21電源和電流

1、導(dǎo)入新課燈泡發(fā)光燈泡發(fā)光你知道燈你知道燈泡是怎樣泡是怎樣發(fā)光的嗎？發(fā)光的嗎？各種各樣的電源，你知道它們的用途嗎？各種各樣的電源，你知道它們的用途嗎？知道這應(yīng)用了怎樣的原理制成的嗎知道這應(yīng)用了怎樣的原理制成的嗎?第一章第一章 恒定電流恒定電流 掌握電流的定義、公式和國(guó)際單位，掌握電流的定義、公式和國(guó)際單位，了解導(dǎo)體中產(chǎn)生電流的條件。了解導(dǎo)體中產(chǎn)生電流的條件。 知道電源的作用和導(dǎo)體中恒定電場(chǎng)。知道電源的作用和導(dǎo)體中恒定電場(chǎng)。初步體會(huì)動(dòng)態(tài)平衡的思想。初步體會(huì)動(dòng)態(tài)平衡的思想。1. 1.知識(shí)與能力知識(shí)與能力 理解電流的微觀表達(dá)式，并從微觀角理解電流的微觀表達(dá)式，并從微觀角度分析導(dǎo)體中電荷的定向移動(dòng)與電流

2、之間度分析導(dǎo)體中電荷的定向移動(dòng)與電流之間的關(guān)系。的關(guān)系。教學(xué)目標(biāo)2. 2.過程與方法過程與方法 通過觀察與思考理解電流的形成過程，利用通過觀察與思考理解電流的形成過程，利用恒定電流的知識(shí)解決問題。恒定電流的知識(shí)解決問題。 應(yīng)用現(xiàn)有電流知識(shí)解決實(shí)際中的問題，做到應(yīng)用現(xiàn)有電流知識(shí)解決實(shí)際中的問題，做到理論與實(shí)踐相結(jié)合。理論與實(shí)踐相結(jié)合。3.3.情感態(tài)度與價(jià)值觀情感態(tài)度與價(jià)值觀 有參與實(shí)驗(yàn)總結(jié)規(guī)律的熱情，從而能更方便有參與實(shí)驗(yàn)總結(jié)規(guī)律的熱情，從而能更方便的解決實(shí)際問題。的解決實(shí)際問題。 將現(xiàn)有的科學(xué)文化知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合，真正將現(xiàn)有的科學(xué)文化知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合，真正做到學(xué)以致用。做到學(xué)以致用。 熱愛科學(xué)

3、，積極參與到科學(xué)實(shí)踐中。熱愛科學(xué)，積極參與到科學(xué)實(shí)踐中。重點(diǎn)：重點(diǎn)： 電流的定義、公式及導(dǎo)體中產(chǎn)生電流的電流的定義、公式及導(dǎo)體中產(chǎn)生電流的條件。條件。教學(xué)重難點(diǎn)電源的作用及導(dǎo)體中恒定電場(chǎng)的形成。電源的作用及導(dǎo)體中恒定電場(chǎng)的形成。 恒定電流是如何形成的，從微觀角度恒定電流是如何形成的，從微觀角度分析導(dǎo)體中電荷的定向移動(dòng)與電流之間的分析導(dǎo)體中電荷的定向移動(dòng)與電流之間的關(guān)系。關(guān)系。難點(diǎn)：難點(diǎn)： 電流的形成條件，恒定電場(chǎng)電流的形成條件，恒定電場(chǎng)是如何形成的。是如何形成的。 如何從微觀角度分析導(dǎo)體中如何從微觀角度分析導(dǎo)體中電荷的定向移動(dòng)與電流之間的關(guān)電荷的定向移動(dòng)與電流之間的關(guān)系。系。知識(shí)導(dǎo)航 電源在我

