两个导体,分别带正 负电荷,如果在它们之间连接一条导线R,如上图(a)所示,导线R中的自由电子便会在静电力的作用下定向运动,B失去电子,A得到电子,周围电场迅速减弱,A B之间的电势差很快就消失,两导体成为一个等势体,达到静电平衡,如上图(b)所示 牛牛文库文档分享2.电源可使电路中保持持续电流.在上述情况中,导线R中的电流只是一个瞬时电流.倘若在AB

3、之间连接一个装置P,它能源源不断地把经过导线R流到A的电子取走,补充给B,使A B始终保持一定数量的正 负电荷,这样,A B周围空间(包括导线之中)始终存在一定的电场,A B之间便维持着一定的电势差 牛牛文库文档分享由于这个电势差,导线中的自由电子就能不断地在静电力作用下由B经过R向A定向移动,使电路中保持持续的电流,如图所示,能把电子从A搬到B的装置P就是电源 牛牛文库文档分享二 导体中的电场1.导线中电场的形成导线本身由许多带电粒子(电子和质子)组成,当它和电源连通后,在电源两极上的正 负电荷激发的电场作用下,导线的表面以及导线的接头处会有电荷积累,正是这些电荷激发了导线内外的电场,也正是

4、依靠这些电荷才保证导线内部的场强沿导线方向,所以导线中的电场,是由电源 导线等电路元件所积累的电荷共同形成的,并且形成过程是在接通电源后的极短时间内(以光速)完成 牛牛文库文档分享2.恒定电场导线与电源连通后,导线内部很快形成沿导线切线方向的电场,这个电场是由电源 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,电场的分布也不会随时间变化.这种由稳定分布的电荷所产生的稳定的电场,称为恒定电场 牛牛文库文档分享由于在恒定电场中,任何位置的电场强度都不随时间变化,所以它的基本性质与静电场相同,在静电场中所讲的电势电势差及其与电场强度

5、的关系等,在恒定电场中同样适用 牛牛文库文档分享三 形成电流的条件电荷的定向移动形成电流.形成电流满足两个条件:1.要有能自由移动的电荷,在金属导体中的自由电子,电解液中的正负离子,都是自由电荷 牛牛文库文档分享2.导体两端存在电压.自由电荷只有定向移动才能形成电流,要使自由电荷定向移动,需给自由电荷施加驱使它作定向移动的作用力,这个作用力可以由电场施加.将导体的两端加上一定的电压(通过电源实现),导体就有了电场,导体中的自由电荷在电场力的作用下定向移动,形成电流,所以形成电流还应满足,导体两端存在电压.注意:为了使导体中有持续电流,必须使导体两端保持持续电压,持续电压可由电源提供 牛牛文库文

6、档分享四 电流1.(1)定义:通过导体横截面的电量跟通过这些电量所用时间的比值,叫做电流强度,简称电流,用I表示(2)定义式: (3)物理意义:表示电流强弱的物理量.qI 牛牛文库文档分享 (4)单位:国际单位安培(A);其他单位毫安(mA)微安(A).1 A=103 mA=106 A.(5)方向:习惯上规定正电荷定向移动方向为电流方向 牛牛文库文档分享注意:金属导体中电流的方向与自由电子定向移动的方向相反.电解液中正 负离子定向移动的方向虽然相反,但正 负离子定向移动形成的电流方向是相同的.电流是标量,虽有大小及方向,但不是矢量.由 求出的是电流的平均值,q=It可求电量.qI 牛牛文库文档

7、分享2.电流强度的微观解释如图所示,AD表示粗细均匀的一段导体l,两端加一定的电压,导体中的自由电荷沿导体定向移动的速率为v,设导体的横截面积为S,导体单位体积内的自由电荷数为n,每个自由电荷的电量为q,则AD导体中自由电荷总数N=nlS,总电量Q=Nq=nlSq,所有这些电荷都通过横截面D所需要的时间:所以AD上的电流,ltv,QnlSqInqS 牛牛文库文档分享由此可见,从微观上看,电流决定于导体中自由电荷的密度,电荷量以及定向移动速度,还与导体的横截面积有关. 牛牛文库文档分享 典例分析一 对电流概念的理解例1:关于电流,下列说法中正确的是( )A.通过导体截面的电荷量越多,电流越大B.

