高中物理奥赛辅导参考资料之08恒定电场省名师优质课赛课获奖课件市赛课一等奖课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。感谢,恒定电场,恒定电场,恒定电场,第八章,steady electric field,chapter 8,1/25,本章内容,本章内容,Contents,chapter 8,恒定电流与电动势,电流密度,current density,steady current and electromotive force,2/25,引言,引言,导体静电平衡,O,E,内,等 势 体,A,B,+,A,B,自由电子定向漂移,直流电路中的金属导体,A,B,V,V,非等势体,习惯上用正电荷从高电势向低电势移动的方向定为电流的流向,s,I,时间通过截面,t,s,q,的电量为,电流强度,I,q,t,若导体不均匀，怎样描述其中的电流分布情况？,在电流恒定的导体中，存在什么样的电场？,导体的电势差是靠什么力产生和维持的？,3/25,第一节电流密度,电流密度,s,s,s,s,8.1,current density,q,I,I,d,I,d,P,O,j,O,j,运动方向的,运动方向的,单位矢量,单位矢量,n,n,单位矢量,单位矢量,法线的,d,s,d,s,法线的,0,d,s,0,d,s,I,d,I,d,垂直通过的面元,垂直通过的面元,d,s,d,s,任意面元,任意面元,定义,点处的电流密度矢量,P,j,0,d,s,I,d,O,j,大小：,j,0,d,s,I,d,q,cos,d,s,I,d,方向：,O,j,方向,通过某面积 的电流强度,s,d,s,I,s,I,d,s,j,q,cos,s,j,d,s,I,d,q,cos,d,s,j,j,d,s,电流密度,4/25,例题,例,已知,I,均匀铜线,.,e,n,d,2,m,m,7,6,A,电子电量绝对值,1,.,6,1,0,1,9,C,单位体积中含自由电子个数,8,.,4,1,0,2,8,m,3,求,j,电流密度大小 ；,自由电子定向漂移速率平均值,v,解法提要,d,2,4,1,s,j,I,I,p,(,),2,2,4,2,1,0,A,.,m,2,v,I,s,n,e,j,n,e,I,v,e,n,s,因,则,q,t,1,.,8,1,0,4,m,s,以后将会知道，电源一旦接通，作用于自由电荷的电场是以光速传播的，,但自由电子的定向漂移速率是非常小的。,甚至比其热运动平均速率（约10 ）小得多。,5,m,s,5/25,微分式欧姆定律,微分形式的欧姆定律,j,j,0,d,s,I,d,I,d,0,d,s,0,d,s,j,j,d,l,d,l,0,d,s,0,d,s,V,V,d,V,E,电流密度,分布,电流密度,分布,任取一段微流管,任取一段微流管,微流管中导体的,电阻率为,r,微流管中导体的,电阻率为,r,对微流管中的导体应用,欧姆定律（I=U/R）,V,0,d,s,d,I,l,r,(,),V,d,V,(,),d,d,I,0,d,s,r,1,(,),d,V,l,d,j,称电导率,r,1,g,E,E,j,g,得,E,j,g,矢量式,称微分形式的欧姆定律,与使自由电子作,j,定向漂移的,有何关系？,电场,E,6/25,定律浅释,E,j,g,的微观机理浅释,载流金属导体中的自由电子,同时参与,两种运动,无规热运动,E,引起的定向漂移,v,i,热,各向大小概率均等，,矢量统计平均值为零,i,a,漂,F,m,e,m,E,设与晶格某两次碰撞,相隔的时间为,t,i,该段时间中平均速度,v,i,漂,i,a,漂,t,i,2,e,m,E,2,t,i,晶格（原子核与各内层电子组成的振动原子实）,E,v,i,热,i,a,漂,e,m,第 个自由电子,i,7/25,续6,E,j,g,的微观机理浅释,载流金属导体中的自由电子,同时参与,两种运动,无规热运动,E,引起的定向漂移,v,i,热,各向大小概率均等，,矢量统计平均值为零,i,a,漂,F,m,e,m,E,设与晶格某两次碰撞,相隔的时间为,t,i,该段时间中平均速度,v,i,漂,i,a,漂,t,i,2,e,m,E,2,t,i,晶格（原子核与各内层电子组成的振动原子实）,E,v,i,热,i,a,漂,e,m,第 