第十一穩(wěn)恒電流演示文稿

第十一穩(wěn)恒電流演示文稿1目前一頁\總數(shù)三十八頁\編于九點(diǎn)2優(yōu)選第十一穩(wěn)恒電流目前二頁\總數(shù)三十八頁\編于九點(diǎn)教學(xué)要求1.從金屬導(dǎo)電的微觀機(jī)構(gòu)定性說明金屬導(dǎo)電的宏觀規(guī)律—?dú)W姆定律；理解電動(dòng)勢的概念及一段含源電路的歐姆定律；3.利用一段含源電路的歐姆定律及閉合電路的歐姆定律計(jì)算簡單電路和電路中的熱功關(guān)系。目前三頁\總數(shù)三十八頁\編于九點(diǎn)1.電流§11-1電流及其連續(xù)性方程電荷的定向運(yùn)動(dòng)形成電流.金屬導(dǎo)體中的自由電子在電場力作用下作定向運(yùn)動(dòng)所形成的電流稱為傳導(dǎo)電流.導(dǎo)體中電流（傳導(dǎo)電流）產(chǎn)生的條件：

1)可以自由運(yùn)動(dòng)的電荷；

2)推動(dòng)電荷運(yùn)動(dòng)的力——電場.目前四頁\總數(shù)三十八頁\編于九點(diǎn)（1）電流強(qiáng)度電流強(qiáng)度定義：S

方向：正電荷運(yùn)動(dòng)的方向（有方向的標(biāo)量）

單位：安培(A)大小：單位時(shí)間通過導(dǎo)體某一橫截面的電量.目前五頁\總數(shù)三十八頁\編于九點(diǎn)（2）電流密度對橫截面不等的導(dǎo)體，I不能反映不同截面處及同一截面不同位置處電流流動(dòng)的情況，為了描述導(dǎo)線內(nèi)各點(diǎn)的電荷流動(dòng)情況，引入電流密度.

····abcd電流密度矢量：描寫空間各點(diǎn)電流大小和方向的物理量.電流密度（矢量）定義：大?。簡挝粫r(shí)間通過單位垂直面積的電荷

方向：正電荷定向運(yùn)動(dòng)方向目前六頁\總數(shù)三十八頁\編于九點(diǎn)（3）電流強(qiáng)度與電流密度的關(guān)系

在導(dǎo)體中任取一截面元dS，設(shè)該處電荷密度為，運(yùn)動(dòng)速度為。

在dt時(shí)間內(nèi)通過截面元的電荷量為在dt時(shí)間內(nèi)通過某有限截面的電荷量為目前七頁\總數(shù)三十八頁\編于九點(diǎn)電流強(qiáng)度與電流密度的關(guān)系為

電流強(qiáng)度就是電流密度穿過某截面的通量。對于閉合曲面：

根據(jù)j的物理意義，類比電通量，上式表示了凈流出閉合面的電流，也就是單位時(shí)間內(nèi)從閉合面內(nèi)向外流出的電量;

根據(jù)電荷守恒定律，通過閉合面的電量應(yīng)等于閉合面內(nèi)電荷的減少量。目前八頁\總數(shù)三十八頁\編于九點(diǎn)2.

電流連續(xù)性方程電荷守恒定律：在孤立系統(tǒng)中，總電荷量保持不變.因此對任一閉合面，電流密度的通量滿足：q內(nèi)表示閉合面包圍的電荷

上式是電荷守恒定律的數(shù)學(xué)表述，又稱電流連續(xù)性方程。說明：有正電荷自該處流出有正電荷自該處流入目前九頁\總數(shù)三十八頁\編于九點(diǎn)3.穩(wěn)恒電流（1）穩(wěn)恒電流：

空間各點(diǎn)的電流不隨時(shí)間變化.穩(wěn)恒電流滿足（穩(wěn)恒條件）導(dǎo)體中產(chǎn)生電流的條件之一是有外電場的存在，所以導(dǎo)體內(nèi)部對應(yīng)穩(wěn)恒電流必有維持穩(wěn)恒電流的不隨時(shí)間變化的電場，這個(gè)電場稱為穩(wěn)恒電場.目前十頁\總數(shù)三十八頁\編于九點(diǎn)由電場線的性質(zhì)類比，可知：恒定電流場的電流密度線應(yīng)是沒有起點(diǎn)和終點(diǎn)的閉合曲線—恒定電流的閉合性.穩(wěn)恒電流的電流線閉合決定了穩(wěn)恒電流的電路必須是閉合的！（2）穩(wěn)恒電場的性質(zhì)（與靜電場對比）相同處：因?yàn)殡姾煞植疾蛔?，所以穩(wěn)恒電場也滿足高斯定理與環(huán)路定理.不同處：導(dǎo)體內(nèi)有電荷流動(dòng)；導(dǎo)體內(nèi)場強(qiáng)不為零.目前十一頁\總數(shù)三十八頁\編于九點(diǎn)（3）穩(wěn)恒電路對于導(dǎo)線中流有穩(wěn)恒電流，則通過導(dǎo)線各個(gè)截面的電流強(qiáng)度都相等，如圖有定義：流有穩(wěn)恒電流的電路稱為穩(wěn)恒電路.目前十二頁\總數(shù)三十八頁\編于九點(diǎn)§11.2歐姆定律和焦耳定律1.歐姆定律（無源電路）即：線狀金屬導(dǎo)體兩端沿電流方向的電勢差與其電流成正比。（德國科學(xué)家歐姆從實(shí)驗(yàn)中總結(jié)出來的規(guī)律）其中比例系數(shù)R稱為導(dǎo)體的電阻.目前十三頁\總數(shù)三十八頁\編于九點(diǎn)說明：

