高二物理競(jìng)賽電流電流密度 課件

1第三章穩(wěn)恒電流1、電流電流密度2、電源電動(dòng)勢(shì)3、復(fù)雜電路與基爾霍夫定律1．電流和電流密度2．電流的連續(xù)性方程3．歐姆定律，焦耳定律4．電源和電動(dòng)勢(shì)5．含源電路的歐姆定律6．基爾霍夫定律2㈠電流電流密度

一、電流電荷的定向運(yùn)動(dòng)形成電流。電流分為傳導(dǎo)電流和運(yùn)流電流。

電流的微觀機(jī)制：導(dǎo)體內(nèi)自由電子在電場(chǎng)力作用下在原來(lái)不規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)上附加了定向漂移運(yùn)動(dòng).電流方向：正電荷的定向運(yùn)動(dòng)方向，即沿電場(chǎng)方向，從高電勢(shì)流向低電勢(shì)。

1800年春，意大利人伏打制成了伏打電池，從而獲得持續(xù)的電流。有了穩(wěn)定的電源，就為人類從研究靜電現(xiàn)象過(guò)渡到研究動(dòng)電現(xiàn)象提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。3靜電場(chǎng)中的導(dǎo)體處于靜電平衡時(shí)，其內(nèi)部的場(chǎng)強(qiáng)為零，內(nèi)部沒(méi)有電荷作定向的宏觀運(yùn)動(dòng)。如果把導(dǎo)體接在電源的兩極上，則導(dǎo)體內(nèi)任意兩點(diǎn)之間將維持恒定的電勢(shì)差，在導(dǎo)體內(nèi)維持一個(gè)電場(chǎng)，導(dǎo)體內(nèi)的電荷在電場(chǎng)力的作用下作宏觀的定向運(yùn)動(dòng)，形成電流。Uv4

1.電流強(qiáng)度：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體任一橫截面的電量。取，則得單位：5電流密度與電荷運(yùn)動(dòng)速度的關(guān)系n——導(dǎo)體中自由電子的數(shù)密度e——電子的電量vd——假定每個(gè)電子的漂移速度在時(shí)間間隔dt內(nèi)，長(zhǎng)為dl=vddt、橫截面積為S的圓柱體內(nèi)的自由電子都要通過(guò)橫截面積S，所以此圓柱體內(nèi)的自由電子數(shù)為nSvddt，電量為dq=neSvddt通過(guò)此導(dǎo)體的電流強(qiáng)度為電流強(qiáng)度與電子漂移速度的關(guān)系6

電流密度是一個(gè)矢量，其方向和該點(diǎn)正電荷運(yùn)動(dòng)的方向一致，數(shù)值上等于通過(guò)該點(diǎn)單位垂直截面的電流強(qiáng)度。電流密度矢量構(gòu)成的矢量場(chǎng)稱之為電流場(chǎng)。3.電流線：用電流線描述電流場(chǎng)曲線方向：該點(diǎn)電流密度方向；曲線密度：與該點(diǎn)電流密度的大小成正比。4.電流強(qiáng)度和電流密度矢量關(guān)系說(shuō)明：電流強(qiáng)度是通過(guò)某面積的電流密度的通量。

