雷鳴電閃時,強大的電流使天空發(fā)出耀眼的閃光,但它只能

1、§2.1　電源和電流,雷鳴電閃時,強大的電流使天空發(fā)出耀眼的閃光,但它只能存在于一瞬間,而手電筒中的小燈泡卻能持續(xù)發(fā)光,這是為什么?,問題1：產(chǎn)生電流的條件是什么？,,_,,,（1）存在自由電荷,金屬導體——自由電子電 解 液——正、負離子,（2）導體兩端存在電壓,當導體兩端存在電壓時，導體內建立了電場，導體中的自由電荷在電場力的作用下發(fā)生定向移動，形成電流,導體中自由電子的定向移動使兩個帶電體成為等勢體，達到靜電平衡，導線

2、R中會產(chǎn)生一個瞬時電流。,A、B之間有電勢差,A、B電勢差為零,問題2：導體中產(chǎn)生持續(xù)電流的條件是什么？,,,水流,1. 能把電子從A搬運到B的裝置。,2.作用:保持導體兩端的電勢差(電壓)，使電路有持續(xù)的電流。,這個裝置就是電源。A、B就是電源的兩個極。,正極,負極,電源相當于抽水機,問題3：電源的作用是什么？,電源,+,-,正極,負極,電源的作用：（1）從物理過程分析：就是通過非靜電力把電子從正極搬運到負極，使電源兩極間保持一定的

3、電勢差。使電路有持續(xù)的電流；（2）從能量轉化和守恒的角度就是電源把其它形式的能轉化為電能。,F,,,,,,,2.電場力做負功，電子的電勢能增加，通過電源把其它形式的能轉化為電能.,1. 通過非靜電力把電子從正極運到負極。,,,,,,,,,,,,-,-,+,A,+,+,+,+,+,+,+,_,_,_,B,_,_,_,_,_,P,,,,,假設在電源正、負極之間連一根導線，導線中的電場如何變化，最終又會達到哪個狀態(tài)？,,問題4：當導體兩端有

4、恒定的電勢差，導體內建立了何種電場?,,,導線內很快形成沿導線方向的電場,導體內的電場線保持和導線平行,導線內的電場是由電源和導體中積累的電荷共同形成的。,問題5：當導體兩端的電勢差恒定時，為什么導體中產(chǎn)生的電場是恒定的？此時導體中的電流為什么也是恒定的？,盡管這些電荷也在運動，但有的流走了，另外的又來補充，所以電荷的分布是穩(wěn)定的，電場的分布也穩(wěn)定。,由穩(wěn)定分布的電荷產(chǎn)生穩(wěn)定的電場稱為恒定電場。,由于恒定電場的作用,導體中自由電荷定向運

5、動的速率增加;而在運動過程中會與導體內不動的粒子碰撞從而減速,因此自由電荷頻繁地交替進行加速和減速，自由電荷定向運動的平均速率不隨時間變化。如果我們在這個電路中串聯(lián)一個電流表,電流表的讀數(shù)保持恒定.,大小方向都不隨時間變化的電流稱為恒定電流。,恒定電場,電場強度不變,自由電荷頻繁交替進行加速和減速，平均速率不變,串一個電流表,讀數(shù)不會變,,,,由穩(wěn)定分布的電荷產(chǎn)生穩(wěn)定的電場稱為恒定電場.,問題6：怎樣理解恒定電場和恒定電流？,問題7：電

6、流這個物理現(xiàn)象既有方向也有強弱。怎樣描述電流的強弱程度？怎樣學好電流這個物理量。,2、度量方式：,4、矢量標量：標量,3、決定因素：,1、引入目的：反映了電流的強弱程度。,國際單位：安培（A）,5、單位換算：,6、測量方法：電流表等。,？,電流（物理現(xiàn)象）方向:正電荷定向移動的方向。,在金屬導體中，電流方向與自由電荷（電子）的定向移動方向相反；在電解液中，電流方向與正離子定向移動方向相同，與負離子走向移動方向相反。,導電時，是正負離子向

7、相反方向定向移動形成電流，電量q表示通過截面的正、負離子電量絕對值之和。,一段粗細均勻的導體長為l,兩端加一定的電壓，自由電荷定向移動的速率為v,設導體的橫截面積為s，導體每單位體積內的自由電荷數(shù)為n，每個自由電荷量為q。,問題8：探究電流的微觀表達式？,設想在導體中取兩個橫截面B和C，則在時間t內處于相距為 vt 的兩截面B、C間的所有自由電荷將通過截面C．,,B,C,S,v,vt,,q,q,q,q,導體中的電流與導體中單位體積內的自

