高二物理同步课件：2.1《电源和电流》（新人教选修3-1）

欢迎进入物理课堂 第二章恒定电流 第1节电源和电流 课前导读 1 分别带正 负电荷的A B两个导体 若用导线R连接 导线R中可能存在一个 电流 若要保持持续的电流 A B间需维持着一定的 能使A B间维持一定的电势差的装置称为 2 达到稳定状态时 导线内的电场是由 等电路元件所积累的电荷共同形成的 电荷的分布是 的 电场的分布也是 的且导线内的电场线保持和导线 3 由稳定分布的 所产生的稳定的 称为恒定电场 静电场中的电势 电势差及其与电场强度的关系等在恒定电场中 适用 4 我们把 都不随时间变化的电流称为恒定电流 5 I表示电流 q表示在时间t内通过导体横截面的电荷量 它们间的关系式为 1 瞬时电势差电源2 电源导线稳定稳定平行3 电荷电场同样4 大小 方向5 q It 知识解惑 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 如下图 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 如下图 b 所示 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A B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 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 如下图所示 能把电子从A搬运到B的装置P就是电源 下列关于电源的说法正确的是 A 电源是将其他形式的能转化为电能的装置B 电源的作用是使电源的正负极保持一定量的正 负电荷 维持一定的电势差C 与电源相连的导线中的电场是由电源正 负极上的电荷形成的D 在电源内部正电荷由负极流向正极 负电荷由正极流向负极 解析 在电源内部由非静电力做功 如洛伦兹力等后面将学到 将正电荷由负极搬到正极 将负电荷由正极搬到负极 使正 负极维持一定的电势差 同时将其他形式的能转化为电能 故A B D正确 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 故C错 答案 ABD 二 导线中的电场1 恒定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 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 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的关系等 在恒定电场中同样适用 关于导线中的电场 下列说法正确的是 A 导线内的电场线可以与导线相交B 导线内的电场E是由电源电场E0和导线侧面堆积电荷形成的电场E 叠加的结果C 导线侧面堆积电荷分布是稳定的 故导线处于静电平衡状态D 导线中的电场是静电场的一种 解析 导线内的电场线与导线是平行的 故选项A错 导线中的电场是电源电场和导线侧面堆积电荷形成的电场叠加而成的 故选项B对 导线内电场不为零 不是静电平衡状态 导线中的电场是恒定电场 并不是静电场的一种 故选项C D错 答案 B 变式迁移 1 把一个金属导体的两端与具有不同电势的带电物体接触 导体中的电荷将怎样运动 答案 金属导体中能够自由移动的电荷是带负电荷的电子 而负电荷在电场力作用下 将由低电势处向高电势处移动 因此金属导体中的电荷 电子 将从低电势的物体向高电势的物体运动 三 电流1 电流 通过导体横截面的电荷量跟通过这些电荷量所用时间的比值 2 物理意义 表示电荷定向移动快慢程度 在数值上等于单位时间内通过导体某一横截面上的电荷量 4 单位 安培 符号A 其他单位 毫安 mA 微安 A 1A 103mA 106 A 5 恒定电流 方向不随时间变化的电流是直流电 方向和大小都不随时间而变化的电流是恒定电流 6 五点说明诠释电流概念 1 电流方向的规定 规定正电荷定向移动的方向为电流方向 2 金属导体中电流的方向与自由电子定向移动的方向相反 电路中每分钟有60万亿个自由电子通过横截面积为0 64 10 6m2的导线 那么电路中的电流是 A 0 016 AB 1 6mAC 16 AD 0 16 A 答案 D 变式迁移 2 关于电流 下列说法中正确的是 A 通过导体横截面的电荷量越多 电流越大B 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 答案 C 四 电流的微观表达式1 电流的微观表达式为I nqSv 推导 如右图所示 AD表示粗细均匀的一段长为l的导体 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 导体每单位体积内的自由电荷数为n 每个自由电荷的电荷量为q AD导体中的自由电荷总数 N nlS 总电荷量Q Nq nlSq 由此可见 从微观上看 电流取决于导体中单位体积内的自由电荷数 电荷量 定向移动速率 还与导体的横截面积有关 2 三种速率的区别电流传导速率 电子定向移动速率 电子热运动速率 1 电流传导速率等于光速 电路一接通 导体中的电子立即受到电场力作用而定向移动形成电流 对整体而言 2 电子定向移动速率 其大小与电流有关 一般数量级为10 5m s 对每个电子而言 3 电子热运动速率 任何微观粒子都做无规则运动 其速度与温度有关 通常情况为每秒几百米 某电解池中 若在2s内各有1 0 1019个二价正离子和2 0 1019个一价负离子相向通过某截面 那么通过这个截面的电流是 A 0B 0 8AC 1 6AD 3 2A 解析 由题意可知 电流由正 负离子定向运动形成 负离子的反向运动与正离子的正向运动等价 则在2s内通过某截面的总电荷量应为 q 1 6 10 19 2 1 0 1019C 1 6 10 19 1 2 0 1019C 6 4C 由I q t得 答案 D 变式迁移 3 如果导线中的电流为1mA 那么1s内通过导体横截面的自由电子数是多少 若算得 220V 60W 的白炽灯正常发光时的电流为273mA 则20s内通过灯丝的横截面的电子是多少个 答案 3 4 1019 个 知能演练 基础巩固 1 关于电流的说法中正确的是 A 根据I q t 可知I与q成正比B 如果在任何相等的时间内通过导体横截面的电荷量相等 则导体中的电流是恒定电流C 电流有方向 电流是矢量D 电流的单位 安培 是国际单位制中的基本单位 解析 依据电流的定义式可知 电流与q t皆无关 显然选项A是错误的 虽然电流是标量 但是却有方向 因此在任何相等的时间内通过导体横截面的电荷量虽然相等 方向变化 电流也不是恒定电流 所以 选项B也是错误的 电流是标量 故选项C也不对 答案 D 答案 C 能力提升 答案 A 答案 D 祝 您 学业有成 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全