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(共34张PPT)
第1节 电源和电流
第十一章
人教版 高中物理必修三
电源
01
恒定电场
02
恒定电流
03
拓展学习
04
巩固提升
05
电闪雷鸣时，强大的电流使天空不时发出耀眼的闪光，但它只能存在于一瞬间，而手电筒中的小灯泡却能持续发光，这是为什么
新课导入
提示：
雷电是云层间或云层与地之间的电压达到一定值时将空气击穿所产生的放电现象，所形成的电流是瞬时电流。
手电筒中因为电源的作用，小灯泡中有持续电流而持续发光。
电路中的电流是怎样形成的呢
电 源
PART 01
-
B
A
-
A
+
+
+
+
+
+
+
+
_
B
_
_
_
_
_
_
_
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。
自由电子的定向移动使两个带电体成为等势体，达到静电平衡，导线中会产生一个瞬时电流。
电流的产生
01
怎么才能让电路中有持续电流呢
？
A
B
连通器
水势A
水势B
抽水机
水流
正极
负极
1.电源：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。
-
-
-
+
A
+
+
+
+
+
+
_
_
_
B
_
_
_
_
_
P
-
-
+
电源
02
电源相当于抽水机
电源中电势高的一极是正极，电势低的一极是负极。
太阳电池
干电池
铅蓄电池
锂电池
常见电源
03
电源是如何做到让导线电流持续的呢
？
电源是怎样让导线中的电流持续流动的呢？
恒定电场
PART 02
导体中自由电荷定向移动的原因
-
-
+
A
+
+
+
+
+
+
+
_
_
_
B
_
_
_
_
_
P
M
N
E0
F
Fn
Ft
M
N
E0
E
E′
M
N
E
导线内很快形成沿导线方向的稳定电场
电场形成
01
1.恒定电场：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，电场的分布也稳定——恒定电场。
2.特点：任何位置的电荷分布和电场强度都不会随时间变化，基本性质与静电场相同;
3.适用情况：在静电场中所讲的电势、电势差及其与电场强度的关系同样适用于恒定电场。
恒定电场
02
想一想：当导体两端的电势差恒定时，为什么导体中产生的电场是恒定的？此时导体中的电流为什么也是恒定的？
由于恒定电场的作用,导体中自由电荷定向运动的速率增加;而在运动过程中会与导体内不动的粒子碰撞从而减速,因此自由电荷频繁地交替进行加速和减速，自由电荷定向运动的平均速率不随时间变化。如果我们在这个电路中串联一个电流表,电流表的读数保持恒定.
大小、方向都不随时间变化的电流称为恒定电流。
恒定电流
PART 03
由于恒定电场的作用,导体中自由电荷定向运动的速率增加;而在运动过程中会与导体内不动的粒子碰撞从而减速,因此自由电荷定向运动的平均速率不随时间变化.如果我们在这个电路中串联一个电流表,电流表的读数保持恒定。
恒定电流：大小、方向都不随时间变化的电流
恒定电流的形成
01
3.公式：
2.物理意义:表示电流的强弱程度
1.定义:通过导体横截面的电荷量q跟通过这些电荷量所用时间t的比值叫做电流。（单位时间内通过导体横截面积的电荷量）
4.单位:
国际单位
安培(A) 1A=1C/s
常用单位：毫安（mA）、微安（μA）
恒定电流
02
定义式：适用于任何电荷定向移动形成的电流
（1）电流方向：规定正电荷定向移动的方向为电流方向。
在电源外部,电流从正极流向负极；电源的内部,电流从负极流向正极；
（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。
（3）电解液中正、负离子定向移动方向虽然相反，但正、负离子定向移动形成的电流方向是相同的，此时：
（4）电流强度虽然有大小和方向，是标量。
I
几点说明
03
电池放电时能输出的总电荷量叫作电池的容量，通常以"安时"（A·h）或"毫安时"（mA·h）作单位。单体锂离子电池的容量极为有限，为了满足需要，常用由若干单体锂离子电池构成的电池组。
电动汽车中的电池