4、們?nèi)粘Ｉ钪杏兄鴱V泛的用電源在我們?nèi)粘Ｉ钪杏兄鴱V泛的用途，那你是否知道它的構(gòu)成及工作原理？途，那你是否知道它的構(gòu)成及工作原理？ 這是我們最常用這是我們最常用的干電池，你知道他的干電池，你知道他是如何工作的嗎？是如何工作的嗎？下面我們具體介紹一下：下面我們具體介紹一下：BA+-RBA-導(dǎo)體中自由電子導(dǎo)體中自由電子的定向運(yùn)動(dòng)使兩的定向運(yùn)動(dòng)使兩個(gè)帶電體成為等個(gè)帶電體成為等勢(shì)體。勢(shì)體。上圖解析上圖解析 A、B分別為帶正負(fù)電荷導(dǎo)體，它們周圍存分別為帶正負(fù)電荷導(dǎo)體，它們周圍存在著電場(chǎng)。用一條導(dǎo)線在著電場(chǎng)。用一條導(dǎo)線R將它們連接起來，如圖將它們連接起來，如圖中，導(dǎo)線中，導(dǎo)線R中的自由電子便會(huì)在靜電力的作用

5、下中的自由電子便會(huì)在靜電力的作用下定向運(yùn)動(dòng)，定向運(yùn)動(dòng)，B失電子，失電子，A得電子，周圍電場(chǎng)迅速得電子，周圍電場(chǎng)迅速減弱，減弱，A、B間的電勢(shì)差很快消失，兩個(gè)導(dǎo)體成間的電勢(shì)差很快消失，兩個(gè)導(dǎo)體成為等勢(shì)體，達(dá)到靜電平衡。在這種情況下，導(dǎo)為等勢(shì)體，達(dá)到靜電平衡。在這種情況下，導(dǎo)線線R中的電流只是瞬時(shí)的。中的電流只是瞬時(shí)的。如果在如果在A、B之間連接一之間連接一裝置裝置P（如右圖），它能（如右圖），它能源源不斷地把經(jīng)過導(dǎo)線源源不斷地把經(jīng)過導(dǎo)線R流到流到A的電子取走，不給的電子取走，不給B，使，使A、B周圍的空間周圍的空間（包括導(dǎo)線之中）始終存（包括導(dǎo)線之中）始終存在一電場(chǎng)，自由電子就能在一電場(chǎng)，自由電

6、子就能不斷地在靜電力作用下由不斷地在靜電力作用下由B經(jīng)過經(jīng)過R向向A定向移動(dòng)，定向移動(dòng)，是電路保持持續(xù)的電流。是電路保持持續(xù)的電流。BA+-RP-電源電源 我們知道電荷之間的相互作用是通過我們知道電荷之間的相互作用是通過電場(chǎng)發(fā)生的。且只要有電荷存在，電荷的電場(chǎng)發(fā)生的。且只要有電荷存在，電荷的周圍就存在著電場(chǎng)，電場(chǎng)的基本性質(zhì)是周圍就存在著電場(chǎng)，電場(chǎng)的基本性質(zhì)是 它它對(duì)放入其中的電荷有力的作用。對(duì)放入其中的電荷有力的作用。 那什么是恒定電場(chǎng)呢？它那什么是恒定電場(chǎng)呢？它又是怎樣形成的？又是怎樣形成的？思考思考恒定電場(chǎng)：恒定電場(chǎng)：電荷的分布是穩(wěn)定的，電場(chǎng)的電荷的分布是穩(wěn)定的，電場(chǎng)的分布也不隨時(shí)間變化。

7、分布也不隨時(shí)間變化。 由于恒定電場(chǎng)的作用，任何位置的電由于恒定電場(chǎng)的作用，任何位置的電場(chǎng)強(qiáng)度都不隨時(shí)間變化，所以它的基本性場(chǎng)強(qiáng)度都不隨時(shí)間變化，所以它的基本性質(zhì)與靜電場(chǎng)相同。質(zhì)與靜電場(chǎng)相同。注意注意 恒定電場(chǎng)中電場(chǎng)強(qiáng)度不隨時(shí)間的變化而變化。恒定電場(chǎng)中電場(chǎng)強(qiáng)度不隨時(shí)間的變化而變化。電場(chǎng)強(qiáng)電場(chǎng)強(qiáng)度處處度處處不改變不改變電流：電荷的定向移動(dòng)形成電流。電流：電荷的定向移動(dòng)形成電流。 電荷的定向移動(dòng)和熱運(yùn)動(dòng)是不同的，電荷的定向移動(dòng)和熱運(yùn)動(dòng)是不同的，熱運(yùn)動(dòng)是無(wú)規(guī)則的運(yùn)動(dòng)不形成電流。熱運(yùn)動(dòng)是無(wú)規(guī)則的運(yùn)動(dòng)不形成電流。提示提示導(dǎo)體中產(chǎn)生電流的條件導(dǎo)體中產(chǎn)生電流的條件導(dǎo)體兩端存在電壓。導(dǎo)體兩端存在電壓。 定義：定