个自由电子,i,该电子的合速度,v,i,v,i,热,v,i,漂,v,i,热,e,m,E,2,t,i,0,每单位体积中有 个，产生电流密度,n,j,v,i,e,S,n,(,),1,v,i,热,E,2,e,m,2,t,i,S,n,e,1,S,n,1,n,n,t,i,S,n,1,),),平均时间,t,得,j,E,e,m,2,t,2,n,(,),g,E,j,g,的单位：,西门子（S）,欧姆 米（）,或,m,1,W,1,1,1,1,8/25,第二节恒定电流,恒定电流与电动势,s,s,s,s,8.2,steady current and electromotive force,一、电流的连续性方程,n,任意封闭曲面,s,法线一致向外,j,j,j,j,每秒从 内向外流出的电荷量,s,d,Q,t,d,j,I,s,s,d,s,内的电荷,每秒减少量,d,Q,t,d,i,电流的连续性方程：,j,s,s,d,d,Q,t,d,i,电荷守恒,d,Q,t,d,d,Q,t,d,i,恒定电流与电动势,9/25,恒定电流,二、恒定电流,电路中各点电流密度 的方向和大小都不随时间变化,的电流，称为恒定电流（又称稳恒电流）,j,不随时间变化,s,s,d,j,0,即任意时刻，流进任意封闭面的电量，与流出该封闭面的电量相等,这是恒定电流的条件,若导体载的是恒定电流，导体内各处的电荷分布，不随时间变化，,任意封闭面内的电量不随时间变化，,d,Q,t,d,i,0,（动平衡）,10/25,恒定电场,三、恒定电场,恒定电场是存在于恒定电流通过的导体内部和导体外部的电场。,恒定电场的的空间分布不随时间变化,d,O,E,l,l,s,s,j,d,O,g,E,j,导体内部的恒定电场 与电流密度 分布,j,存在下述主要性质及相互关系,E,11/25,性质比较,恒定电场与静电场的异同,同,d,E,l,l,O,宏观电荷空间分布,电场 分布,E,不随时间变化,s,s,d,E,e,0,i,S,q,满足,满足,可引入电势概念,恒定电场,静 电 场,异,j,O,j,O,O,E,导体内,V,常量,O,E,导体内,V,常量,维持电场需耗能,维持电场不需耗能,12/25,随堂练习,一铜棒长,2m,，两端电压,50mv,，设铜棒电阻率,随堂练习,电流密度,j,已知,求,r,1.6,10,8,m,欲求,j,，,宜先用欧姆定律求电阻.设棒横截面积为,S,，,解法,提要,l,r,R,S,I,U,电流,R,r,l,S,U,电阻,j,电流密度,I,S,r,l,U,1.6,10,8,2,50,10,3,1.56,10,6,A,m,-,2,13/25,例,d,+,+,例,已知,导电橡胶电阻率,r,U,外加电压,求,解法提要：,导,电,橡,胶,总电阻,d,r,R,d,R,R,1,2,R,r,r,2,p,d,r,2,p,d,ln,2,R,R,1,总电流,I,U,R,r,处的电流密度,j,I,r,2,p,d,U,r,r,ln,(,),2,R,R,1,r,R,1,2,R,处的,电流密度大小,恒定场强大小,处的恒定场强,r,g,E,j,j,r,U,r,ln,(,),2,R,R,1,r,r,r,d,r,d,2,R,2,R,1,R,1,R,+,+,14/25,电动势,四、电 动 势,1、只靠静电力不能维持恒定电流,O,i,t,电流,时间,独立的带电电容器,只在静电力作用下通过外路放电,放电电流不能维持恒定,15/25,非静电力,A,B,电源,2、要有外来非静电力才能维持恒定电流,e,F,静电力,e,F,F,K,q,电源中：,单位正电荷受的非静电力,单位正电荷受的静电力,q,F,K,E,K,e,q,F,E,e,电源与外路接通，处于正常工作状态时,E,K,为常数,E,e,E,K,且,A、B间保持恒定的电势差，,电路中的电流保持稳定。