高中物理竞赛—电磁学篇（基础版）30电流、欧姆定律和电动势（上）(共24张PPT)

2020物理竞赛 电流、欧姆定律和电动势 10-1 电流 电流密度 10-2 电阻率 欧姆定律的微分形式 10-3 电源 电动势 10-4 全电路欧姆定律 复 习 静电场的能量 能量密度 静电场中的导体处于静电平衡时，其内部的场强为零，内部没有电荷作定向的宏观运动。 如果把导体接在电源的两极上，则导体内任意两点之间将维持恒定的电势差，在导体内维持一个电场，导体内的电荷在电场力的作用下作宏观的定向运动，形成电流。 第十章 恒定电流 U v 10-1 电流 电流密度 一、电流 1、形成电流的条件 在导体内有可以自由移动的电荷（载流子） 在半导体中是电子或空穴 在金属中是电子 在电解质溶液中是离子 在导体内要维持一个电场，或者说在导体两端要存在有电势差 2、电流的方向 正电荷移动的方向定义为电流的方向 电流的方向与自由电子移动的方向是相反的。 S I 3、 电流强度 单位时间内通过任一截面的电量，叫做电流强度 是表示电流强弱的物理量，是标量，用 I 表示。 单位：库仑/秒=安培 国际单位制基本量 毫安（mA）、微安（A） 4、电流强度与电子漂移速度的关系 n——导体中自由电子的数密度 e——电子的电量 vd——假定每个电子的漂移速度 在时间间隔dt内，长为dl=vddt、横截面积为S 的圆柱体内的自由电子都要通过横截面积S，所以此圆柱体内的自由电子数为nSvddt，电量为dq=neSvddt 通过此导体的电流强度为 1、引入电流密度的必要性： 描述电流分布的物理量——电流密度。 2、定义： 电流密度矢量的方向为空间某点处正电荷的运动方向, 它的大小等于单位时间内该点附近垂直与电荷运动方向的单位截面上所通过的电量。 二、电流密度 电流密度与电荷运动速度的关系 设q>0 vdt P 3、电流强度与电流密度的关系 通过任意截面的电流 4、电流线 在导体中引入的一种形象化的曲线，用于表示电流的分布 规定：曲线上每一点的切线方向与该点的电流密度方向相同；而任一点的曲线数密度与该点的电流密度的大小成正比 三、电流的连续性方程 恒定电流条件 根据电荷守恒定律，在单位时间内通过闭合曲面向外流出的电荷，等于此闭合曲面内单位时间所减少的电荷 1、电流的连续性方程 对于任意一个闭合曲面，在单位时间内从闭合曲面向外流出的电荷，即通过闭合曲面向外的总电流为 电流的连续性： 单位时间内通过闭合曲面向外流出的电荷等于此时间内闭合曲面里电荷的减少。 电流连续 性方程 2、恒定电流条件 电荷不随时间变化 电流线连续地穿过闭合曲面包围的体积，稳恒电流的电流线不可能在任何地方中断，永远是连续的曲线。 当导体中任意闭合曲面满足上式时，闭合曲面内没有电荷被积累起来，此时通过导体截面的电流是恒定的——恒定电流的条件。 1. 稳恒电流的电路必须是闭合的。 2.导体表面电流密度矢量无法向分量。 当导体两端有电势差时，导体中就有电流通过 一段导体中的电流I 与其两端的电势差U(=V1-V2)成正比——一段均匀电路的欧姆定律 欧姆定律对金属或电解液成立 对于半导体、气体等不成立，对于一段含源的电路也不成立 G ——电导（S西门子） R=1/G——电阻（Ω欧姆） 1、欧姆定律 10-2 电阻率 欧姆定律的微分形式 一、电阻率 欧姆（Georg Simom Ohm，1787-1854） 德国物理学家，他从1825年开始研究导电学问题，他利用电流的磁效应来测定通过导线的电流，并采用验电器来测定电势差，在1827年发现了以他名字命名的欧姆定律。 电流和电阻这两个术语也是由欧姆提出的。 U R I + _ 2、电阻定律 对于粗细均匀的导体，当导体的材料与温度一定时，导体的电阻与它的长度l 成正比，与它的横截面积S成反比 r ：电阻率 g =1/r ：电导率 3、电阻与温度的关系 a 叫作电阻的温度系数，单位为K-1，与导体的材料有关。 电阻率的数量级： 纯金属：10-8W .m 合金：10-6W .m 半导体：10-5~10-6W .m 绝缘体：108~1017W .m 4、应用： r 小——用来作导线 r 大——用来作电阻丝 a 小——制造电工仪表和标准电阻 a 大——金属电阻温度计 二、超导体 2、超导现象的几个概念： 有些金属在某些温度下，其电阻会突变为零。这个温度称为超导的转变温度，上述现象称为超导现象。在一定温度下能产生零电阻现象的物质称为超导体。 1、超导现象的发现 超导体最早是由荷兰物理学家昂尼斯于1911年发现的。他利用液态氦的低温条件，测定在低温下电阻随温度的变化关系，观察到汞在4.2K附近时，电阻突然减少到零，变成了超导体。 在低温物理作出的杰出贡献，获得1913年诺贝尔物