1、第二章 恒定电流,1 电源和电流,学习目标 1.了解电流的形成条件，知道电源的作用和导体中的恒定电场. 2.理解电流的定义，知道电流的单位、方向的确定，会用公式qIt分析相关问题. 3.从微观的角度表示电流的大小.,内容索引,知识探究,题型探究,达标检测,知识探究,1,一、电源,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，如图1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.怎样使A、B导体维持一定的电势差，使导线中保持持续的电流？,在A、B间接一电源.,答案,图1,1.产生电流的条件：导体两端
2、存在 . 形成持续电流条件：导体两端存在 . 2.电源 (1)定义：能把 从正极搬运到负极的装置. (2)作用：维持电路两端有一定的 ；使闭合电路中保持持续的_. 3.恒定电场 (1)恒定电场：当电路达到稳定时，导线中的电场是由 等电路元件所积累的电荷共同形成的.这种由稳定分布的电荷所产生的 的电场，叫恒定电场. (2)特点：任何位置的电荷分布和 都不随时间变化.,电压,持续电压,电子,电势差,电流,电源、导线,稳定,电场强度,判断下列说法的正误. (1)只要将导体置于电场中，导体内就有持续电流.( ) (2)电源的作用是使闭合电路中有持续电流.( ) (3)导体内没有电流时，就说明导体内部的
3、电荷没有移动.( ) (4)恒定电流是由恒定电场产生的.( ),二、电流表达式I 及电流的方向,(1)电荷的定向移动形成电流，如何描述电流的强弱？,答案,利用单位时间内通过导体横截面的电荷量描述电流的强弱.,(2)电流可能是正电荷或负电荷定向移动形成的，也可能是正、负电荷同时向相反的方向定向移动形成的，人们是如何规定电流方向的？,答案,规定正电荷定向移动的方向为电流的方向.,1.恒定电流：大小、 都不随时间变化的电流. 2.电流定义式：I_或q ，其中：q表示在时间t内通过导体横截面的 . 3.单位： ，简称安，符号 ，常用的单位还有毫安(mA)、微安(A)，1 A mA，1 A A. 4.物
4、理意义：反映了电流的 程度.,方向,It,电荷量,安培,A,103,106,强弱,5.电流的方向：规定 定向移动的方向为电流的方向，则负电荷定向移动的方向与电流方向 . 6.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，应用I 时，q为正电荷总电荷量和负电荷总电荷量的 .,正电荷,相反,绝对值之和,判断下列说法的正误. (1)根据I 可知，I与q成正比.( ) (2)电流既有大小，又有方向，是矢量.( ) (3)单位时间内通过导体横截面的电荷量越多，电流就越大.( ) (4)导体中的电流，实际是正电荷定向移动形成的.( ),三、电流的微观表达式,如图2所示
5、，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. (1)AD导体中有多少个自由电荷？总电荷量是多少？,答案,图2,nlS nlSq,(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？,答案,答案,1.电流的微观表达式：InqvS.式中n为导体中单位体积内的 、q为每个自由电荷的 、v为自由电荷 速率，S为导体的横截面积. 2.三种速率的比较 (1)电子定向移动速率：电子在金属导体中的平均运动速率，也是公式IneSv中的v，大小约为105
6、 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 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.,自由电荷数,电荷量,定向移动,3108,(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 ，故此运动不能形成电流.,相等,判断下列说法的正误. (1)导体中自由电子定向移动的速率等于自由电子热运动的速率.( ) (2)导体中自由电子定向移动的速率等于真空中的光速c.( ) (3)粗细不均匀的通电导线，电流处处相等，则越粗的位置，电子定向移动的速率越小