8、義：通過導(dǎo)體橫截面的電荷量跟通過這些通過導(dǎo)體橫截面的電荷量跟通過這些電荷量所用的時(shí)間的比值稱電流。電荷量所用的時(shí)間的比值稱電流。公式：公式：q=It單位：?jiǎn)挝唬喊才啵ǚ?hào)安培（符號(hào)A）是國(guó)際單位制基本單位）是國(guó)際單位制基本單位AmA3101AA6101 電流電流 方向：跟正電荷定向移動(dòng)方向相同，跟方向：跟正電荷定向移動(dòng)方向相同，跟負(fù)電荷定向移動(dòng)方向相反。負(fù)電荷定向移動(dòng)方向相反。 電流的微觀表達(dá)電流的微觀表達(dá)式：式：I=nesv。式中式中n為單位體積內(nèi)的自為單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)，由電荷數(shù)，e是電子是電子電荷量，電荷量，s導(dǎo)體橫截導(dǎo)體橫截面積，面積，v為自由電子為自由電子定向移動(dòng)速率。定向移動(dòng)速

9、率。 電流雖有大小和方向，但運(yùn)算電流雖有大小和方向，但運(yùn)算法則遵守代數(shù)和法則，是標(biāo)量。法則遵守代數(shù)和法則，是標(biāo)量。 恒定電流恒定電流大小方向都不隨時(shí)間變化的電流。大小方向都不隨時(shí)間變化的電流。 由于恒定電場(chǎng)的作用，導(dǎo)體中子自由電由于恒定電場(chǎng)的作用，導(dǎo)體中子自由電荷定向運(yùn)動(dòng)的速率增加；而運(yùn)動(dòng)過程中會(huì)與荷定向運(yùn)動(dòng)的速率增加；而運(yùn)動(dòng)過程中會(huì)與導(dǎo)體內(nèi)不動(dòng)的粒子碰撞從而減速，因此自由導(dǎo)體內(nèi)不動(dòng)的粒子碰撞從而減速，因此自由電荷定向移動(dòng)的平均速度不隨時(shí)間變化。電荷定向移動(dòng)的平均速度不隨時(shí)間變化。恒定電流的產(chǎn)生恒定電流的產(chǎn)生讓我們觀察一下恒定電流的形成。讓我們觀察一下恒定電流的形成。點(diǎn)電荷的定向點(diǎn)電荷的定向移

10、動(dòng)形成電流移動(dòng)形成電流注意注意 公式公式q=It中中q是通過導(dǎo)體橫截面的電荷是通過導(dǎo)體橫截面的電荷量，不是單位面積的電荷量，如果是正、負(fù)量，不是單位面積的電荷量，如果是正、負(fù)兩種電荷往相反方向定向通過橫截面而形成兩種電荷往相反方向定向通過橫截面而形成電流，形成的電流方向相同，電流，形成的電流方向相同， q應(yīng)是兩種電應(yīng)是兩種電荷電荷量之和。荷電荷量之和。課堂小結(jié) 電源就是能把電子從一個(gè)地方轉(zhuǎn)移到另一電源就是能把電子從一個(gè)地方轉(zhuǎn)移到另一個(gè)地方的裝置，它能使電子運(yùn)動(dòng)的兩端始終存?zhèn)€地方的裝置，它能使電子運(yùn)動(dòng)的兩端始終存在一定的電場(chǎng)，使兩端維持著一定的電勢(shì)差，在一定的電場(chǎng)，使兩端維持著一定的電勢(shì)差，由于

