导体中的电场和电流

第一节导体中的电场和电流电闪雷鸣时,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?电流的形成1．电流：电荷的热运动，从宏观上看，不能形成电流．电荷的定向移动形成电流．-BA-A++++++++_B_______等势体用导线连接两个分别带正负电荷的导体，导线中有没有电流通过？为什么？如果有，这个电流能持续下去吗？导体中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R中会产生一个瞬时电流导体中产生电流的条件:导体两端存在电势差AB水池抽水机如图，水池A、B的水面有一定的高度差，若A、B之间用一细管连起来，则水在重力的作用下定向移动，从水池A流向水池B。A、B之间的高度差很快消失，在这种情况下，水管中只可能有一个瞬间的水流。问题导引：怎样才能在水管中有源源不断的水流呢？水池A中的水量要及时补充才行。可将B中的水及时抽到B，保持水池A、B的水面有一定的高度差-BA-A++++++++_B_______如果在AB之间接上一个装置P，它能把经过R流到A的电子取走，补充给B，使AB始终保持一定数量的正、负电荷，情况会怎样呢？---+A+++++++___B_____P--导体中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R中会产生一个瞬时电流能保持导体两端的电势差(电压),使电路有持续的电流.---+A+++++++___B_____P--一.电源1.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.形成电流的条件：（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．电源的作用是保持导体两端的电压，使导体中有持续的电流．分析：1、电场的形成2、特点在有电源的电路中，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。最终达到动态平衡的时候，导线内的电场线保持和导线平行。第一节导体中的电场和电流导线内的电场，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。-----恒定电场二恒定电场由稳定分布的电荷产生稳定的电场称为恒定电场.恒定电场电场强度不变自由电子在各个位置的定向运动速率也不变串一个电流表,读数不会变恒定电流三.恒定电流1.大小方向都不随时间变化的电流称为恒定电流.2.电流(I):表示电流的强弱程度.定义:通过导体横截面的电量q跟通过这些电量所用时间t的比值叫做电流.公式:I=q/t单位:国际单位安培(A)1A=1C/s常用单位：毫安（mA）、微安（μA）方向:正电荷定向移动的方向电流是标量．它的运算不遵循平行四边形定则．1A的物理意义是什么？如果在1s内通过导体横截面的电荷量是1C，导体中的电流就是1A。即1A=1C/s1、在金属导体中，若10s内通过横截面的电量为10C，则导体中的电流为________；2、某电解槽横截面积为0.5m2，若10s内沿相反方向通过横截面的正负离子的电量均为10C，则电解液中的电流为_______．课堂训练1A2A（1）适用于任何电荷的定向移动形成的电流。（2）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；（3）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。注意3．决定电流大小的微观量在加有电压的一段粗细均匀的导体AD上选取两个截面B和C，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内处于相距为vt的两截面B、C间的所有自由电荷将通过截面C．已知：n为单位体积内的自由电荷的个数，S为导线的横截面积，v为自由电荷的定向移动速率.在时间t内通过导体某截面的电量为:Q=(VtS)nq所形成的电流为:I=Q/t=nqSV【例1】有一条横截面积S=1mm2的铜导线,通过的电流I=1A,已知铜的密度ρ=8.9×103kg/m3,铜的摩尔质量M=6.4×10-2kg/mol,阿伏加德罗常数NA=6.02×1023mol-1,电子的电量e=-1.6×10-19C,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.vtvsv【例1】有一条横截面积S=1mm2的铜导线,通过的电流I=1A,已知铜的密度ρ=8.9×103kg/m3,铜的摩尔质量M=6.4×10-2kg/mol,阿伏加德罗常数NA=6.02×1023mol-1,电子的电量e=-1.6×10-19C,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.ANMvtsnvtvsvAIMvSNe57.510/ms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nt时间内通过导体横截面的电荷量是eNMvtsneqAANMvtsn把这个式子代入I＝q/t,得MevtsNIA解得思考题如果认为电子的定向运动速率就是电流的传导速率，和我们的生活经验是否相符？