04
拓展学习
PART 04
【问题】有一条横截面积S=1 mm2的铜导线,通过的电流I=1 A,已知铜的密度ρ=8.9×103kg/m3,铜的摩尔质量M=6.4×10-2 kg/mol,阿伏加德罗常数NA=6.02×1023 mol-1,电子的电量e=-1.6×10-19 C,求铜导线中自由电子定向移动的速率。可认为铜导线中平均每个铜原子贡献一个自由电子。
提出问题
01
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，每个自由电荷量为q。
理论推导：
故导体AB中的电流
导体中的自由电荷数
总电荷量
所有这些电荷通过横截面所需要的时间
l
S
模型建构
02
【解析】设自由电子在导线内定向移动的速率是v。取一段导线（如图），自由电子从它的左端定向移动到右端的时间为t，则这段导线的长度为vt，体积为vtS，质量为ρvtS，则这段导线中的原子数为
则这段导线中的自由电子数也为n，
t时间内通过导体横截面的电荷量:
把这个式子代入 ,得
解得
vt
v
S
v
问题解读
03
思考：既然电子的定向运动速率很小，为什么闭合开关时电路中的电灯立刻就亮了呢？
实际上，闭合开关的瞬间，电路中的各个位置以光速迅速建立了电场。随着电场的建立，电路中各处的自由电子在静电力的作用下几乎同时开始做定向移动，整个电路也就几乎同时形成了电流。
电子定向移动的速率约10-5m/s
电子热运动的平均速率105m/s
电场的传播速率3×108m/s
三种不同速率
04
电源
和
电流
电源
能把自由电子从正极搬到负极的装置
恒定电场
M
N
E
微观表达
vt
v
S
v
电流
电荷的定向移动
定义式：
课堂总结
巩固提升
PART 05
【练习1】北京正负电子对撞机的储存环是周长为240m的近似圆形轨道。当环中电子以光速的百分之一运动而形成10mA的电流时，则环中运行的电子数目为（　　）
A．5×1012个 B．5×1011个
C．1×1012个 D．1×1014个
课堂练习
【正确答案】A
【练习2】如图所示的是电解池，在1s的时间内，共有3C的正离子和3C的负离子通过截面xy，则这个电路中的电流大小是（　　）
A．0 B．1.5 A
C．3 A D．6 A
课堂练习
【正确答案】D
【练习3】安培提出了著名的分子电流假说，根据这一假说， 电子绕原子核运动可等效为一环形电流。如图为一分子电流模型，电量为e的电子以角速度ω绕原子核沿顺时针方向做匀速圆周运动，则该环形电流的大小和方向为（　　）
A． ，逆时针 B． ，顺时针
C． ，逆时针 D． ，顺时针
课堂练习
【正确答案】A
【练习4】宏观现象是由微观机制所决定的。对同一个物理问题，常常可以从宏观与微观两个不同角度研究，找出其内在联系，从而更加深刻地理解其物理本质。经典电磁理论认为：当金属导体两端电压稳定后，导体中产生恒定电场，这种恒定电场的性质与静电场相同。金属导体中的自由电子在电场力的作用下开始定向移动形成电流。如图所示为一块均匀的长方体金属导体，长为a，宽为b，厚为c。在导体EF两侧加上电压U，导体中的自由电子在电场力的作用下开始定向移动，形成电流。根据电荷守恒定律，单位时间内通过导体横截面的电荷量应相同。设电子的带电量为e，单位体积内的自由电子数为n，自由电子定向移动的平均速率为v，则在时间 内，通过长方体金属导体样品的自由电子数目N为（　　）
A． B．
C．N=nvabΔt D．N=nvbcΔt
课堂练习
【正确答案】A
【练习5】某些肿瘤可以用“质子疗法”进行治疗。在这种疗法中，为了能让质子进入癌细胞，首先要实现质子的高速运动，该过程需要一种被称作“粒子加速器”的装置来实现。质子先被加速到较高的速度，然后轰击肿瘤并杀死癌细胞。如图所示，来自质子源的质子（初速度为零），经加速电压为U的加速器加速后，形成细柱形的质子流。已知细柱形的质子流横截面积为S，其等效电流为I；质子的质量为m，其电量为e。那么这束质子流内单位体积的质子数n是
A． B． C． D．
【正确答案】D
课堂练习
【正确答案】D
课堂练习
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