,外来,非静电力,F,K,（如电解液与极板,物质的化学作用）,16/25,电源电动势,3、电源的电动势,电动势,描述电源中非静电力做功的本领（反映电源将其它形式的能转变成电能的本领）。,+,A,B,+,q,E,K,F,K,F,K,q,电 源,化学电池（化学作用）,光电池（光电效应）,发电机（磁场对运动电荷的作用）,等,定义：,电源的,电动势,B,(,),A,(,),内路,E,K,d,l,非静电力将单位正电荷,从负极经电源内部,移到正极所做的功,17/25,续15,3、电源的电动势,电动势,描述电源中非静电力做功的本领（反映电源将其它形式的能转变成电能的本领）。,+,A,B,+,q,E,K,F,K,F,K,q,电 源,化学电池（化学作用）,光电池（光电效应）,发电机（磁场对运动电荷的作用）,等,定义：,电源的,电动势,B,(,),A,(,),内路,E,K,d,l,非静电力将单位正电荷,从负极经电源内部,移到正极所做的功,电动势是标量。习惯规定经电源内由负极指向正极为正。,电源电动势大小由电源本身,性质决定，与外电路无关。,几种化学电池的电动势,名 称,电动势（伏）,铁镍,蓄电池,1.1 1.4,1.2,镍氢化物可充干电池,蓄电池,锌银,1.5,干电池,锌锰,蓄电池,铅,锂锰电池,3.0,3.65,锂亚硫酰氯电池,镍镉,蓄电池,1.2,1.5 1.6,1.9 2.0,18/25,续16,描述电源中非静电力做功的本领（反映电源将其它形式的能转变成电能的本领）。,+,A,B,+,q,E,K,F,K,F,K,q,电 源,化学电池（化学作用）,光电池（光电效应）,发电机（磁场对运动电荷的作用）,等,定义：,电源的,电动势,B,(,),A,(,),内路,E,K,d,l,非静电力将单位正电荷,从负极经电源内部,移到正极所做的功,电动势是标量。习惯规定经电源内由负极指向正极为正。,电源电动势大小由电源本身,性质决定，与外电路无关。,几种化学电池的电动势,名 称,电动势（伏）,铁镍,蓄电池,1.1 1.4,1.2,镍氢化物可充干电池,蓄电池,锌银,1.5,干电池,锌锰,蓄电池,铅,锂锰电池,3.0,3.65,锂亚硫酰氯电池,镍镉,蓄电池,1.2,1.5 1.6,1.9 2.0,3、电源的电动势,电动势,若在一闭合回路上到处连续分布着某种形式的电源的非静电力作用,（无法区分内路或外路），,则电源电动势用闭合回路积分概念定义。,s,N,v,l,l,绕闭合回路,移动一周,19/25,随堂小议,（2）将单位正电荷从电源内部正极移动到负极时静电场力做功,（3）将单位正电荷绕闭合回路移动一周时非静电场力做功,（4）以上说法都不是,（1）电源两端电势差；,关于电动势概念，以下说法正确是,请在放映状态下点击你认为是正确答案,随堂小议,结束选择,20/25,小议链接1,（2）将单位正电荷从电源内部正极移动到负极时静电场力做功,（3）将单位正电荷绕闭合回路移动一周时非静电场力做功,（4）以上说法都不是,（1）电源两端电势差；,关于电动势概念，以下说法正确是,请在放映状态下点击你认为是正确答案,随堂小议,结束选择,21/25,链接2,（2）将单位正电荷从电源内部正极移动到负极时静电场力做功,（3）将单位正电荷绕闭合回路移动一周时非静电场力做功,（4）以上说法都不是,（1）电源两端电势差；,关于电动势概念，以下说法正确是,请在放映状态下点击你认为是正确答案,随堂小议,结束选择,22/25,链接3,（2）将单位正电荷从电源内部正极移动到负极时静电场力做功,（3）将单位正电荷绕闭合回路移动一周时非静电场力做功,（4）以上说法都不是,（1）电源两端电势差；,关于电动势概念，以下说法正确是,请在放映状态下点击你认为是正确答案,随堂小议,结束选择,23/25,链接4,（2）将单位正电荷从电源内部正极移动到负极时静电场力做功,（3）将单位正电荷绕闭合回路移动一周时非静电场力做功,（4）以上说法都不是,（1）电源两端电势差；,关于电动势概念，以下说法正确是,请在放映状态下点击你认为是正确答案,随堂小议,结束选择,24/25,作业,HOME WORK,8-5,8-8,25/25,