11.1 电源和电流 课件-2024-2025学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册

第十一章 电路及其应用 第1节 电源和电流 02 03 01 主题(二) 电动势 主题(一) 电源 第1节 电源和电流 目录 CONTENTS 主题(三) 电流 04 主题(四) 电流强度 新课引入：观察图片，思考下面的问题？ 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? 这显然跟它们产生电的源头有关 E 一、电源(power source) 1.定义：把正电荷持续移到正极以维持一定电压的装置 2.恒定电场 : 思考1:为什么家里开关一接通，灯马上亮？ 思考2:电子在导线里移动的速率是匀速还是加速？ + - + + + - - - - + 电源、导线等元件所积累的稳定电荷形成的。 - + 电容器 正极 负极 - - - - - - - - - - 电场以光速建立 电源 - - + + ①导线里：沿导线正极指向负极， 电源内：负极指向正极 ②任何位置电荷分布和场强都不会随时间变化，性质与静电场相同; 思考2:电子在导线里移动的速率是匀速还是加速？ 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。 E + - + + + - - - 正极 负极 - - - - - - - - - - - 电源 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 思考4：电源内部的电流方向如何？ 思考5：电源不断把正电荷搬到正极，电场力做什么功？ 思考6：什么力来克服电场力做功？从能量的角度看，电源的作用是什么？ 把其它能转化为电能 化学电池: 发 电 机: 通过化学反应 通过电磁作用 思考3：正电荷在导线中如何移动？电流方向是怎样的？ 正电荷不动，电子从负极运动到正极， 电流方向:正极到负极 E + - + + + - - - - + 正极 负极 - - - - - - - - - - - 电源 qE 电流方向：负极到正极 负功 非静电力 思考7：不同电源转化电能的本领一样吗？ 如何描述这种本领呢？ 送的电荷多就说本领高吗？ 还要看转化成的电能有多少? A电源 送了10C 克服20J功 B电源 送了5C 克服15J功 运送单位电量克服电场力做的功 把其它能转化为电能 E + - + + + - - - - + 正极 负极 - - - - - - - - - - - 电源 qE 哪个电源本领强? 1.定义： 二、电动势(electromotive force) 2.定义式：E= 3.单位： 非静电力移动正电荷所做的w跟q的比值。 伏（V） 4.标矢性: 标量， 5.物理意义: 反映电源转化电能本领的大小。 但有方向。 由电源非静电力的特性决定 干电池的电动势1.5V是什么意思？ 啊 把其它能转化为电能 E + - + + + - - - - + 正极 负极 - - - - - - - - - - - 电源 qE 电源内负指向正极 1.定义: 电荷的定向移动 2.方向: 规定正电荷定向移动方向 电源外部: 正极→负极, 负极→正极 电源内部: 三、电流(electric current) 3.条件: 导体两端有电势差 + - + + + - - - - + 正极 负极 - - - - - - - - - - - 电源 qE 4.分类： ①直流电： ②交流电： 恒定电流： 方向不变的电流。 方向改变的电流。 大小方向都不变 三、电流(electric current) 1.定义: 电荷的定向移动 2.方向: 规定正电荷定向移动方向 电源外部: 正极→负极, 负极→正极 电源内部: 3.条件: 导体两端有电势差 水管里的水流有缓急之分，如何表述呢？ 从水管流出的水量与所用的时间之比来表示。 导体中的电流强弱又如何表示它呢？ + + + + 流过某横截面的电量q跟时间t的比值 思考8:显然电流有强弱之分，如何描述电流的强弱呢？ 四、电流强度(electric ) 简称电流 流过某横截面的电量q跟时间t的比值。 1.定义: + + + + 3.单位: 2.定义式: I= 毫安(mA)、微安( A) 1A＝ 103mA ＝106A 安培(A) 4.标矢性: 标量，遵循代数法则 【典例1】如图所示，电解池内有一价的电解液，t时间内通过溶液内面积为S的截面的正离子数是n1，负离子数是n2，设元电荷为e，以下说法中正确的是(　 ) A．当n1＝n2时，电流大小为零 B．当n1＜n2时，电流方向从B→A， 电流大小为I＝ C．当n1＞n2时，电流方向从A→B，电流大小为I＝ D．溶液内电流方向从A→B，电流大小为I＝ D 【变式1】某电解池中，若在2 s内有5.0×1015个二价正离子和1.0×1016个一价负离子通过某截面M，其中正离子水平向右移动，那么通过这个截面的电流的大小和方向是(　 ) A．0.8 mA，水平向左 B．0.08 mA，水平向左 C．1.6 mA，水平向右 D．