8、由電荷數(shù)、每個自由電荷的電量、導體的橫截面積和自由電荷定向運動速率四個量成正比。,問題9：知識應用舉例,例題:有一條橫截面積S=1mm2的銅導線,通過的電流I=1A,已知銅的密度ρ=8.9×103kg/m3,銅的摩爾質量M=6.4×10-2kg/mol,阿伏加德羅常數(shù)NA=6.02×1023mol-1,電子的電量e=-1.6×10-19C,求銅導線中自由電子定向移動的速率.可認為銅導線中平均每個

9、銅原子貢獻一個自由電子。,,問題10：既然電子的定向運動速率很小，為什么閉合開關時電路中的電燈立刻就亮了呢？,閉合開關的瞬間，電路中的各個位置迅速建立了恒定電場，在恒定電場的作用下，電路中各處的自由電子幾乎同時開始定向移動，整個電路也就幾乎同時產(chǎn)生了電流。,電路接通時電燈中的電流并不是電源中的自由電子流了過來產(chǎn)生，而是燈絲內部的自由電子的定向移動產(chǎn)生的。,電子定向移動的速率約10-5m/s，,電子熱運動的平均速率105m/s,電場的傳播

10、速率3×108m/s.,電流產(chǎn)生條件,電源,恒定電流,,,,（1）存在自由電荷（2）導體兩端存在電壓。,產(chǎn)生持續(xù)電流,提供持續(xù)電流壓,（1）通過非靜電力把電子從正極搬運到負極；（2）把其它形式的能轉化為電能。,產(chǎn)生恒定電場,導體內的電場線保持和導線平行,產(chǎn)生,一、電流（物理現(xiàn)象）,問題11：總結本節(jié)課所學內容。,1、方向：規(guī)定正電荷定向運動的方向為電流方向2、大?。河秒娏鲝姸菼（簡稱電流）來描述。,自由電荷頻繁交替進行加速和

11、減速，平均速率不變,問題11：總結本節(jié)課所學內容。,二、電流,2、度量方式：,4、矢量標量：標量,3、決定因素：,1、引入目的：反映了電流的強弱程度。,國際單位：安培（A）,5、單位換算：,6、測量方法：電流表等。,（1）宏觀：,只適用純電阻電路（不包含電源）,（2）微觀：,B,C,S,v,vt,,流體的柱形模型,怎樣學好電流這個物理量？,A組能力訓練題1,1． 1mA=__________A， 1μA=______

12、____A。,1×10-3,1×10-6,A組能力訓練題2,2．把 規(guī)定為電流的方向，在金屬導體中，電流方向與自由電子定向移動的方向 。在電解質溶液中，電流的方向與正離子定向移動的方向 ，與負離子定向移動的方向 。,相反,正電荷定向移動的方向,相反,相同,在電解液中，電流

13、方向與正離子定向移動方向相同，與負離子走向移動方向相反。導電時，是正負離子向相反方向定向移動形成電流，電量q表示通過截面的正、負離子電量絕對值之和。,A組能力訓練題3,3、一電子沿一圓周順時針方向高速運動，周期為10-10s，則等效電流大小為 A，電流方向是 （填“順時針”或“逆時針” ）,1.6×10 - 9,逆時針,A組能力訓練題4,4．關于電

14、源的作用,下列說法正確的是 ( )A.電源的作用是能為電路提供自由電子B.電源的作用是使導體中形成電場C.電源的作用是能夠保持導體兩端的電壓D.電源的作用是使自由電荷定向移動起來,BCD,A組能力訓練題5（刪去）,5．下列敘述正確的是 （ ）A．導體中電荷運動就形成電流B．電流的國際單位是安培C．因為電流強度有方向,所以電流強度是矢量D．導體中有電流通過時,導體內部場強不為零,BD,A

15、組能力訓練題6,6．關于電流的方向,下列說法正確的是 （ ）A．在金屬導體中，電流的方向是自由電子定向移動的方向B．在電解液中，電流的方向為負離子定向移動的方向C．無論在何種導體中，電流的方向都與負電荷定向移動的方向相反D．在電解液中，由于是正負電荷定向移動形成的電流，所以電流有兩個方向,C,A組能力訓練題7,7．關于電流的說法正確的是 （ ）A．根據(jù)I=q/t可知，I與q成正比B．如果在任何相等