8、电子运动速率越大,电流越大C.单位时间内通过导线横截面的电荷量越多,导体中的电流就越大D.因为电流有方向,所以电流是矢量 牛牛文库文档分享解析:由 知q大,I不一定大,还要看t的大小,故A错误.由I=nqSv知,电子运动的速率v大,电流不一定大,电流还与n S有关,另外电子无规则热运动速度很大,不能形成电流,故B错误.单位时间通过导线横截面的电量越多,电流越大,故C正确.电流虽有方向但不是矢量,因合成遵循代数法则,故D错误.qIt答案答案:C 牛牛文库文档分享名师点拨:电流由电荷的定向移动形成,从微观表达式来看,I=nqSv,电流与导体中单位体积的电荷数 电荷的电量 导线的横截面积 定向移动的

9、速度这四个因素有关.电流有大小也有方向但不是矢量,因它不遵循平行四边形法则 牛牛文库文档分享 巩固练习1.下列说法中正确的是 ( )A.导体中电荷运动就形成了电流B.在国际单位制中,电流的单位是AC.电流有方向,它是一个矢量D.任何物体,只要其两端电势差不为零,就有电流存在 牛牛文库文档分享解析:自由电荷定向移动才形成电流,仅有电荷移动但不是定向移动则不行,故选项A错误.形成电流的条件是导体两端保持有电压,且必须是导体而非任何物体,故选项D错误.电流有方向,但它是标量,故选项C错误.正确答案为选项B.答案:B 牛牛文库文档分享qIt二电流公式的应用例例2:来自质子源的质子来自质子源的质子(初速

10、为零初速为零)经过一加速电压为经过一加速电压为800 kV的直线加速器加速的直线加速器加速,形成了形成了1 mA的细柱形质子流的细柱形质子流,已知质子的已知质子的电荷量电荷量e=1.610-19 C,这束质子流每秒中打到靶上的质子数这束质子流每秒中打到靶上的质子数为多少个为多少个? 牛牛文库文档分享3353191:qIt1 101 C1 10 C,1 101.6 106.25 10qItqne 解析 根据电流的定义式则因此 这束质子流每秒钟打到靶上的质子数为个个答案答案:6.251015个个 牛牛文库文档分享名师点拨: 中的q为通过某截面的电荷量,并不是单位面积的电荷量,也就是q与横截面积大小

11、无关;如果电流是异种电荷同时定向移动形成的,则表达式中的q应为异种电荷的总电荷量.qI 牛牛文库文档分享 巩固练习2.在10 s内,通过金属导体横截面的电荷量为16 C.求导体中的电流强度和每秒钟通过导体横截面的自由电子数.1919161.61.6 ,10101.6 10:.qIAA nt解析个答案答案:1.6 A 牛牛文库文档分享三 电流微观表达式I=nqSv的应用例3:有一横截面积为S的铜导线,流经其中的电流为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,此时电子定向移动的速率为v,在t时间内,通过导线横截面的自由电子数可表示为( ).AnvStB nvtItItCDqS 牛牛

12、文库文档分享:t,C.InqSv:NnvSt.A.AC.,QItNqq解析时间内 通过导线横截面的自由电子数故 正确又代入上式得故 正确故选答案答案:AC 牛牛文库文档分享名师点拨:在电流的微观表达式I=nqSv中,n为导体单位体积内的自由电荷数,是由导体本身的材料决定的.与导体的长度和横截面的大小无关,在有些问题中如果导体粗细均匀,有时给出的n为单位长度内的电荷数,这时电流的微观表达式就变为I= 牛牛文库文档分享 巩固练习3.一段粗细均匀的金属导体的横截面积是S,导体单位长度内的自由电子数为n,金属内的自由电子电荷量为e,自由电子做无规则热运动的速率为v0,导体中通过的电流为I,以下说法中正

