第十一章第十一章 电路及其应用电路及其应用学习目标学习目标1电源和电流电源和电流知识点一知识点一电源电源答案答案:导线中的自由电子和导体导线中的自由电子和导体B上的电子流向导体上的电子流向导体A.1.如图所示如图所示,A、B两个导体分别带正、负电荷两个导体分别带正、负电荷.如果在它们之间如果在它们之间连接一条导线连接一条导线H,回答下列问题回答下列问题.(1)用导线连接后用导线连接后,电荷怎样移动电荷怎样移动?(2)用导线连接后会有电流用导线连接后会有电流,为什么电流只是短暂的为什么电流只是短暂的?答案答案:因为电荷的定向移动因为电荷的定向移动,B失去电子失去电子,A得到电子得到电子,A、B之间之间的电势差很快消失的电势差很快消失,两导体成为一个等势体两导体成为一个等势体,达到静电平衡达到静电平衡,所所以导线中的电流只是短暂的以导线中的电流只是短暂的.2.若在若在A、B之间加一个装置之间加一个装置P,如图所示如图所示,该装置能在该装置能在B失去电子失去电子的过程中的过程中,不断地从不断地从A取走电子补充给取走电子补充给B,使使A、B始终带一定数始终带一定数量的正、负电荷量的正、负电荷.(1)导线导线H上的电流如何上的电流如何?答案答案:由于由于A、B之间始终存在电势差之间始终存在电势差,导线导线H内存在持续的电流内存在持续的电流.(2)图中装置图中装置P是什么是什么?它有它有什么作用什么作用?答案答案:装置装置P称为电源称为电源,A为电源的正极为电源的正极,B为电源的负极为电源的负极.电源的电源的作用就是把负电荷在电源内部由负极搬运到正极作用就是把负电荷在电源内部由负极搬运到正极,维持电源正维持电源正极和负极之间的电势差极和负极之间的电势差,从而使电路中有持续电流从而使电路中有持续电流.3.电源电源.(1)概念概念:能把电子能把电子从从 搬搬运运到到 的的装置装置.(2)作用作用:维持电路有一定维持电路有一定的的 ,使电路中保使电路中保持持 .正极正极电势差电势差持续的电流持续的电流负极负极知识点二恒定电流知识点二恒定电流1.恒定电场恒定电场.(1)定义定义:由由 的的电荷所产生的稳定的电场电荷所产生的稳定的电场,叫作恒定电场叫作恒定电场.(2)特点特点:任何位置的电荷分布和电场强度都不会任何位置的电荷分布和电场强度都不会随随 变变化化,基基本性质本性质与与 相相同同.(3)适用规律适用规律:在静电场中所讲的电势、电势差及其与电场强度的在静电场中所讲的电势、电势差及其与电场强度的关系同样适用于恒定电场关系同样适用于恒定电场.稳定分布稳定分布时间时间静电场静电场2.如图所示如图所示,导体中的自由电荷能够定向移动形成电流导体中的自由电荷能够定向移动形成电流,其定向其定向移动的原因是什么移动的原因是什么?为什么其平均速率不会发生变化为什么其平均速率不会发生变化?答案答案:自由电荷在恒定电场的作用下做定向运动自由电荷在恒定电场的作用下做定向运动,但在运动过程但在运动过程中与导体内不动的粒子不断碰撞中与导体内不动的粒子不断碰撞,碰撞的结果是大量自由电荷碰撞的结果是大量自由电荷定向运动的平均速率不随时间变化定向运动的平均速率不随时间变化.方向方向强弱强弱电荷量电荷量时间时间安培安培安安毫安毫安微安微安103106正电荷正电荷小试身手小试身手判断下列说法的正误并和同学交流判断下列说法的正误并和同学交流(正确的打正确的打“”,错误的打错误的打“”).).1.必须有电源必须有电源,自由电荷才能在电路中移动自由电荷才能在电路中移动.()2.导体内没有电流导体内没有电流,就说明导体内部的电荷没有运动就说明导体内部的电荷没有运动.()3.恒定电场形成后电路中的电荷不再发生移动恒定电场形成后电路中的电荷不再发生移动.()4.电荷移动的方向就是电流的方向电荷移动的方向就是电流的方向.()5.因为电流既有大小又有方向因为电流既有大小又有方向,所以电流是矢量所以电流是矢量.()6.