人教版高中物理选修3-1课件第二章第1节电源和电流

A．nvSΔt IΔt
C. e
B．nv·Δt IΔt
D. Se
解析：因为 I＝Δqt， 所以 q＝I·Δt， 自由电子数目为：N＝qe＝IΔe t，则选项 C 正确． 又因为电流的微观表达式为 I＝nqvS 所以自由电子数目为
N＝qe＝IΔe t＝neveSΔt＝nvSΔt. 则选项 A 正确． 答案：AC
答案：1Fra Baidu bibliotek瞬时 电势差 电源
2．电源 导线 稳定 稳定 平行
3．由稳定分布的________所产生的稳定的________， 称为恒定电场．
静电场中的电势、电势差及其与电场强度的关系等在 恒定电场中________适用．
4．我们把________都不随时间变化的电流称为恒定 电流．
5．I表示电流、q表示在时间t内通过导体横截面的电 荷量，它们间的关系式为：________.
t＝vl . 根据公式 q＝It 可得： 导体 AD 中的电流：I＝Qt ＝nll/Svq＝nqSv.
由此可见，从微观上看，电流取决于导体中单位体积 内的自由电荷数、电荷量、定向移动速率，还与导体的横 截面积有关．
2．三种速率的区别
电流传导速率、电子定向移动速率、电子热运动速 率．
(1)电流传导速率等于光速，电路一接通，导体中的电 子立即受到电场力作用而定向移动形成电流．(对整体而言)
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恒定电流
第1节 电源和电流
电流对人体的危害
小于0.01 A有麻刺感或无感觉，0.02 A有疼痛感， 0.03 A使呼吸紊乱，0.07 A使呼吸极度困难，0.1 A因心肌纤 维震颤而死亡，大于0.2 A无心肌纤维震颤，但有严重烧伤 及呼吸困难．
通常电流在0.1～0.2 A之间是最致命的，因为这个电流强度 会引起心肌纤维震颤．这种震颤是一种心肌失去控制的痉 挛性抽搐，其结果是血流停止，并导致迅速死亡．可是超 过0.2 A的电流造成心脏停跳，经常规急救措施就能使心脏 重新跳动，因此有控制的电击是使心肌纤维震颤停止的唯 一办法．可见，0.1～0.2 A之间的电流与较大的电流相比， 更易引起死亡．
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关于导线中的电场，下列说法正确的是
A．导线内的电场线可以与导线相交
B．导线内的电场E是由电源电场E0和导线侧面堆积 电荷形成的电场E′叠加的结果
C．导线侧面堆积电荷分布是稳定的，故导线处于 静电平衡状态
D．导线中的电场是静电场的一种
解析：导线内的电场线与导线是平行的，故选项A 错．导线中的电场是电源电场和导线侧面堆积电荷形成的 电场叠加而成的，故选项B对．导线内电场不为零，不是 静电平衡状态，导线中的电场是恒定电场，并不是静电场 的一种，故选项C、D错．
电量的)，绝I＝对qt值中之的和q，为而通不过能导取体正横负截电面荷的抵正消、的负代两数种和电，荷这电是荷
因为负电荷定向移动形成的电流方向与正电荷定向移动形 成的电流方向相同．
5．恒定电流：方向不随时间变化的电流是直流电， 方向和大小都不随时间而变化的电流是恒定电流．
6．五点说明诠释电流概念
(1)电流方向的规定：规定正电荷定向移动的方向为 电流方向．
变式迁移
2.在如图所示的电路中，5 s内有10 C正离子从左 侧通过横截面yy′，与此同时有10 C负离子从右侧通 过横截面yy′，求电解液中的电流和电流表的读数？
解析： I＝qt ＝q1＋t q2＝10＋5 10 A＝4 A， 电流表的读数和电解液中的电流 是相同的，也是4 A.