（1）實(shí)驗(yàn)表明歐姆定律只適用于由金屬導(dǎo)體組成的電子元件，對于二極管等許多其它電子元件，歐姆定律不成立；

（2）描述電子元件中電流與電壓的關(guān)系曲線稱為伏安特性曲線；

（3）導(dǎo)體的電阻R的國際單位是歐姆（），電阻的數(shù)值與導(dǎo)體的材料、形狀、長短、粗細(xì)、溫度等因素有關(guān).電阻的倒數(shù)叫電導(dǎo)（G）,其單位為西門子（S）。目前十四頁\總數(shù)三十八頁\編于九點(diǎn)2.電阻定律實(shí)驗(yàn)指出：對于由一定材料制成的長為l、橫截面積S(即垂直于電流方向的橫截面積)為的柱形導(dǎo)體，其電阻為該式稱為電阻定律。其中ρ是導(dǎo)體的電阻率。目前十五頁\總數(shù)三十八頁\編于九點(diǎn)說明：（1）導(dǎo)體的電阻率ρ，單位是歐姆·米(Ω·m)，不但與材料的種類有關(guān)，還和溫度有關(guān)。

當(dāng)溫度發(fā)生變化時(shí)，導(dǎo)體的電阻率也要改變。實(shí)驗(yàn)表明，在通常情況下大多數(shù)金屬導(dǎo)體的電阻率滿足式中ρ0

是0℃時(shí)導(dǎo)體的電阻率，α稱為電阻溫度系數(shù)，其單位為1／℃，不同材料其值不同。由此可見，溫度越高，電阻率越大。目前十六頁\總數(shù)三十八頁\編于九點(diǎn)（2）ρ的倒數(shù)稱為導(dǎo)體的電導(dǎo)率；單位是西門子/米（S/m）（3）超導(dǎo)現(xiàn)象：對于有些金屬和化合物，當(dāng)其溫度降到某一特定值時(shí)，電阻率突然降為零.（4）當(dāng)導(dǎo)體的橫截面積不均勻或電阻率不均勻時(shí)，導(dǎo)體的電阻可寫為目前十七頁\總數(shù)三十八頁\編于九點(diǎn)

3.歐姆定律的微分形式所以可得EdS=γEdS即

j=γE（歐姆定律的微分形式）由于而dI=jdS

目前十八頁\總數(shù)三十八頁\編于九點(diǎn)

它反映了導(dǎo)體中任意一點(diǎn)的電流密度與該點(diǎn)的電場強(qiáng)度成正比，且同方向。說明:（1）歐姆定律的微分形式雖是在穩(wěn)恒電流情況下推出的，但對于交變電磁場也也適用;（2）反應(yīng)了j和E的逐點(diǎn)對應(yīng)關(guān)系，揭示了導(dǎo)體中的電流依賴于電場的本質(zhì)；（3）比歐姆定律的積分式I=U/R更為普遍。目前十九頁\總數(shù)三十八頁\編于九點(diǎn)4.電流的功和功率、焦耳楞次定律（1）電流的功和功率

導(dǎo)體中的自由電荷在電場力的作用下運(yùn)動(dòng)下形成電流，電流通過一段電路時(shí)，電場力作的

電功

A=qU=IUt（單位為焦?fàn)朖)

電功率

P=A/t=IU（單位為瓦W）目前二十頁\總數(shù)三十八頁\編于九點(diǎn)（2）焦耳楞次定律

英國物理學(xué)家焦耳和俄國物理學(xué)家楞次，分別通過實(shí)驗(yàn)得出電流在時(shí)間t內(nèi)通過電阻R時(shí)產(chǎn)生的熱量為該式叫焦耳定律，產(chǎn)生的熱量叫焦耳熱。說明：1）對于純電阻電路，導(dǎo)體在一段時(shí)間內(nèi)放出的熱量等于這段時(shí)間內(nèi)電流做的功；即2）對于非純電阻電路，如電路中有電動(dòng)機(jī)等，此時(shí)歐姆定律不再適用，有（W為電機(jī)對外做的功）目前二十一頁\總數(shù)三十八頁\編于九點(diǎn)§11-3電源和電動(dòng)勢、閉合電路和一段含源電路的歐姆定律目前二十二頁\總數(shù)三十八頁\編于九點(diǎn)1.電源及其電動(dòng)勢（1）電源的基本結(jié)構(gòu)及工作過程RAB圖中，A，B為電容器極板，開始時(shí)，，在電場力作用下，正電荷從A板經(jīng)導(dǎo)線到了B板與負(fù)電荷中和，極板上的電荷減少，電勢差減小，很快達(dá)到V=0，瞬間電流停止。結(jié)論：單靠靜電力不能維持穩(wěn)恒電流.目前二十三頁\總數(shù)三十八頁\編于九點(diǎn)