13、确的有( ) 牛牛文库文档分享A.自由电子定向移动的速率为v0B.自由电子定向移动的速率为C.自由电子定向移动的速率为真空中的光速cD.自由电子定向移动的速率为IvneSI 牛牛文库文档分享解析:电流在导体内的传导速度等于光速,而自由电子定向移动的速率远小于光速,故C错误;自由电子在金属内无规则热运动的速率v0与金属导体的温度有关,它与电流无关,故A错误;当n为单位体积内的自由电子数时,I=neSv,当n为单位长度内自由电子数时,I=nev,故B错误,D选项正确.答案:D 牛牛文库文档分享课后巩固提升巩固基础1.关于形成电流的条件,下列说法正确的是( )A.物体内有自由移动的电荷B.物体内有自

14、由电荷且两端有电势差C.物体两端存在电压D.导体两端存在电压 牛牛文库文档分享解析:电流是电荷的定向移动形成的,物体内有能够自由移动的电荷,即物体为导体,再者导体两端有电压,能使自由电荷定向移动,故B D选项正确.答案:BD 牛牛文库文档分享2.下列叙述中正确的是( )A.导体中电荷运动就形成电流B.国际单位制中电流的单位是安C.电流强度是一个标量,其方向是没有意义的D.对于导体,只要其两端电势差不为零,电流强度必定不为零 牛牛文库文档分享解析:电流产生的条件包括两个方面,一是有自由电荷,二是有电势差,导体中有大量的自由电子,因此只需其两端具有电势差即可产生电流,在国际单位制中电流强度的单位为

15、安.答案:BD 牛牛文库文档分享3.一段横截面积为0.5 cm2的导体材料中,每秒钟有0.2 C正电荷和0.3 C负电荷相向运动,则电流强度是( )A.0.2 A B.0.3 AC.0.5 A D.104 A0.20.30.5 .:1qIAAt解析答案答案:C 牛牛文库文档分享4.关于电流,下列说法中正确的是( )A.导体中无电流的原因是其内部自由电荷停止了运动B.同种材料制成的两个金属导体都通电,则电流大的那个导体内自由电荷定向移动速率大C.由于电荷做无规则热运动的速度比电荷定向移动速率大得多,故电荷做无规则热运动形成的电流也就大得多D.电荷做无规则热运动不形成电流 牛牛文库文档分享解析:电

16、流是自由电荷定向移动形成的,导体内的自由电子在做无规则的热运动,故A错误;由电流的微观表达式I=nqSv可知,同种材料制成的导体,电流的大小不单是由定向移动速率决定的,故B错误;无规则的热运动不会形成电流,只有电荷定向移动才会形成电流,故C错误,D正确.答案:D 牛牛文库文档分享5.关于电流的概念,下列说法中正确的是( )A.导线中有电荷运动就形成电流B.电流是一个矢量,其方向就是正电荷定向运动的方向C.在国际单位制中,电流是一个基本物理量,其单位安培是基本单位D.对于导线,只要其两端电势差为零,电流也必为零 牛牛文库文档分享解析:电流是电荷定向移动形成的,电流虽然有方向,但电流为标量,因为电

17、流不满足平行四边形定则;电流是物理量中一个基本物理量,其单位安培在国际单位制中是一个基本单位;导体两端电势差为零,导体中电流一定为零,故C D选项正确.答案:CD 牛牛文库文档分享6.有稳定电流时关于导体中的恒定电场.下列说法正确的是( )A.导体中的电场是由电源两极电荷在空间直接形成的B.导体中的电场是由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D.导体中的电场分布不随时间变化 牛牛文库文档分享解析:有稳定电流时,导体中的电场是由电源电场和导体侧面堆积电荷形成的电场叠加而成的,故A B错误;导体不是处于静电平衡状态,导体中的电场场强不为零,故C选项错误;导体中电场是恒定的,

