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(共21张PPT)
11.1 电源和电流
第十一章电路及其应用
教学目标

引入
电流是怎样形成的？
电流是由电荷的定向移动而形成的
电荷为什么能定向移动？
电荷受到电场力的作用，即有电势差
要形成电流，必须满足什么条件？
①要有自由电荷
②要有电势差
引入
要形成电流，必须满足什么条件？
①要有自由电荷
②要有电势差
有A、B两个导体，分别带正、负电荷，A、B之间是否有电势差？
有电势差
若用导线将两个导体连接起来，导线中是否有电流流过？
自由电子会在静电力的作用下沿导线做定向运动，B失去电子，A得到电子，周围电场迅速减弱，A、B之间的电势差很快消失，两导体成为一个等势体
引入
电流能一直持续吗？为什么？
A、B之间电势差消失后，两导体达到静电平衡。导线中的电流只是瞬时的，不能持续
怎样才能使上述导线中有持续的，恒定不变的电流流过？
电源
定义：能把电子从正极（A)搬运到负极(B)的装置.
作用：保持导体两端的电势差(电压),使电路有持续的电流.
电源
从物理过程分析：就是通过非静电力把电子从正极搬到负极，使电源两极间保持一定的电势差。使电路有持续的电流。
从能量的角度分析：就是电源把其它形式的能转化为电能。
电源的作用是什么？
导线中的电场
导线内的电场，是由谁形成的？
导线内的电场，是由电源、导线 等电路元件所积累的电荷共同形成的
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，电场的分布也是稳定的——这种由稳定分布的电荷产生的稳定不变的电场称为恒定电场.
恒定电流
单位时间内通过导体横截面的电荷量越多,电流就越大
用I表示电流,q表示在时间t内通过导体横截面的电荷量
恒定电流:大小、方向都不随时间变化的电流叫作恒定电流

单位:安培,符号是A,常用的单位还有毫安(mA)和微安(μA)
定义：
通过导体某一横截面积的电荷量 q 跟通过这些电荷量所用时间 t 的比值
定义式：
单位：安培（国际单位），符号A


物理意义：表示电流强弱和方向的物理量
注意：
电流是标量
但习惯上规定电流的方向与正电荷定向移动的方向相同，
与负电荷定向移动的方向相反

恒定电流

比值法定义,电流强度由电路状态所决定，与q、t均无关
在电解液中，电流方向与正离子定向移动方向相同，与负离子走向移动方向相反。导电时，是正负离子向相反方向定向移动形成电流，电量q表示通过截面的正、负离子电量绝对值之和

恒定电流
恒定电流
例1如图所示,在NaCl溶液中,正、负电荷定向移动,方向如图所示,若测得2 s内分别有1.0×1018个Na+和Cl-通过溶液内部的横截面M,试问:溶液中的电流方向如何 电流多大
恒定电流

恒定电流
例2 在一次闪电的过程中,流动的电量大约为300 C,持续的时间大约是0.005 s,所形成的平均电流为多大 这些电荷量如果以0.5 A的电流流过灯泡,可使灯泡照明多长时间

电流的微观表达式
如图所示,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平均速率为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。
(1)AD导体中有多少个自由电荷 总电荷量是多少
(2)这些电荷都通过横截面D所需的时间是多少
(3)导体AD中的电流是多大
电流的微观表达式
(1)AD导体中的自由电荷总数:N=nlS。总电荷量Q=Nq=nlSq


电流的微观表达式
(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、定向移动平均速率、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为自由电荷定向移动的平均速率,S为导体的横截面积
I=nqSv
电流的微观表达式
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e,此时电子定向移动的平均速率为v,在t时间内,通过导线横截面的自由电子数可表示为(　　)


电流的微观表达式
例4 有甲、乙两导体,甲的横截面积是乙的2倍,而单位时间内通过横截面的电荷量乙是甲的2倍,以下说法正确的是(　　)
A.甲、乙两导体的电流相同
B.乙导体的电流是甲导体的2倍
C.乙导体中自由电荷定向移动的平均速度是甲导体的2倍
D.甲、乙两导体中自由电荷定向移动的平均速度大小相等

三种速率的比较
①电子定向移动平均速率: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10-4 m/s。
②电流的传导速率:电流在导体中的传导速率等于光速,为3×108 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移动,整个电路也几乎同时形成了电流。
③电子热运动速率:电子做无规则热运动的速率,大小约为105 m/s。由于热运动向各个方向运动的机会相等,故此运动不能形成电流
本课结束

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