2.電流密度矢量定義

電流強(qiáng)度是標(biāo)量,它只能描述導(dǎo)體中通過(guò)某一截面的整體特征.為反映導(dǎo)體中各處電荷定向運(yùn)動(dòng)的情況，需引入電流密度概念.與電荷運(yùn)動(dòng)速度的關(guān)系7左側(cè)：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)由S面流出的電量；右側(cè)：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)S面的電量減少量。1.電流的連續(xù)性方程連續(xù)性方程積分形式在導(dǎo)體內(nèi)任一閉合曲面內(nèi)，根據(jù)電荷守恒定律，滿足，則流入S面內(nèi)電荷量多于流出量。，則流出S面內(nèi)電荷量多于流入量。8恒定電流的電流線不可能在任何地方中斷，它們永遠(yuǎn)是閉合曲線。2.電流的恒定條件利用數(shù)學(xué)上的高斯定理電流連續(xù)方程微分形式得9歐姆定律對(duì)金屬或電解液成立。對(duì)于半導(dǎo)體、氣體等不成立，對(duì)于一段含源的電路也不成立。G——電導(dǎo)（S西門(mén)子）R=1/G——電阻（Ω歐姆）1、電阻率，歐姆定律URI+_歐姆（GeorgSimomOhm，1787-1854）德國(guó)物理學(xué)家，在1827年發(fā)現(xiàn)了以他名字命名的歐姆定律。電流和電阻這兩個(gè)術(shù)語(yǔ)也是由歐姆提出的。102、電阻定律對(duì)于粗細(xì)均勻的導(dǎo)體，當(dāng)導(dǎo)體的材料與溫度一定時(shí)，導(dǎo)體的電阻與它的長(zhǎng)度l成正比，與它的橫截面積S成反比r

：電阻率σ=1/r：電導(dǎo)率3、電阻與溫度的關(guān)系a叫作電阻的溫度系數(shù)，單位為K-1，與導(dǎo)體的材料有關(guān)。電阻率的數(shù)量級(jí)：純金屬：10-8W.m合金：10-6W.m半導(dǎo)體：10-5~10-6W.m絕緣體：108~1017W.m

r小——用來(lái)作導(dǎo)線r大——用來(lái)作電阻絲a小——制造電工儀表和標(biāo)準(zhǔn)電阻a大——金屬電阻溫度計(jì)11超導(dǎo)現(xiàn)象的幾個(gè)概念：有些金屬在某些溫度下，其電阻會(huì)突變?yōu)榱?。這個(gè)溫度稱為超導(dǎo)的轉(zhuǎn)變溫度，上述現(xiàn)象稱為超導(dǎo)現(xiàn)象。在一定溫度下能產(chǎn)生零電阻現(xiàn)象的物質(zhì)稱為超導(dǎo)體。4、超導(dǎo)現(xiàn)象

超導(dǎo)體最早是由荷蘭物理學(xué)家昂尼斯于1911年發(fā)現(xiàn)的。他利用液態(tài)氦的低溫條件，測(cè)定在低溫下電阻隨溫度的變化關(guān)系，觀察到汞在4.2K附近時(shí)，電阻突然減少到零，變成了超導(dǎo)體。在低溫物理作出的杰出貢獻(xiàn)，獲得1913年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。迄今為止，已發(fā)現(xiàn)28種金屬元素（地球的常態(tài)下）以及合金和化合物具有超導(dǎo)電性。還有一些元素只高壓下具有超導(dǎo)電性。提高超導(dǎo)臨界溫度是推廣應(yīng)用的重要關(guān)鍵之一。超導(dǎo)的特性及應(yīng)用有著廣闊的前景。12在導(dǎo)體中取一長(zhǎng)為dl、橫截面積為dS的小圓柱體，圓柱體的軸線與電流流向平行。設(shè)小圓柱體兩端面上的電勢(shì)為V和V+dV。根據(jù)歐姆定律，通過(guò)截面dS的電流為：dSVV+dVdl歐姆定律的微分形式：通過(guò)導(dǎo)體中任一點(diǎn)的電流密度，等于該點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)與導(dǎo)體的電導(dǎo)率之積

說(shuō)明:

歐姆定律的微分形式對(duì)非穩(wěn)恒電流也成立.5、歐姆定律的微分形式13例1、一塊扇形碳制電極厚為

t，電流從半徑為

r1的端面S1流向半徑為r2的端面S2，扇形張角為，求：S1和S2面之間的電阻。解：dr

平行于電流方向，dS垂直于電流方向。r1r2tS1S2141、J法向分量的