16、時間內通過導體橫截面積的電量相等，則導體中的電流是恒定電流C．電流強度的方向規(guī)定為正電荷定向移動的方向D．電流強度的單位“安培”是國際單位制中的基本單位,BD,m、kg、s、A、mol、T、cd,A組能力訓練題8,8．以下對導體中的電場理解正確的是（ ）A．導體內的電場在穩(wěn)定時是和導線平行的B．導體內的電場由電源、導線等電路元件所積累的電荷共同形成C．導線中電場始終隨時間而變化D．導體內的電場是一種動態(tài)的穩(wěn)

17、定,ABD,A組能力訓練題9,9．通過一根金屬導線的電流為16mA．則10s內通過這根導線橫截面的自由電子數(shù)為（ ）A．1.0×1017 B．1.0×1018 C．1.0×1019 D．1.0×1020,解：,n=It/e=16×10-3×10/1.6×10-19=1.0×1018,B,A組能力訓練題10,

18、10．在一次閃電中，持續(xù)時間為0.005 s所形成的平均電流為6.0×104A，若閃電過程中產(chǎn)生的電荷以0.5A的電流通過電燈，試求可供電燈照明的時間。,解：,Q=I1t1=I2t2 ，,t2= I1t1/I2=600s,謝謝,B組能力訓練題1,1．有一橫截面積為S的銅導線，流經(jīng)其中的電流強度為I；設每單位體積的導線中有n個自由電子，電子的電量為e，此電子的定向移動速率為v，在Δt時間內，通過導線橫截面的自由電子數(shù)可表示為

19、（ ）A．nvS Δt B．nv·Δt C．IΔt /e D． IΔt /eS,AC,N=q/e= IΔt /e，,又因為電流強度的微觀表達式為I=nev·S，,N=q/e= IΔt /e =nevSΔt/e=nvSΔt,則選項A正確。,解：因為I=q/Δt，所以q=I·Δt,則選項C正確。,所以自由電子數(shù)目為,自由電子數(shù)目為：,B組能力訓練題2,2．金屬導體的密

20、度是ρ，橫截面積是S，原子量是M，每摩爾這種金屬可提供N個自由電子，當該導體中的電流為 I 時，導體中自由電子的定向移動的速率是 。,答：,B組能力訓練題3,3. 若氫原子的核外電子繞核作半徑為r 的勻速圓周運動，則其角速度ω=__________；電子繞核的運動可等效為環(huán)形電流，則電子運動的等效電流I=__________。（已知電子的質量為m，電量為e，靜電力恒量用k表示）,電子繞核運動的向心力等于庫侖

21、力,因此所求電流為,（2003年上海卷12）,解：,B組能力訓練題4,4．在彩色電視機的顯像管中，從電子槍射出的電子（初速度大小不計，e=1.6×10-19C）在20kV的高壓下被加速，并且形成1mA的平均電流。電子束的強弱受圖像信號控制，并按一定的規(guī)律在熒光屏上掃描，形成電視畫面。電視機以每秒25張畫面的速率進行掃描，由于圖面更換迅速和視覺暫留，使我們看到了連續(xù)活動的圖像，問：電子轟擊熒光屏時的動能為多大？平均每幅畫面約有多

22、少個電子打在屏上?,解：,由動能定理,Q=It=ne,B組能力訓練題5,5．銀導線的橫截面積S=4mm2，通以I=2A的電流，若每個銀原子可以提供一個自由電子，試推導銀導線單位長度上的自由電子數(shù)的計算公式，并計算結果。(已知銀的密度ρ=10.5×103kg/m3,摩爾質量M=108g/mol，阿伏伽德羅常數(shù)NA=6.02×1023mol-1，計算結果取一位小數(shù)),解：設長為l 的銀導線體積 V＝Sl，,故長為l的銀