单位时间内通过导体横截面的电荷量越大单位时间内通过导体横截面的电荷量越大,电流就越电流就越大大.()探究一探究一电流的理解和计算电流的理解和计算问题情境问题情境如图所示如图所示,在装有导电液体的细管中在装有导电液体的细管中,正、负两种电荷向相反的正、负两种电荷向相反的方向运动方向运动,在时间在时间t内通过细管某截面的正电荷的电荷量为内通过细管某截面的正电荷的电荷量为q1,通通过此截面的负电荷的电荷量绝对值为过此截面的负电荷的电荷量绝对值为q2.1.如何确定导电液体中电流的方向如何确定导电液体中电流的方向?答案答案:物理学中规定正电荷定向移动的方向为电流的方向物理学中规定正电荷定向移动的方向为电流的方向.负电荷负电荷定向移动的方向与电流的方向相反定向移动的方向与电流的方向相反.由图可知由图可知,正电荷定向移动所正电荷定向移动所形成的电流方向向右形成的电流方向向右,负电荷定向移动所形成的电流方向也向右负电荷定向移动所形成的电流方向也向右,故导电液体中电流方向为由左向右故导电液体中电流方向为由左向右.2.怎样计算导电液体中电流的大小怎样计算导电液体中电流的大小?3.归纳总结形成持续电流的条件归纳总结形成持续电流的条件.答案答案:导体内有自由移动的电荷导体内有自由移动的电荷;导体两端有稳定的电势差导体两端有稳定的电势差.4.如图所示如图所示,某手机电池上的文字标明该电池容某手机电池上的文字标明该电池容量量为为1 600 mAh,请分析电池的容量指的是什么请分析电池的容量指的是什么?为什么用手机播放视频后为什么用手机播放视频后,手机手机可以使用的时间比待机时间短可以使用的时间比待机时间短?给锂电池充电时给锂电池充电时,带正电的锂离带正电的锂离子向哪个方向移动子向哪个方向移动?静电力做正功还是做负功静电力做正功还是做负功?能量如何转化能量如何转化?答案答案:电池的容量指电池放电过程中能输出的总电荷量电池的容量指电池放电过程中能输出的总电荷量,即即q=It=1.63 600 C=5 760 C.电池容量一定电池容量一定,手机待机时的放手机待机时的放电电流小于使用手机播放视频时的放电电流电电流小于使用手机播放视频时的放电电流,所以用手机播所以用手机播放视频后放视频后,手机可以使用的时间比待机时间短手机可以使用的时间比待机时间短.充电时充电时,带正带正电的锂离子从正极向负极运动电的锂离子从正极向负极运动,静电做正功静电做正功,电能转化为化学电能转化为化学能能.过程建构过程建构1.电源的作用电源的作用.移送电荷移送电荷,维持电源正、负极之间的稳定的电势差维持电源正、负极之间的稳定的电势差,使电路中有持使电路中有持续电流续电流,将其他形式的能转化为电能将其他形式的能转化为电能.2.电流的理解电流的理解.(1)形成持续电流的条件形成持续电流的条件:导体内有自由移动的电荷导体内有自由移动的电荷;导体两端有导体两端有稳定的电势差稳定的电势差.(2)电流虽然有方向电流虽然有方向,但电流的运算不遵循矢量运算法则但电流的运算不遵循矢量运算法则,遵循代数遵循代数运算法则运算法则,所以电流是标量所以电流是标量.【典例【典例1】如图所示】如图所示,电解池内的电解液中有一价正离子和一价电解池内的电解液中有一价正离子和一价负离子负离子,t时间内通过溶液内面积为时间内通过溶液内面积为S的截面的正离子数是的截面的正离子数是n1,负负离子数是离子数是n2,元电荷为元电荷为e,下列说法正确的是下列说法正确的是()答案答案:D学会审题学会审题答案答案:51011探究探究二二电流的微观表达式电流的微观表达式问题情境问题情境如图所示如图所示,AD表示粗细均匀的一段长为表示粗细均匀的一段长为l的导体的导体,导体两端加一导体两端加一定的电压定的电压,导体中的自由电荷沿导体定向移动的速率为导体中的自由电荷沿导体定向移动的速率为v,设导体设导体的横截面积为的横截面积为S,导体单位体积内的自由电荷数为导体单位体积内的自由电荷数为n,每个自由电每个自由电荷的电荷量为荷的电荷量为q.