2.1 电源和电流-【点石成金系列】2021-2022年高中物理课件（人教版选修3-1）.pptx

§2.1电源和电流;;;;;思考：导线中产生的电流是瞬时电流，如何使导线中有持续电流呢？;1.电源:

把自由电子从正极搬到负极的装置.;（1）存在自由电荷

金属导体——自由电子

电解液——正、负离子

气体导电——正、负离子和自由电子

（2）导体两端存在电压（电势差）

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。;生活中的电池;例1关于电源以下说法正确的是()

A．电源的作用是在电源内部把电子由负极不断地搬运到正极，从而保持两极之间有稳定的电势差

B．电源的作用就是将其他形式的能转化为电能

C．只要电路中有电源，电路中就一定有电流

D．电源实质上也是一个用电器，也需要外界提供能量;;;问题：当导体两端的电势差恒定时，为什么导体中产生的电场是恒定的？此时导体中的电流为什么也是恒定的？;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。;1.恒定电流概念：大小方向都不随时间变化的电流称为恒定电流。;3、说明;『判一判』

(1)电源能把其他形式的能转化为电能。()

(2)必须有电源，自由电荷才能在电路中移动。()

(3)恒定电场就是匀强电场。()

(4)恒定电场形成后电路中的电荷不再发生移动。()

(5)因为电流有大小又有方向，所以电流是矢量。()

(6)通过导体截面的电荷量越多，电流越大。()

(7)电流的方向与电荷定向移动的方向相同。();A;【例2】在某种带有一价离子的水溶液中，正、负离子在定向移动，方向如图所示。如果测得2s内分别有1.0×1018个正离子和1.0×1018个负离子通过溶液内部的横截面M，则溶液中电流的方向如何？电流为多大？;某电解池中，如果在1s内共有5×1018个二价正离子和1×1019个一价负离子通过面积为0.1m2的某截面，那么通过这个截面的电流是()

A．0B．0.8AC．1.6AD．3.2A;一段粗细均匀的导体长为l,两端加一定的电压，自由电荷定向移动的速率为v,设??体的横截面积为s，导体单位体积内的自由电荷数为n，每个自由电荷量为q。;【微观】电流的微观表达式：I=nqSv(v表示电荷定向移动的速率)

可见从微观上看,电流决定于导体中单位体积内的自由电荷数?自由电荷的电荷量（导体的材料决定），定向移动的速度（电压决定）,还与导体的横截面积（形状）有关.;【例题】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。;【例题】有一横截面积为S的铜导线，流经其中的电流强度为I；设每单位体积的导线中有n个自由电子，电子的电量为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（）

A．nvSΔtB．nv·ΔtC．IΔt/eD．IΔt/eS;三种速率的比较

1.电子定向移动速率：电子在金属导体中的平均运动速率，也是公式I＝neSv中的v，大小约为10－5m/s.

2.电流的传导速率：电流在导体中的传导速率等于光速，为3×108m/s.闭合开关的瞬间，电路中各处以光速建立恒定电场，电路中各处的自由电子几乎同时定向移动，整个电路也几乎同时形成了电流.

3.电子热运动速率：电子做无规则热运动的速率，大小约为105m/s.由于热运动向各个方向运动的机会相等，故此运动不能形成电流.;三种不同的速率比较;;闭合开关的瞬间，电路中的各个位置迅速建立了恒定电场，在恒定电场的作用下，电路中各处的自由电子几乎同时开始定向移动，整个电路也就几乎同时产生了电流。;典型例题讨论;解：设电子圆周运动的周期为T;【例】有一个横截面积S=1mm2的铜导线，通过的电流I=1A。已知铜的密度为ρ=8.9×103kg/m3，铜的摩尔质量为6.4×10－2kg/mol，阿佛加德罗常数为NA=6.02×1023mol-1，电子的电量为e.在这个问题中可以认为每个铜原子贡献一个自由电子，求铜导线中自由电子定向移动的速率v。;解析：设自由电子定向移动的速度为v，任意取一段导线，自由电子从左断移到右端时间为t，则这段导线长度为vt，体积为vtS，质量为ρvtS.这