11、這個(gè)電場(chǎng)，自由電子就能不斷地在靜電力由于這個(gè)電場(chǎng)，自由電子就能不斷地在靜電力作用下在導(dǎo)體中定向移動(dòng)。作用下在導(dǎo)體中定向移動(dòng)。有穩(wěn)定分布的電荷所產(chǎn)生的穩(wěn)定的電場(chǎng)有穩(wěn)定分布的電荷所產(chǎn)生的穩(wěn)定的電場(chǎng)恒定電場(chǎng)中電場(chǎng)強(qiáng)度不隨時(shí)間的變化而恒定電場(chǎng)中電場(chǎng)強(qiáng)度不隨時(shí)間的變化而變化，其電場(chǎng)線不相交也不閉合。變化，其電場(chǎng)線不相交也不閉合。恒定電場(chǎng)的基本性質(zhì)與靜電場(chǎng)相同恒定電場(chǎng)的基本性質(zhì)與靜電場(chǎng)相同電荷的定向移動(dòng)形成電流。電荷的定向移動(dòng)形成電流。大小方向都不隨時(shí)間變化的電大小方向都不隨時(shí)間變化的電流是恒定電流。流是恒定電流。公式：公式：q=It。單位是安培（簡(jiǎn)單位是安培（簡(jiǎn)稱安），符號(hào)是稱安），符號(hào)是A。電流的微觀

12、表式是電流的微觀表式是 。nqsvI 恒定電流的形成是由于恒定電恒定電流的形成是由于恒定電場(chǎng)的作用。場(chǎng)的作用。課堂練習(xí)1.下列說法正確的是：（下列說法正確的是：（ ）。）。 A.金屬導(dǎo)體導(dǎo)電，只是自由電子作定向移動(dòng)；金屬導(dǎo)體導(dǎo)電，只是自由電子作定向移動(dòng)； B.電解液導(dǎo)電，正、負(fù)離子都作定向移動(dòng)；電解液導(dǎo)電，正、負(fù)離子都作定向移動(dòng)； C.氣體導(dǎo)電，一定只有正離子作定向移動(dòng)；氣體導(dǎo)電，一定只有正離子作定向移動(dòng)； D.氣體導(dǎo)電，正、負(fù)離子和自由電子都作定向氣體導(dǎo)電，正、負(fù)離子和自由電子都作定向移動(dòng)。移動(dòng)。 BD 2.導(dǎo)體中的電流是這樣產(chǎn)生的：當(dāng)在一根導(dǎo)體中的電流是這樣產(chǎn)生的：當(dāng)在一根長(zhǎng)度長(zhǎng)度l，橫截

13、面積為，橫截面積為S的均勻?qū)w兩端加上電壓的均勻?qū)w兩端加上電壓U,導(dǎo)體出現(xiàn)一勻強(qiáng)電場(chǎng)，到體內(nèi)的自由電子（導(dǎo)體出現(xiàn)一勻強(qiáng)電場(chǎng)，到體內(nèi)的自由電子（e）受勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)力作用而減速，同時(shí)由于與受勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)力作用而減速，同時(shí)由于與做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的陽(yáng)離子碰撞而受到阻礙，這樣做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的陽(yáng)離子碰撞而受到阻礙，這樣邊反復(fù)進(jìn)行邊向前移動(dòng)?？梢哉J(rèn)為阻礙電子運(yùn)邊反復(fù)進(jìn)行邊向前移動(dòng)。可以認(rèn)為阻礙電子運(yùn)動(dòng)的阻力大小與電子移動(dòng)的平均速度動(dòng)的阻力大小與電子移動(dòng)的平均速度v成正比，成正比，其大小可以表示成其大小可以表示成kv（k是常數(shù)）。當(dāng)電子所受是常數(shù)）。當(dāng)電子所受電場(chǎng)力與阻力大小相等時(shí)，導(dǎo)體中形成恒定電電場(chǎng)力與阻