為了維持電流，必須使到B板的正電荷經(jīng)另一路徑回到A極，但靜電力是阻止正電荷從低電勢運(yùn)動(dòng)到高電勢。RABRAB

電源的作用：提供非靜電力把正電荷從低電勢的B極沿電源內(nèi)部移到高電勢的A極，從而維持兩極電勢差.非靜電場目前二十四頁\總數(shù)三十八頁\編于九點(diǎn)

電源不斷消耗其它形式的能量克服靜電力做功.內(nèi)電路：電源內(nèi)部正負(fù)兩極之間的電路.外電路：電源外部正負(fù)兩極之間的電路.

內(nèi)外電路形成閉合電路時(shí)，正電荷由正極流出，經(jīng)外電路流入負(fù)極，又從負(fù)極經(jīng)內(nèi)電路流到正極，形成恒定電流，保持了電流線的閉合性.目前二十五頁\總數(shù)三十八頁\編于九點(diǎn)（2）電源的電動(dòng)勢

電源的電動(dòng)勢等于把單位正電荷從負(fù)極經(jīng)內(nèi)電路移動(dòng)到正極時(shí)所做的功，單位為伏特。RAB

電源的電動(dòng)勢大小

電源的電動(dòng)勢方向規(guī)定：自負(fù)極經(jīng)內(nèi)電路指向正極.目前二十六頁\總數(shù)三十八頁\編于九點(diǎn)由于恒定電場也服從場強(qiáng)環(huán)流定律

非靜電力僅存在于電源內(nèi)部，可以用非靜電場強(qiáng)表示。由電源電動(dòng)勢定義得而電源外部無非靜電力，則電源電動(dòng)勢可以表示成目前二十七頁\總數(shù)三十八頁\編于九點(diǎn)說明：（1）電動(dòng)勢的方向：負(fù)極經(jīng)電源內(nèi)部指向正極；（2）實(shí)際電源內(nèi)部一般是導(dǎo)體，具有一定的電阻，用r表示；若r＝0，則稱為理想電源；（3）理想電源的電動(dòng)勢等于電源正、負(fù)極電勢之差，不論此電源處于開路或閉路狀態(tài).目前二十八頁\總數(shù)三十八頁\編于九點(diǎn)

根據(jù)以下三組公式，可以處理直流電路中的許多問題：，，

2.

閉合電路的歐姆定律

1）一段純電阻電路的歐姆定律2）理想電源兩極的電勢差3）靜電場的環(huán)路定理目前二十九頁\總數(shù)三十八頁\編于九點(diǎn)

（1）單個(gè)電源利用

，，得

幾種典型電路介紹

目前三十頁\總數(shù)三十八頁\編于九點(diǎn)

，，

（2）兩個(gè)電源

目前三十一頁\總數(shù)三十八頁\編于九點(diǎn)

（3）多個(gè)電源串接目前三十二頁\總數(shù)三十八頁\編于九點(diǎn)

含有電源的一段電路叫含源電路.如圖，一段含源電路，A、B兩端的電勢差為一般形式（一段含源電路的歐姆定律）為等式右邊正負(fù)號(hào)由一段純電阻電路的歐姆定律及理想電源電壓的表達(dá)式確定.3.含源電路的歐姆定律目前三十三頁\總數(shù)三十八頁\編于九點(diǎn)4.

基爾霍夫方程組復(fù)雜電路：不能化解為等效的電阻串、并聯(lián)電路的組合，含有較復(fù)雜的分支和節(jié)點(diǎn)的電路。求解復(fù)雜電路的基本方程：基爾霍夫方程組?；鶢柣舴蚍匠探M包含兩類方程：

節(jié)點(diǎn)電流方程和回路電壓方程。目前三十四頁\總數(shù)三十八頁\編于九點(diǎn)（1）節(jié)點(diǎn)電流方程

三條或三條以上的支路連接于一點(diǎn)，該點(diǎn)稱為節(jié)點(diǎn).

根據(jù)穩(wěn)恒電流條件，對于每個(gè)節(jié)點(diǎn)有

當(dāng)電路共有n個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)，只有n-1個(gè)節(jié)點(diǎn)方程是獨(dú)立的,這n-1個(gè)獨(dú)立方程構(gòu)成的方程組叫基爾霍夫第一方程組（或基爾霍夫第一定律）。目前三十五頁\總數(shù)三十八頁\編于九點(diǎn)（2）回路電壓方程

對于任一閉合回路，利用靜電場的環(huán)路定理可得

對于任一閉合回路，沿任一繞行方向，電勢差的代數(shù)和為零.電路中任意一組獨(dú)立的回路方程構(gòu)成基爾霍夫第二方程組（或基爾霍夫第二