答案：4 A
四、电流的微观表达式 1．电流的微观表达式为I＝nqSv
2．恒定电场
导线与电源连通后，导线内部很快形成沿导线切线方 向的电场，这个电场是由电源、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 也不会随时间变化．这种由稳定分布的电荷所产生的稳定 的电场，称为恒定电场．
由于在恒定电场中，任何位置的电场强度都不随时间 变化，所以它的基本性质与静电场相同．在静电场中所讲 的电势、电势差及其与电场强度的关系等，在恒定电场中 同样适用．
2．物理意义：表示电荷定向移动快慢程度，在数 值上等于单位时间内通过导体某一横截面上的电荷量．
3．公式：I，＝其qt 中q是在时间t内通过导体某一横截
面上的电荷量．
4．单位：安培，符号A，其他单位：毫安(mA)、 微安(μA)，1 A＝103mA＝106μA.
注意：无论是正电荷定向移动形成的电流还是负电 荷定向移动形成的电流，电荷量都取其绝对值进行计 算．如果正负电荷同时定向移动形成电流时(如电解液导
铜离子和硫酸根离子都是二价离子，每个离子的 电荷量为q1＝q2＝2×1.6×10－19 C.
所以 I＝qt ＝n1q1＋t n2q2 ＝5.625×1018＋4.735×0.41018×2×1.6×10－19A ＝8.3 A.
答案：8.3 A，方向与铜离子定向移动的方向相同
点评：在电解液中，形成电流的自由电荷是正负 离子，通过某一横截面的电荷量为正负电荷迁移电荷 量的绝对值之和．
1．分别带正、负电荷的A、B两个导体，若用导线R连 接，导线R中可能存在一个________电流．若要保持持续的 电流，A、B间需维持着一定的________．能使A、B间维持 一定的电势差的装置称为________．
2．达到稳定状态时，导线内的电场是由________、 ________等电路元件所积累的电荷共同形成的．电荷的分 布是________的，电场的分布也是________的且导线内的 电场线保持和导线________．
下列关于电源的说法正确的是( )
A．电源是将其他形式的能转化为电能的装置
B．电源的作用是使电源的正负极保持一定量的正、 负电荷，维持一定的电势差
C．与电源相连的导线中的电场是由电源正、负极上 的电荷形成的
D．在电源内部正电荷由负极流向正极，负电荷由正 极流向负极
解析：在电源内部由非静电力做功(如洛伦兹力等后 面将学到)将正电荷由负极搬到正极，将负电荷由正极搬到 负极，使正、负极维持一定的电势差；同时将其他形式的 能转化为电能，故A、B、D正确．导线中的电场是由电源、 导线等电路元件所积累的电荷共同形成的，故C错．
N＝qe＝1.6×5.4160－19＝3.4×1019(个)． 答案：3.4×1019(个)
祝
您
通过触电者的电流大小，一般是取决于皮肤的电阻，湿皮肤 与干皮肤电阻范围大约在1～500 kΩ之间．足够大的电流能 引起手脚肌肉收缩，触电者往往有抓住不放的现象．起初， 电流往往还未达到致命的大小，但因皮肤的电阻是随时间增 加而减小的，当电流强度达到0.1 A时，便可置人于死地．电 流通过人体要放热，因此，人触电死亡，实际上是电流通过 人体(尤其是心脏)时把人烧死的．如果发现某人触电而被粘 在电线上，应该用干木棒或干衣服、绳索等将触电者尽快与 电线分离．
变式迁移
3．如果导线中的电流为1 mA，那么1 s内通过导 体横截面的自由电子数是多少？若算得“220 V,60 W” 的白炽灯正常发光时的电流为273 mA，则20 s内通过灯 丝的横截面的电子是多少个？
解析：q＝It＝1×10－3×1 C＝1×10－3 C 设电子的数目为 n，则：n＝qe＝1.16××1100－－319 ＝6.25×1015(个)． 当“220 V,60 W”的白炽灯正常发光时，电压 U＝220 V， I＝273 mA. q＝It＝273×10－3×20 C＝5.46 C 设电子的数目为 N，则：