14、力大小相等時(shí)，導(dǎo)體中形成恒定電流。則該導(dǎo)體的電阻是（流。則該導(dǎo)體的電阻是（ ）。）。AA.D.C.B.)()(2nSekl)()(2nlekS)()(2nlSek)()(nlekS提示提示IUR nqsvI 運(yùn)用以下兩個(gè)公式求解。運(yùn)用以下兩個(gè)公式求解。 3.如右圖所示的電解池接入電路后，在如右圖所示的電解池接入電路后，在t秒內(nèi)，有秒內(nèi)，有n1個(gè)個(gè)1價(jià)正離子通過溶液內(nèi)截面價(jià)正離子通過溶液內(nèi)截面s，有有n2個(gè)個(gè)1價(jià)負(fù)離子通過溶液內(nèi)截面價(jià)負(fù)離子通過溶液內(nèi)截面s，設(shè)，設(shè)e為元為元電荷，以下說法正確的是（電荷，以下說法正確的是（ ）。）。+ +- -A AB B+ + +- - -DA.當(dāng)當(dāng)n1= n2

15、時(shí)電流強(qiáng)度為零；時(shí)電流強(qiáng)度為零；B.當(dāng)當(dāng)n1 n2時(shí)，電流方向從時(shí)，電流方向從A指向指向B,電流強(qiáng)度電流強(qiáng)度tennI)(21 C.當(dāng)當(dāng)n1 n2時(shí)，電流方向從時(shí)，電流方向從B指指向向A，電流強(qiáng)度，電流強(qiáng)度 。 tennI)(21D.電流方向從電流方向從A指向指向B，電流強(qiáng)度，電流強(qiáng)度 。tennI)(214.關(guān)于電流強(qiáng)度，下列說法正確的是（關(guān)于電流強(qiáng)度，下列說法正確的是（ ）。）。 A.導(dǎo)線內(nèi)自由電子定向移動(dòng)速率等于電流的導(dǎo)線內(nèi)自由電子定向移動(dòng)速率等于電流的傳導(dǎo)速率。傳導(dǎo)速率。 B.電子運(yùn)動(dòng)的速率越大，電流強(qiáng)度越大。電子運(yùn)動(dòng)的速率越大，電流強(qiáng)度越大。 C.電流強(qiáng)度是一個(gè)矢量，其方向就是正電荷

16、電流強(qiáng)度是一個(gè)矢量，其方向就是正電荷移動(dòng)的方向。移動(dòng)的方向。 D.在國(guó)際單位制中，電流強(qiáng)度是一個(gè)基本物在國(guó)際單位制中，電流強(qiáng)度是一個(gè)基本物理量，其單位安培是一個(gè)基本單位。理量，其單位安培是一個(gè)基本單位。D 5.若氫離子的核外電子繞核做半徑為若氫離子的核外電子繞核做半徑為r的的勻速圓周運(yùn)動(dòng)，則其角速度勻速圓周運(yùn)動(dòng)，則其角速度w=電子繞核的運(yùn)動(dòng)可等效為環(huán)形電流，則電子運(yùn)電子繞核的運(yùn)動(dòng)可等效為環(huán)形電流，則電子運(yùn)動(dòng)的等效電流動(dòng)的等效電流I= 。（已知電子的質(zhì)量為（已知電子的質(zhì)量為m,電荷量為電荷量為e，靜電力恒量，靜電力恒量用用k表示）表示）32mrkeremrk22 6.在橫截面積為在橫截面積為0.

17、5m2的電解液中。（的電解液中。（1）若若5秒內(nèi)沿相反方向通過此橫截面的正、負(fù)秒內(nèi)沿相反方向通過此橫截面的正、負(fù)離子的電荷量均為離子的電荷量均為5C,則電解液中的電流為則電解液中的電流為_。（2）若）若5秒內(nèi)到達(dá)陽(yáng)極的負(fù)離子和到達(dá)陰極秒內(nèi)到達(dá)陽(yáng)極的負(fù)離子和到達(dá)陰極的正離子均為的正離子均為5C,則電流為則電流為_。2A1AtqI 式中式中q是通過整個(gè)截面的是通過整個(gè)截面的電荷量，并非單位面積通過電荷量，并非單位面積通過的電荷量。的電荷量。高考鏈接 1.（2006.天津理綜天津理綜.21）在顯像管的電子槍）在顯像管的電子槍中，從熾熱的金屬絲不斷放出的電子進(jìn)入電壓中，從熾熱的金屬絲不斷放出的電子進(jìn)入