7、.( ),2,题型探究,一、电流的理解和计算 1.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.金属导体中电流的方向与自由电子定向移动的方向相反. 2.电流的大小 (1)I 是电流的定义式，InqSv是电流的决定式，故电流的大小与通过导体横截面的电荷量以及通电时间无关. (2)电解液中应用I 计算电流时，q为正电荷总电荷量和负电荷总电荷量的绝对值之和. 3.电流是标量 电流虽然有方向但是它遵循代数运算法则.,例1 如图3所示，电解池内有一价的电解液，t s内通过溶液内截面S的正离子数是n1，负离子数是n2，设元电荷为e，以下说法中正确的是 A.当n1n2时电流强度为零,答
8、案,解析,图3,正离子定向移动方向就是电流方向，负离子定向移动的反方向也是电流方向；有正、负离子反向经过同一截面时，,电流方向由A指向B，与正、负离子,的数量无关，A、B、C错误，D正确.,计算电流时，要分清形成电流的电荷种类，是只有正电荷或负电荷，还是正、负电荷同时定向移动.当正、负电荷都参与定向移动时，正、负电荷对电流的形成都有贡献.,针对训练1 某电解池，如果在1 s内共有51018个二价正离子和11019个一价负离子通过面积为0.1 m2的某截面，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,答案,解析,由题意，1 s内通过截面正离子的电荷量为q12
9、n1e，负离子的电荷量绝对值为q2n2e，,将n151018个，n211019个，e1.61019 C代入解得I3.2 A.故选D.,二、电流的微观表达式 1.InqvS为电流的微观表达式，从微观上看，电流决定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、定向移动的速率大小，还与导体的横截面积有关.若已知单位长度的自由电荷数为n，则电流的微观表达式为Inqv. 2.公式InqvS中的v表示电荷定向移动的速率.自由电荷在不停地做无规则的热运动，其速率为热运动的速率，电流是电子在热运动的基础上向某一方向定向移动形成的.,例2 导线中的电流是1 A，导线的横截面积为1 mm2. (1)在1
10、s内，有多少个电子通过导线的横截面(电子电荷量e1.61019 C)?,答案,解析,6.251018个,(2)自由电子的平均移动速率是多大(设导体每立方米内有8.51028个自由电子)?,答案,解析,7.35105 m/s,由公式IneSv，得,(3)自由电子沿导线移动1 m，平均要多少时间？,答案,解析,3.78 h,沿导线移动1 m需用时,针对训练2 铜的摩尔质量为m，密度为，每摩尔铜原子有n个自由电子，每个自由电子的电荷量为e，今有一根横截面积为S的铜导线，通过电流为I时，电子定向移动的平均速率为,答案,解析,设电子定向移动的速率为v，那么在t秒内通过导体横截面的自由电子数相当于在体积v
11、tS中的自由电子数，而体积为vtS的铜的质量为vtS，摩尔数为 自由电子数为 所以电荷量 由,达标检测,3,1.关于电源的以下说法，正确的是 A.电源的作用是在电源内部把电子由负极不断地搬运到正极，从而保持两极之间有稳定的电势差 B.电源的作用是在电源内部把电子由正极不断地搬运到负极，从而保持两极之间有稳定的电势差 C.只要电路中有电源，电路中就一定有电流 D.电源实质上也是一个用电器，也需要外界提供能量,1,2,3,4,答案,解析,1,2,3,4,电源的作用是维持正、负极之间恒定的电势差，外电路中自由电子在电场力的作用下向正极移动；在电源内部，需要将电子由正极不断地搬运到负极，故A错，B对.
12、 电路中有电流不仅需要电源，还需要电路是闭合的，两者缺一不可，故C错. 电源是对电路提供能量的装置，故D错.,2.电路中有一电阻，通过电阻的电流为5 A，当通电5分钟时，通过电阻横截面的电子数为 A.1 500个 B.9.3751019个 C.9.3751021个 D.9.3751020个,1,2,3,4,答案,解析,3.如图4所示，一根横截面积为S的均匀长直橡胶棒上带有均匀的负电荷，每单位长度上电荷量为q，当此棒沿轴线方向做速度为v的匀速直线运动时，由于棒运动而形成的等效电流大小为,答案,解析,t s内棒通过的长度lvt，总电荷量Qqlqvt. 由 故选项A正确.,1,2,3,4,图4,1,2,3,4,4.一根铜导线的横截面积为2 mm2，其中的自由电子密度为8.5 1028个/m3，当此铜导线通过2 A的电流时，求： (1)1 s内有多少个电子通过铜导线的横截面？(电子电荷量e1.61019 C),答案,解析,1.251019个,1 s内通过铜导线横截面的电荷量qIt2 C 所以1 s内通过铜导线横截面的电子数n 1.251019个,1,2,3,4,(2)电子定向移动的速率多大？,答案,解析,7.35105 m/s,本课结束,
