1、2.1 电源和电流,恒定电流,雷鸣电闪时,强大的电流使天空发出耀眼的闪光,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?,问题1：产生电流的条件是什么？,_,（1）存在自由电荷,金属导体自由电子 电 解 液正、负离子,（2）导体两端存在电压,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,-,-,+,A,+,+,+,+,+,+,+,_,_,_,B,_,_,_,_,_,P,问题2：当导体两端有电势差，导体内建立了何种电场?,导体内的电场线保持和导线平行,问题3：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
2、的电流为什么也是恒定的？,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：由稳定分布的电荷产生稳定的电场,解释：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.,恒定电流：大小方向都不随时间变化的电流,恒定电场,电场强度不变,自由电荷频繁交替进行加速和减速，平均速率不变,串一个电流表,读数不会变,问题4：怎样理解恒定电场和恒定电流？,问题5：导体中产
3、生持续电流的条件是什么？,水流,1. 能把电子从A搬运到B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。,这个装置就是电源。A、B就是电源的两个极。,正极,负极,问题6：电源的作用是什么？,电源,+,-,正极,负极,F,2.电场力做负功，电子的电势能增加，通过电源把其它形式的能转化为电能.,1. 通过非静电力把电子从正极运到负极。,问题7：电流这个物理现象既有方向也有强弱。怎样描述电流的强弱程度？怎样学好电流这个物理量。,2、公式：,3、矢量标量：标量,1、物理意义：反映了电流的强弱程度。,国际单位：安培（A）,4、单位换算：,电流（物理现象）方向:正电荷定向移动的方
4、向。,在金属导体中，电流方向与自由电荷（电子）的定向移动方向相反；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。,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。,问题8：探究电流的微观表达式？,B,C,S,v,vt,q,q,q,q,问题9：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？,闭合开关的瞬间，电路中的各个位置迅速建立了恒定电场，在恒定电场的作用下，电路中各处的自由电子几乎同时开始定向移动，整个电路也就几乎同时产生了电流。,电子定向移动
5、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3108m/s.,1把 规定为电流的方向，在金属导体中，电流方向与自由电子定向移动的方向 。在电解质溶液中，电流的方向与正离子定向移动的方向 ，与负离子定向移动的方向 。,相反,正电荷定向移动的方向,相反,相同,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。,2、一电子沿一圆周顺时针方向高速运动，周期为10-10s，则等效电流大小为 A，电流方向是 （填“顺时针”或“逆时针” ）,1.610 - 9,逆时
6、针,3关于电源的作用,下列说法正确的是 ( ) A.电源的作用是能为电路提供自由电子 B.电源的作用是使导体中形成电场 C.电源的作用是能够保持导体两端的电压 D.电源的作用是使自由电荷定向移动起来,BCD,4下列叙述正确的是 （ ） A导体中电荷运动就形成电流 B电流的国际单位是安培 C因为电流强度有方向,所以电流强度是矢量 D导体中有电流通过时,导体内部场强不为零,BD,5以下对导体中的电场理解正确的是（ ） A导体内的电场在稳定时是和导线平行的 B导体内的电场由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成 C导线中电场始终随时间而变化 D导体内的电场是一种动态的稳定,ABD,6通过一根金属导