18、電壓為為U的加速電場(chǎng)，設(shè)其初速度為零，經(jīng)加速后形的加速電場(chǎng)，設(shè)其初速度為零，經(jīng)加速后形成橫截面積為成橫截面積為S、電流為、電流為I的電子束。已知電子的的電子束。已知電子的電量為電量為e、質(zhì)量為、質(zhì)量為m，則在剛射出加速電場(chǎng)時(shí)，則在剛射出加速電場(chǎng)時(shí)，一段長(zhǎng)為一段長(zhǎng)為 l的電子束內(nèi)的電子個(gè)數(shù)是：（的電子束內(nèi)的電子個(gè)數(shù)是：（ ）。）。BA.B.eUmelI2C. eUmeSlI2eUmeSI2D. eUmelIS2解：電子加速后，解：電子加速后， ， ，221mveU meUv2設(shè)單位長(zhǎng)度內(nèi)自由電子數(shù)為設(shè)單位長(zhǎng)度內(nèi)自由電子數(shù)為n, ,由經(jīng)典磁理論得由經(jīng)典磁理論得 ， ，nevI meUeIevn21

19、eUmeI2n總總= ,= ,所以所以B選項(xiàng)正確。選項(xiàng)正確。eUmelIln2提示提示 從微觀角度推導(dǎo)電流的表達(dá)式，是必須從微觀角度推導(dǎo)電流的表達(dá)式，是必須理解掌握的內(nèi)容。因?yàn)檫@種研究處理問題的理解掌握的內(nèi)容。因?yàn)檫@種研究處理問題的基本思路對(duì)將來學(xué)習(xí)安培力和洛倫茲里的關(guān)基本思路對(duì)將來學(xué)習(xí)安培力和洛倫茲里的關(guān)系以及從微觀角度研究壓強(qiáng)，還有學(xué)習(xí)分子系以及從微觀角度研究壓強(qiáng)，還有學(xué)習(xí)分子動(dòng)理論部分知識(shí)都有較大的幫助。關(guān)鍵是建動(dòng)理論部分知識(shí)都有較大的幫助。關(guān)鍵是建立這種粒子運(yùn)動(dòng)的微觀模型。立這種粒子運(yùn)動(dòng)的微觀模型。問題與練習(xí) 1.答：如果用導(dǎo)線把兩個(gè)帶異號(hào)電荷的導(dǎo)答：如果用導(dǎo)線把兩個(gè)帶異號(hào)電荷的導(dǎo)體相

20、連，導(dǎo)線中的自由電子會(huì)在靜電力的作用體相連，導(dǎo)線中的自由電子會(huì)在靜電力的作用下定向移動(dòng)，使帶負(fù)電荷的導(dǎo)體失去電子，帶下定向移動(dòng)，使帶負(fù)電荷的導(dǎo)體失去電子，帶正電荷的導(dǎo)體得到電子。這樣會(huì)使得兩導(dǎo)體周正電荷的導(dǎo)體得到電子。這樣會(huì)使得兩導(dǎo)體周圍的電場(chǎng)迅速減弱，它們之間的電勢(shì)差很快消圍的電場(chǎng)迅速減弱，它們之間的電勢(shì)差很快消失，兩導(dǎo)體成為一個(gè)等勢(shì)體，達(dá)到靜電平衡。失，兩導(dǎo)體成為一個(gè)等勢(shì)體，達(dá)到靜電平衡。因此，導(dǎo)線中的電流是瞬時(shí)的。因此，導(dǎo)線中的電流是瞬時(shí)的。 如果用導(dǎo)線把電池的正負(fù)極相連，由于電池如果用導(dǎo)線把電池的正負(fù)極相連，由于電池能源源不斷地把經(jīng)過導(dǎo)線流到正極的電子取走，能源源不斷地把經(jīng)過導(dǎo)線流到正極的電子取走，補(bǔ)充給負(fù)極，是電池兩極之間始終保持一定數(shù)量補(bǔ)充給負(fù)極，是電池兩極之間始終保持一定數(shù)量的正、負(fù)電荷，兩極周圍的空間（