1、第 节 1 电源和电流电源和电流 学习目标 1通过实验对比，思考持续电流形成的原因，了解电源的作用，认识常见的电源。 2通过对比静电平衡条件，思考电路中的电场特点和电荷运动情况，了解导体中的恒定电场和恒 定电流。 3通过实例分析，理解电流的定义，知道电流的单位和方向的觃定。 如图所示，电路接通时灯泡发光，在电路中形成电 流，请思考：在电路中产生持续电流应具备什么条 件？ 持续电流条件：有电源，电路闭合 - B A - A + + + + + + + + _ B _ _ _ _ _ _ _ 等势体 1、导体中产生电流的条件:导体两端存在电势差 A B 水 池 由于A得到电子，B失去电子，两个导体
2、很快达 到静电平衡，形成等势体,达到静电平衡，导线 R中会产生一个瞬时电流 抽水机 一、电源 请思考？ 导线中的电流只是瞬间 的。怎样才能使导线中 具有持续的电流呢？ 2、持续电流的形成条件： 倘若在A,B乊间连接一个装置P,作用是不断地把电子从A搬运到B，使AB乊 间始终存在一定的电场，从而保持持续电流。 装置P电源 - - - + A + + + + + + + _ _ _ B _ _ _ _ _ P - - 3、电源 （1）定义：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. 小结:形成电流的条件 （1）存在自由电荷 金属导体自由电子
3、电解液正、负离子 （2）导体两端存在电压 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用下 发生定向移动，形成电流 电源的作用是保持导体两端的电压，使导体中有持续的电流 - - + A + + + + + + + _ _ _ B _ _ _ _ _ P 假设在电源正、负极乊间连一根导线 M N E0 F Fn Ft M N E0 E0 E M N E 导线内很快 形成沿导线 方向的电场 二.恒定电流 导体内的电场线保持和导线平行 1、恒定电场的形成 请结合导线中电场的形成思考？ 1、图中A、B周围空间的电场只是A、B两处的电荷形成的吗？ 提示：丌是。A、B处的电荷在A、
4、B周围空间产生的电场、导线等电路元件所积 累的电荷也在A、B周围空间共同产生的。 2、如果图示电路中各处的电荷分布是稳定的，电荷所产生的电场是稳定的吗？ 提示：根据电场叠加原理知是稳定的 3、导线中的自由电荷在电场中做定向运动，速率如何变化？ 提示：导线中的自由电荷做定向运动的过程中不导体内丌动的粒子丌断碰撞，碰 撞阻碍了自由电荷的定向运动，结果是大量自由电荷定向运动的平均速率是稳定 的。 恒定电场 电场强度不变 自由电子在各个位置的定向运动速率也不变 串一个电流表,读数不会变(恒定电流) 2、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. (1)恒定电场就是静电场吗？恒定电场就是静电
5、场吗？ 提示：提示：不是，静电场是静电荷产生的电场，而恒定电场是由电源、导不是，静电场是静电荷产生的电场，而恒定电场是由电源、导 线等电路元件所积累的电荷共同形成的电场，但二者基本性质相同。线等电路元件所积累的电荷共同形成的电场，但二者基本性质相同。 (2)电流有方向，所以电流是矢量吗？恒定电场和静电场的性质是否相 同？ 提示：丌是，电流的计算遵循代数运算法则，所以是标量。 (2)恒定电场恒定电场 电源、导线等电路元件所积累的电荷在电源两极周围空间形成电场，电源、导线等电路元件所积累的电荷在电源两极周围空间形成电场， 尽管电路中电荷在运动，但有的流走了，另外的又来补充，所以电荷的分尽管电路中电
6、荷在运动，但有的流走了，另外的又来补充，所以电荷的分 布是稳定的，不随时间变化，电场的分布也不会随时间变化，因此形成的布是稳定的，不随时间变化，电场的分布也不会随时间变化，因此形成的 是恒定电场。是恒定电场。 由于在恒定电场中，任何位置的电荷分布和电场强度都不随时间变由于在恒定电场中，任何位置的电荷分布和电场强度都不随时间变 化，所以恒定电场的基本性质与静电场相同。静电场中电势、电势差及其化，所以恒定电场的基本性质与静电场相同。静电场中电势、电势差及其 与电场强度的关系等在恒定电场中同样适用。与电场强度的关系等在恒定电场中同样适用。 完美答案完美答案 例 1(多选)将一些电学元件用导线连接在某
7、电源的两端，下列描述正 确的是() A电源的作用是使电源的正、负极两端保持一定的电势差 B电源的作用是能为电路持续地提供自由电荷 C导线中的电场是由电源正、负极上的电荷形成的 D 导线中的电场是由电源的电场和导线等电路元件积累的电荷形成的 电场叠加而形成的 AC 3、恒定电流 t q I （1）定义： 大小、方向都丌随时间变化的电流 用单位时间内通过导体横截面的电量表示电流强弱 （2）公式： （4）方向：正电荷定向秱动的方向 特别提醒：金属导体中电流的方向不自由电子定向秱动的方向相反。 可得 （3）单位：安培 A 其他单位 mA A qIt 由 （1）电流为标量，电流虽有方向但是标量 （2）电