7、线的电流为16mA则10s内通过这根导线横截面的自由电子数为（ ） A1.01017 B1.01018 C1.01019 D1.01020,B,7有一横截面积为S的铜导线，流经其中的电流强度为I；设每单位体积的导线中有n个自由电子，电子的电量为e，此电子的定向移动速率为v，在t时间内，通过导线横截面的自由电子数可表示为 （ ） AnvS t Bnvt CIt /e D It /eS,AC,N=q/e= It /e，,又因为电流强度的微观表达式为I=nevS，,N=q/e= It /e =nevSt/e=nvSt,则选项A正确。,解：因为I=q/t，所以q=It,则选项C正确。,所以自由电子数目
8、为,自由电子数目为：,8金属导体的密度是，横截面积是S，原子量是M，每摩尔这种金属可提供N个自由电子，当该导体中的电流为 I 时，导体中自由电子的定向移动的速率是 。,答：,9. 若氢原子的核外电子绕核作半径为r 的匀速圆周运动，则其角速度=_；电子绕核的运动可等效为环形电流，则电子运动的等效电流I=_。（已知电子的质量为m，电量为e，静电力恒量用k表示）,电子绕核运动的向心力等于库仑力,因此所求电流为,解：,4在彩色电视机的显像管中，从电子枪射出的电子（初速度大小不计，e=1.610-19C）在20kV的高压下被加速，并且形成1mA的平均电流。电子束的强弱受图像信号控制，并按一定的规律在荧光
9、屏上扫描，形成电视画面。电视机以每秒25张画面的速率进行扫描，由于图面更换迅速和视觉暂留，使我们看到了连续活动的图像，问：电子轰击荧光屏时的动能为多大？平均每幅画面约有多少个电子打在屏上?,解：,由动能定理,Q=It=ne,11银导线的横截面积S=4mm2，通以I=2A的电流，若每个银原子可以提供一个自由电子，试推导银导线单位长度上的自由电子数的计算公式，并计算结果。(已知银的密度=10.5103kg/m3,摩尔质量M=108g/mol，阿伏伽德罗常数NA=6.021023mol-1，计算结果取一位小数),解：设长为l 的银导线体积 VSl，,故长为l的银导线含有的银原子数目，,又每个银原子可
10、以提供一个自由电子，那么银导线每单位长度的自由电子数n=N/l，,故,与电流I无关。,代入数据,学力学单位制有什么实际应用？,12. 在显像管的电子枪中，从炽热的金属丝不断放出的电子进入电压为U的加速电场，设其初速度为零，经加速后形成横截面积为S、电流为I的电子束。已知电子的电量为e、质量为m，则在刚射出加速电场时，一小段长为l的电子束内的电子个数是（ ）,B,解：在刚射出加速电场时,通过长为l 段的时间 tl / v,长为l 段的电量 Q=It,电子个数是,选项B正确。,方法1：利用公式I=nqSv求解；2.根据I=q/t结合微元法求解。,课堂互动讲练,如果导线中的电流为1 mA，那么1 s
11、内通过导体横截面的自由电子数是多少？若“220 V 60 W”的白炽灯正常发光时的电流为273 mA，则20 s 内通过灯丝的横截面的电子数目是多少个？ 【思路点拨】 根据公式qIt计算，注意单位的统一，记住每个电子所带电荷量e1.61019 C.,【答案】 6.251015个 3.41019个 【借题发挥】 (1)金属导体中导电的是自由电子，自由电子所带电荷量e1.61019 C. (2)当自由电子定向移动通过导体横截面时，若通过的自由电子个数为 n，则 qItne. 变式训练1 一硫酸铜电解槽的横截面积为2 m2，在0.04 s 内若相向通过同一横截面的铜离子和硫酸根离子分别为5.625
12、1018个和4.7351018个，则电解槽中的电流是多大？方向如何？,答案：83 A 方向与铜离子定向移动的方向相同,半径为 R 的橡胶圆环均匀带正电，总电荷量为Q，现使圆环绕垂直环所在平面且通过圆心的轴以角速率沿逆时针匀速转动，则由环产生的等效电流方向沿什么方向？电流多大？ 【思路点拨】 不管是否真的形成电流，假想成形成电流然后依据电流的定义式求得电流大小,【答案】 见精讲精析,变式训练2 半径为 R 的橡胶圆环均匀带正电，总电荷量为Q，现使圆环绕垂直环所在平面且通过圆心的轴以角速度匀速转动，则由环产生的等效电流应有( ) A若不变而使电荷量Q变为原来的2倍，则电流也将变为原来的2倍 B若电
13、荷量Q不变而使变为原来的2倍，则电流也将变为原来的2倍 C若使、Q不变，将橡胶环拉伸，使环半径增大，电流将变大 D若使、Q不变，将橡胶环拉伸，使环半径增大，电流将变小,【答案】 AC 【规律总结】 在电流的微观表达式InqSv中，n为导体单位体积内的自由电荷数，是由导体本身的材料决定的，与导体的长度和横截面的大小无关,变式训练3 (2011年包集高二检测)如图212所示，将左边的铜导线与右边的铝导线连接起来，已知铝导线的横截面积是铜导线横截面积的两倍，在铜导线上取一个截面 A，在铝导线上取一个截面B，若在1秒内垂直地通过它们的电子数相等，那么，通过这两个截面的( ) A电流相等 B电流不相等 C自由电子定向移动的速率相等 D自由电子定向移动的速率不相等,图212,