(2)金属导体中电流的方向与自由电子定向移动的方 向相反．
(3)电解液中正、负离子定向移动方向虽然相反，但
正q为、正负电离荷子总定电向荷移量动和形负成电的荷电总流电方荷向量是的相绝同对的值，之此和I．＝中qt，
(4)电流虽有大小和方向，但不是矢量．
求出的(5是)q电＝流It是在求时电间荷t内量的的平重均要值公，式对，恒其定变电形流公来式说I＝，其qt
2．电源可使电路中保持持续电流
在上述情况中，导线R中的电流只 是一个瞬时电流．倘若在A、B之间连接 一个装置P，它能源源不断地把经过导 线R流到A的电子取走，补充给B，使A、 B始终保持一定数量的正、负电荷，这 样，A、B周围空间(包括导线之中)始终 存在一定的电场，A、B之间便维持着一 定的电势差．由于这个电势差，导线中 的自由电子就能不断地在静电力作用下 由B经过R向A定向移动，使电路中保持 持续的电流．如下图所示，能把电子从 A搬运到B的装置P就是电源．
答案：ABD
二、导线中的电场
1．恒定电场的形成
导线本身由许多带电粒子(电子和质子)组成，当它和 电源连通后，在电源两极上的正、负电荷激发的电场作用 下，导线的表面以及导线的接头处会有电荷积累，正是这 些电荷激发了导线内外的电场，也正是依靠这些电荷才保 证导线内部的场强沿导线方向，所以导线中的电场，是由 电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成的，并且形 成过程是在接通电源后的极短时间内(以光速)完成．
(2)电子定向移动速率，其大小与电流有关，一般数量 级为10－5m/s.(对每个电子而言)
(3)电子热运动速率，任何微观粒子都做无规则运动， 其速度与温度有关，通常情况为每秒几百米．
有一横截面积为S的铜导线，流经其中的电流 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e，此电子的定向移动速率为v，在Δt时间内，通过导线横 截面的自由电子数可表示为( )
答案：B
变式迁移
1．把一个金属导体的两端与具有不同电势的带电 物体接触，导体中的电荷将怎样运动？
答案：金属导体中能够自由移动的电荷是带负电 荷的电子，而负电荷在电场力作用下，将由低电势处 向高电势处移动，因此金属导体中的电荷(电子)将从 低电势的物体向高电势的物体运动．
三、电流
1．电流：通过导体横截面的电荷量跟通过这些电 荷量所用时间的比值．
推导：如右图所示，AD表示粗细均匀的一段长为l 的导体，两端加一定的电压，导体中的自由电荷沿导体 定向移动的速率为v，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，每个自由电荷的电荷量为q.
AD导体中的自由电荷总数：N＝nlS.
总电荷量Q＝Nq＝nlSq.
所有这些电荷都通过横截面D所需要的时间：
答案：3．电荷 电场 同样
4．大小、方向
5．q＝It
一、电源
1．导体中的自由电荷在电场力作用下发生定向移动形 成电流
有A、B两个导体，分别带正、负电荷．如果在它们之 间连接一条导线R，如下图(a)所示，导线R中的自由电子便会 在静电力的作用下定向运动，B失去电子，A得到电子，周围 电场迅速减弱，A、B之间的电势差很快就消失，两导体成为 一个等势体，达到静电平衡．如下图(b)所示
瞬时值与平均值相等．
一硫酸铜电解槽的横截面积为2 m2，在0.4 s内若相向通过同一横截面的铜离子和硫酸根离子分别为 5.625×1018个和4.735×1018个，则电解槽中的电流是多大？ 方向如何？
解析：电解槽中的电流是铜离子和硫酸根离子分 别向相反的方向运动形成的．所以电流的方向与铜离 子定向移动的方向相同．