23、導線含有的銀原子數(shù)目，,又每個銀原子可以提供一個自由電子，那么銀導線每單位長度的自由電子數(shù)n=N/l，,故,與電流I無關。,代入數(shù)據(jù),學力學單位制有什么實際應用？,B組能力訓練題6,6. 在顯像管的電子槍中，從熾熱的金屬絲不斷放出的電子進入電壓為U的加速電場，設其初速度為零，經(jīng)加速后形成橫截面積為S、電流為I的電子束。已知電子的電量為e、質量為m，則在剛射出加速電場時，一小段長為Δl的電子束內的電子個數(shù)是（ ）,（2006年

24、天津卷21）,B,解：在剛射出加速電場時,通過長為Δl 段的時間 Δt＝Δl / v,長為Δl 段的電量 Q=IΔt,電子個數(shù)是,選項B正確。,方法1：利用公式I=nqSv求解；2.根據(jù)I=q/t結合微元法求解。,問題1：產(chǎn)生電流的條件是什么？,問題2：導體中產(chǎn)生持續(xù)電流的條件是什么？,問題3：從物理過程和能量轉化兩個方面來看電源作用是什么？,問題4：當導體兩端有恒定的電勢差，導體內建立了何種電場?,問題5：導體中的電場是由誰產(chǎn)生

25、的?是變化的還是恒定的？自由電荷在恒定電場中發(fā)生定向運動形成的電流是變化的還是恒定的？,§2.1　電源和電流,問題6：怎樣理解恒定電場和恒定電流？,問題7：怎樣描述電流的強弱程度？怎樣學好電流這個物理量？,問題8：推導電流的微觀表達式。,課堂互動講練,如果導線中的電流為1 mA，那么1 s內通過導體橫截面的自由電子數(shù)是多少？若“220 V　60 W”的白熾燈正常發(fā)光時的電流為273 mA，則20 s 內通過燈絲的橫截面的電子數(shù)

26、目是多少個？【思路點撥】　根據(jù)公式q＝It計算，注意單位的統(tǒng)一，記住每個電子所帶電荷量e＝1.6×10－19 C.,【答案】　6.25×1015個　3.4×1019個【借題發(fā)揮】　(1)金屬導體中導電的是自由電子，自由電子所帶電荷量e＝1.6×10－19 C.(2)當自由電子定向移動通過導體橫截面時，若通過的自由電子個數(shù)為 n，則 q＝It＝ne.變式訓練1　一硫酸銅電解槽的橫截面積為2

27、m2，在0.04 s 內若相向通過同一橫截面的銅離子和硫酸根離子分別為5.625 ×1018個和4.735×1018個，則電解槽中的電流是多大？方向如何？,答案：83 A　方向與銅離子定向移動的方向相同,半徑為 R 的橡膠圓環(huán)均勻帶正電，總電荷量為Q，現(xiàn)使圓環(huán)繞垂直環(huán)所在平面且通過圓心的軸以角速率ω沿逆時針勻速轉動，則由環(huán)產(chǎn)生的等效電流方向沿什么方向？電流多大？【思路點撥】　不管是否真的形成電流，假想成形成電流然后

28、依據(jù)電流的定義式求得電流大小．,【答案】　見精講精析,變式訓練2　半徑為 R 的橡膠圓環(huán)均勻帶正電，總電荷量為Q，現(xiàn)使圓環(huán)繞垂直環(huán)所在平面且通過圓心的軸以角速度ω勻速轉動，則由環(huán)產(chǎn)生的等效電流應有(　　)A．若ω不變而使電荷量Q變?yōu)樵瓉淼?倍，則電流也將變?yōu)樵瓉淼?倍B．若電荷量Q不變而使ω變?yōu)樵瓉淼?倍，則電流也將變?yōu)樵瓉淼?倍C．若使ω、Q不變，將橡膠環(huán)拉伸，使環(huán)半徑增大，電流將變大D．若使ω、Q不變，將橡膠環(huán)拉伸，使環(huán)半徑

29、增大，電流將變小,【答案】　AC【規(guī)律總結】　在電流的微觀表達式I＝nqSv中，n為導體單位體積內的自由電荷數(shù)，是由導體本身的材料決定的，與導體的長度和橫截面的大小無關．,變式訓練3　(2011年包集高二檢測)如圖2－1－2所示，將左邊的銅導線與右邊的鋁導線連接起來，已知鋁導線的橫截面積是銅導線橫截面積的兩倍，在銅導線上取一個截面 A，在鋁導線上取一個截面B，若在1秒內垂直地通過它們的電子數(shù)相等，那么，通過這兩個截面的(　　)A．電