答案答案:导体导体AD中的自由电荷总数中的自由电荷总数N=nlS.总电荷量总电荷量Q=Nq=nlSq.1.导体导体AD中有多少个自由电荷中有多少个自由电荷?总电荷量是多少总电荷量是多少?2.这些电荷全部通过横截面这些电荷全部通过横截面D所需的时间是多少所需的时间是多少?3.导体导体AD中的电流是多大中的电流是多大?4.若把若把“单位体积内的自由电荷数为单位体积内的自由电荷数为n”改为改为“单位长度内的自单位长度内的自由电荷数为由电荷数为n”,其他条件不变其他条件不变,试推导导体试推导导体AD中的电流表达式中的电流表达式.过程建构过程建构1.对电流微观表达式对电流微观表达式I=nqSv的理解的理解.I=nqSv是电流的决定式是电流的决定式,从微观上看从微观上看,电流取决于导体中单位体电流取决于导体中单位体积内的自由电荷数积内的自由电荷数n、每个自由电荷的电荷量、每个自由电荷的电荷量q、电荷定向移、电荷定向移动的速率动的速率v和导体的横截面积和导体的横截面积S.2.导体内三种速率的比较导体内三种速率的比较.比较项比较项电子定向移动的速电子定向移动的速率率电子热运动的速率电子热运动的速率电流传导的速率电流传导的速率物理物理意义意义电流就是由电荷的电流就是由电荷的定向移动形成的定向移动形成的,电电流流I=nqSv,其中其中v就就是自由电荷定向移是自由电荷定向移动的速率动的速率导体中的电子在不导体中的电子在不停地做无规则运动停地做无规则运动,电子向各个方向运电子向各个方向运动的机会相等动的机会相等,电子电子的热运动不能形成的热运动不能形成电流电流等于光速等于光速,闭合开关的闭合开关的瞬间瞬间,电路中各个位置电路中各个位置以光速建立电场以光速建立电场,电路电路中各处的自由电子几中各处的自由电子几乎同时开始做定向移乎同时开始做定向移动动,整个电路也就几乎整个电路也就几乎同时形成了电流同时形成了电流大小大小约约10-4 m/s约约105 m/s3108 m/s【典例【典例3】如如图图为一根粗细均匀的橡胶棒为一根粗细均匀的橡胶棒,其横截面积为其横截面积为S.由于与由于与毛皮发生摩擦毛皮发生摩擦,橡胶棒表面均匀带负电荷橡胶棒表面均匀带负电荷,若已知该橡胶棒单位长若已知该橡胶棒单位长度上的电荷量为度上的电荷量为q,则当该棒沿轴线方向做速度为则当该棒沿轴线方向做速度为v的匀速直线运的匀速直线运动时动时,形成的等效电流为形成的等效电流为()答案答案:A【典例【典例4】导线中的电流是】导线中的电流是10-8 A,导线的横截面积为导线的横截面积为1 mm2.(1)在在1 s内内,有多少个电子通过导线的横截面有多少个电子通过导线的横截面?已知元电荷已知元电荷e=1.610-19 C.(2)设导体每立方米内有设导体每立方米内有8.51028个自由电子个自由电子,则自由电子定向则自由电子定向移动的平均速率是多大移动的平均速率是多大?答案答案:(1)6.251010(2)7.410-13 m/s使用公式使用公式I I=nqSvnqSv时应注意的几点时应注意的几点(1)各个物理量都要用国际单位各个物理量都要用国际单位.(2)正确理解各符号的意义正确理解各符号的意义,n表示导体单位体积内的自由电荷表示导体单位体积内的自由电荷数数,v表示自由电荷定向移动的速率表示自由电荷定向移动的速率.(3)若已知单位长度的导体中的自由电荷数为若已知单位长度的导体中的自由电荷数为n,则电流的微观则电流的微观表达式为表达式为I=nqv.课堂评价课堂评价答案答案:B1.下列关于电源的说法正确的是下列关于电源的说法正确的是()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,从从而保持两极之间稳定的电势差而保持两极之间稳定的电势差B.电源的作用是在电源内部把电子由正极不断地搬运到负极电源的作用是在电源内部把电子由正极不断地搬运到负极,从从而保持两极之间稳定的电势差而