18、不随时间变化,故D选项正确.答案:D 牛牛文库文档分享提升能力7.半径为R的橡胶圆环均匀带正电,总电量为Q,现使圆环绕垂直环所在平面且通过圆心的轴以角速度匀速转动,则由环产生的等效电流应有( ) 牛牛文库文档分享A.若不变而使电荷量Q变为原来的2倍,则电流也将变为原来的2倍B.若电荷量Q不变而使变为原来的2倍,则电流也将变为原来的2倍C.若使 Q不变,将橡胶环拉伸,使环半径增大,电流将变大D.若使 Q不变,将橡胶环拉伸,使环半径增大,电流将变小 牛牛文库文档分享解析:截取圆环的任一截面S,如图所示,在橡胶圆环运动一周的时间T内,通过这个截面的电荷量的Q,则有:,A.2B2qQItTTQI又所以

19、由式可知 选项 正确答案答案:AB 牛牛文库文档分享8.如右图所示,电解池内有一价的电解液,t s内通过溶液内截面S的正离子数是n1,负离子数是n2,设元电荷为e,以下解释中正确的是( ) 牛牛文库文档分享A.正离子定向移动形成电流方向从AB,负离子定向移动形成电流方向从BAB.溶液内正负离子向相反方向移动,电流抵消C.溶液内电流方向从A到B,电流强度D.溶液内电流方向A B,电流强度1neIt12()nn eI 牛牛文库文档分享12,:,q,AB,D.qItnen eIt解析 正电荷定向移动方向就是电流方向 负电荷定向移动的反方向也是电流方向 有正负电荷反向经过同一截面时公式中 应是正负电荷

20、电荷量绝对值之和 故电流方向由 指向故选项 正确答案答案:D 牛牛文库文档分享9.铜的原子量为m,密度为,每摩尔铜原子有n个自由电子,今有一根横截面为S的铜导线,当通过的电流为I时,电子平均定向移动的速率为( ).A.IBneSImICDneSmneS光速 牛牛文库文档分享:INeSv,N,D.nIImNvmNeSn eS解析 由其中 单位体积内自由电子的个数故故 选项正确答案答案:D 牛牛文库文档分享10.一个半导体收音机,电池供电的电流是8 mA,也就是说( )A.1 h电池供给1 C的电量B.1000 s电池供给8 C的电量C.1 s电池供给8 C的电量D.1 min电池供给8 C的电量

21、解析:根据q=It,可知B选项正确.答案:B 牛牛文库文档分享11.已知电子的电荷量为e,质量为m,氢原子的电子在核的静电力吸引下做半径为r的匀速圆周运动,则电子运动形成的等效电流大小为多少?解析:所谓等效电流,就是把电子绕核运动单位时间段的电荷量通过圆周上各处看成是持续运动时所形成的电流,根据电流强度的定义即可算出等效电流的大小 牛牛文库文档分享222222,T,qe.:42.2qeItTermrkmrTrTekeIkmrr m截取电子运动轨道的任一截面 在电子运动一周的时间 内 通过这个截面的电荷量则有再由库仑力提供向心力有得解得222:ekmrr m答案 牛牛文库文档分享12.北京正负电子对撞机的储存环是长为240 m的近似圆形轨道,当环中的电流为10 mA时,若电子的速率为十分之一光速,则在整个环中运行的电子数目是多少?371911:5.0 1,10 10240,3.0 101.6 100.qlIqNe ttvNevIlINlve解析 由公式得个个答案答案:5.01011个个 牛牛文库文档分享