怎样解释？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.1、形成电流的条件：（1）存在自由电荷（2）导体两端存在电压2、电源的作用：提供持续的电压3、恒定电场:由稳定分布的电荷产生稳定的电场称为恒定电场4、恒定电流:大小方向都不随时间变化的电流.5、电流:表示电流的强弱程度的物理量.（1）定义式I=q/t（2）金属导体中电流的计算式小结:nqsvIn为单位体积内自由电荷数目，S为导体横截面积，v为电荷定向移动速率q为每个自由电荷的电量课堂训练3、关于电流的方向，下列叙述中正确的是A．金属导体中电流的方向就是自由电子定向移动的方向B．在电解质溶液中有自由的正离子和负离子，电流方向不能确定C．不论何种导体，电流的方向规定为正电荷定向移动的方向D．电流的方向有时与正电荷定向移动的方向相同，有时与负电荷定向移动的方向相同C课堂训练4、某电解质溶液，如果在1s内共有5.0×1018个二价正离子和1.0×1019个一价负离子通过某横截面，那么通过电解质溶液的电流强度是多大？3.2A解析：设在t=1s内，通过某横截面的二价正离子数为n1，一价离子数为n2，元电荷的电荷量为e，则t时间内通过该横截面的电荷量为q=（2n1+n2）e电流强度为I===×1.6×10-19A=3.2A课堂训练5、氢原子的核外只有一个电子，设电子在离原子核距离为R的圆轨道上做匀速圆周运动。已知电子的电荷量为e，运动速率为v，求电子绕核运动的等效电流多大？RevtqI2解析：取电子运动轨道上任一截面，在电子运动一周的时间T内，通过这个截面的电量q=e，由圆周运动的知识有：T=根据电流的定义式得：I=vR2Revtq22.2电动势正极负极电源++1、在导线中，电场方向是怎样的？2、正电荷在导线中如何移动？电流方向是怎样的？3、在电源内部电场是怎样的？电源内部的电流方向如何？4、电源把正电荷从电源的负极搬到正极，电场力做正功还是负功？5、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？从能量的角度看电源也是通过非静电力做功把其他形式的能转化为电能的装置。一、电源的作用1.定义：非静电力把正电荷从负极移送到正极所做的功跟被移送的电荷量的比值。二、电动势2.公式：EWq3.物理意义：反映电源把其他形式的能转化为电能本领的大小，数值上等于非静电力把1C的正电荷在电源内部从负极移送到正极所做的功。电动势是1.5V的物理意义是什么？二、电动势伏特V1V=1J/C3、单位：5、标量4、特点：电动势由电源中非静电力的特性决定，跟电源的体积、形状无关，与是否联入电路及外电路的情况无关。6、内阻：电源内部也是由导体组成的，也有电阻r，叫做电源的内阻，它是电源的另一重要参数电动势与电压的区别电动势：W表示正电荷从负极移到正极所消耗的化学能（或其它形式能），E表示移动单位正电荷消耗化学能（或其它形式能）反映电源把其它形式能转化为电能的本领。电压：W表示正电荷在电场力作用下从一点移到另一点所消耗的电势能，电压表示移动单位正电荷消耗的电势能。反映把电势能转化为其它形式能的本领。电动势表征电源的性质，电势差表征电场的性质。三、生活中的电池太阳电池干电池铅蓄电池锂电池锌汞电池电池放电时能输出的总电荷量，通常以安培小时（A·h）或毫安小时（mA·h）做单位影响电源的参数电池的容量:内阻电动势容量A.在电源内部把正电荷从负极移到极，非静电力做功，电能增加B.对于给定的电源，移动正电荷，非静电力做功越多，电动势就越大C.电动势越大，说明非静电力在电源内部从负极向正极移送单位电荷量做功越多D.电动势越大，说明非静电力在电源内部把正电荷从负极移送到正极的电荷量越多1、关于电动势，下列说法正确的是（）AC课堂训练A.电路中每通过1C的电量，电源把2J的化学能转变为电能B.蓄电池两极间的电压为2VC.蓄电池在1s内将2J的化学能转变成电能D.蓄电池将化学能转变为电能的本领比一节干电池（电动势为1.5V）强2、铅蓄电池的电动势为2V，这表示（）ABD课堂训练电子点火器用的是1号干电池，袖珍收音机用的是7号干电池，新的1号干电池和7号干电池的电动势是否相同？内阻是否相同？课堂训练手电筒中的干电池给小灯泡供电时，电流为0.3A，在某次接通开关的10S内，一节干电池中有多少化学能转化为电能？课堂训练如果E=3V，I=2A，请具体说明EI的含义。思考与讨论某个电动势为E的电源工作时，电流为I，乘积EI的单位是什么？从电动势的意义来考虑，EI表示什么？再见谢谢各位领导谢谢各位同学