0.16 mA，水平向右 C 思考9：电子绕着氢原子核旋转形成电流了吗？ + - 等效电流 + + + + + + 旋转的带电圆盘？ 不断向外发射大的电子枪？ 都形成了等效电流 I=? O 绕着你悬转的带电金属球? + 思考9：电子绕着氢原子核旋转形成电流了吗？ + - 等效电流 + + + + + + 旋转的带电圆盘？ 等效电流 等效电流 I=? 你绕着带电金属球悬转 + 思考9：电子绕着氢原子核旋转形成电流了吗？ + - 等效电流 + + + + + + 旋转的带电圆盘？ 等效电流 等效电流? I=? 【典例2】北京正负电子对撞机的储存环是长为240 m的近似圆形轨道，当环中的电流为10 mA时，若电子的速率为光速的十分之一，则在整个环中运行的电子数目为(　　) A.5×1011个 B.5×1019个 C.1.0×1013个 D.1.0×103个 A 【典例3】(多选)半径为R的橡胶圆环均匀带负电，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ω匀速转动，则由环产生的等效电流判断正确的是( 　 ) A．若ω不变而使电荷量Q变为原来的2倍， 则等效电流也将变为原来的2倍 B．若电荷量Q不变而使ω变为原来的2倍， 则等效电流也将变为原来的2倍 C．若使ω、Q不变，将橡胶环拉伸， 使环半径增大，等效电流将变大 D．若使ω、Q不变，将橡胶环拉伸， 使环半径增大，等效电流将变小 AB 在导体AD上加上电压，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，每个电荷的电荷量为q，电荷的定向移动速率为v，则在时间t内通过横截面C 的电量Q是多少？I是多少？ A D B C v Q = S Vt S n I= Q t =nqvs q t 思考10：电流强度由哪些因素决定呢？ 5.决定式: I= nqvs （n为单位体积内自由电荷数） 四、电流强度(electric ) 简称电流 流过某横截面的电量q跟时间t的比值。 1.定义: 3.单位: 2.定义式: I= 毫安(mA)、微安( A) 1A＝ 103mA ＝106A 安培(A) 电流有哪些因素决定呢？ 4.标矢性: 标量，遵循代数法则 思考11：在导体AD上加上电压，设导体的横截面积为S。导体每单位长度内的自由电荷数为n，每个电荷的电荷量为q，电荷的定向移动速率为v，则在时间t内通过横截面C 的电量Q是多少？I是多少？ A D B C v Q = S Vt n I= Q t =nqv q t I= nqv （n为单位长度内自由电荷数） 5.决定式: I= nqvs （n为单位体积内自由电荷数） 四、电流强度(electric ) 简称电流 流过某横截面的电量q跟时间t的比值。 1.定义: 3.单位: 2.定义式: I= 毫安(mA)、微安( A) 1A＝ 103mA ＝106A 安培(A) 电流有哪些因素决定呢？ 4.标矢性: 标量，遵循代数法则 【典例4】 (多选)一横截面积为S的铜导线，流过的电流为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q，此时电子的定向移动速率为v，在Δt时间内，通过导线横截面的自由电子数目可表示为( 　　) A.nvsΔt B.nvΔt C. D. AC 【典例5】铜的摩尔质量为m，密度为ρ，每摩尔铜原子有n个自由电子，电子的电荷量为e，今有一根横截面积为S的铜导线，当通过的电流为I时，电子定向移动的平均速率为(　 ) A.光速C B. C. D. D 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： 课堂小结 【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 A 课堂练习 【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 D 课堂练习 【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 A 课堂练习 【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Δt内，通过长方体金属导体样品的自由电子数目N为（　　） A．N=nvab/Δt B．N=nvbc/Δt C．N=nvabΔt D．N=nvbcΔt A 课堂练习 【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． D 课堂练习 【练习6】在某种带有一价离子的水溶液中，正、负离子在定向移动，方向如图所示。如果测得2 s内分别有1.0×1018个正离子和1.0×1018个负离子通过溶液内部的横截面M，则溶液中电流的方向如何？电流为多大？ 解：由A指向B =0.16 A I 课堂练习 谢 谢 观 看 B．当n1＜n2时，电流方向从B→A，电流大小为I＝ C．当n1＞n2时，电流方向从A→B，电流大小为I＝ D．溶液内电流方向从A→B，电流大小为I＝ $$