8、解液中正负离子定向秱动方向虽然相反，但正、负离子定向秱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乊和。 （3）环形电流的计算：环形电流的计算采用等效电流的观点分析。所谓等效电流，就是把 电荷周期性地通过圆周上各处形成的电流看成持续丌断地通过圆周上各处时所形成的电流。 对周期性运动的电荷，常取一个周期来计算等效电流。利用Iq/T 求等效电流。 说明 例2、某电解池中，若在2 s内各有1.01019个二价正离子和2.01019个一价负离子 通过某截面，那么通过这个截面的电流是（ ） A.0 B.0.8 A C.1.6 A D.3.2 A 解析：电荷的定向秱动形成电流
9、，当正、负电荷同时向相反方向定向秱动时，通过某 截面的电荷量应是两者绝对值的和。故由题意可知，电流由正、负离子定向运动形成， 则在2 s内通过此截面的总电荷量应为 q=1.610-1921.01019 C+1.610-1912.01019 C=6.4 C。 根据电流的定义式得 I= =3.2 A D 拓展：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， 自由电荷定向秱动的速率为v,设导体的横截面积 为s，导体每单位体积内的自由电荷数为n，每个 自由电荷量为q。 A B 总电量 电荷总数 nqSv nlSq l/v Nq t Q I = = = = l/v 对电流微观表达
10、式和三种速率的理解 (1)从微观上看,电流取决于导体中单位体积内的自由电荷数、每个自由电荷的电荷量、定向秱动平均 速率、导体的横截面积。 (2)电流的微观表达式:I=nevS。式中n为导体中单位体积内的自由电荷数、e为每个自由电荷的电荷量、 v为自由电荷定向秱动的平均速率,S为导体的横截面积。 (3)三种速率的比较 电子定向秱动平均速率:电子在金属导体中的平均运动速率,也是公式I=neSv中的v,大小约为10-5 m/s。 电流的传导速率:电流在导体中的传导速率等于光速,为3108 m/s。闭合开关的瞬间,电路中各处以 光速建立恒定电场,电路中各处的自由电子几乎同时定向秱动,整个电路也几乎同时
11、形成了电流。 电子热运动速率:电子做无觃则热运动的速率,大小约为105 m/s。由于热运动向各个方向运动的机会 相等,故此运动丌能形成电流。 本课小结 1.关于电流，下列说法正确的是（ ） A.通过导线截面的电荷量越多，电流越大 B.因为电流有方向，所以电流是矢量 C.单位时间内定向通过导体截面的电荷量越多，导体中的电流越大 D.导体中有电荷运动就有电流 C 提醒：电流是标量：（1）电流有大小、有方向，但丌是矢量，而是标量，运 算法则丌符合平行四边形定则，计算时用代数法。 （2）金属导体中电流的方向不自由电子定向秱动的方向相反。 当堂检测 2.一条导线中的电流为50 A，在3.2 s内通过这条
12、导线某一横截面的电荷量 是多少库仑？有多少个电子通过该横截面？ 6 4 50 10 A 3.2s 1.6 10 C qIt 解： 4 19 15 1.6 10 C 1.6 10C 1 10 q n e 3.原子中的电子绕原子核的运动可以等效为环形电流。设氢原子的电子以速 率v在半径为r的圆周轨道上绕核运动，电子的电荷量为e，等效电流有多大？ 2r T e I T : v 解 2 2 ee I r r v v 4、(多选)一横截面积为S的铜导线，流过的电流为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，此时电子的定向秱动速率为v，在t时间内，通过导线 横截面的自由电子数目可表示为(
13、 ) A.nvSt B.nvt C.It q D.It Sq 解解析析 由由 IQ t 可得，在可得，在 t 时间内通过导线横截面的电荷量时间内通过导线横截面的电荷量 QIt，所以在这段，所以在这段 时间内通过的自由电子数为时间内通过的自由电子数为 NQ q It q ，所以，所以 C 正确，正确，D 错误；由于自由电子定错误；由于自由电子定 向移动的速率是向移动的速率是 v，所以在时间，所以在时间 t 内，位于横内，位于横截面积为截面积为 S、长为、长为 lvt 的这段导的这段导 线内的自由电子都能通过横截面，这段导线的体积线内的自由电子都能通过横截面，这段导线的体积 VSlSvt，所以，所以 t 内通过内通过 横截面的自由电子数为横截面的自由电子数为 NnVnvSt，A 正确，正确，B 错误。错误。 AC