大學(xué)物理學(xué)電子教案

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1、大學(xué)物理學(xué)電子教案武警學(xué)院教學(xué)課件電流、歐姆定律和電動(dòng)勢(shì)10-1電流電流密度10-2電阻率歐姆定律的微分形式10-3電源電動(dòng)勢(shì)10-4全電路歐姆定律復(fù)習(xí)靜電場(chǎng)的能量能量密度靜電場(chǎng)中的導(dǎo)體處于靜電平衡時(shí)，其內(nèi)部的場(chǎng)強(qiáng)為零，內(nèi)部沒(méi)有電荷作定向的宏觀運(yùn)動(dòng)。如果把導(dǎo)體接在電源的兩極上，則導(dǎo)體內(nèi)任意兩點(diǎn)之間將維持恒定的電勢(shì)差，在導(dǎo)體內(nèi)維持一個(gè)電場(chǎng)，導(dǎo)體內(nèi)的電荷在電場(chǎng)力的作用下作宏觀的定向運(yùn)動(dòng)，形成電流。第十章恒定電流Uv10-1電流電流密度一、電流1、形成電流的條件在導(dǎo)體內(nèi)有可以自由移動(dòng)的電荷（載流子）在半導(dǎo)體中是電

2、子或空穴在金屬中是電子在電解質(zhì)溶液中是離子在導(dǎo)體內(nèi)要維持一個(gè)電場(chǎng)，或者說(shuō)在導(dǎo)體兩端要存在有電勢(shì)差2、電流的方向SI正電荷移動(dòng)的方向定義為電流的方向電流的方向與自由電子移動(dòng)的方向是相反的。3、電流強(qiáng)度單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)任一截面的電量，叫做電流強(qiáng)度是表示電流強(qiáng)弱的物理量，是標(biāo)量，用I表示。單位：庫(kù)侖/秒=安培國(guó)際單位制基本量毫安（mA）、微安（?A）4、電流強(qiáng)度與電子漂移速度的關(guān)系n——導(dǎo)體中自由電子的數(shù)密度e——電子的電量vd——假定每個(gè)電子的漂移速度在時(shí)間間隔dt內(nèi)，長(zhǎng)為dl=vddt、橫截面積為S的圓柱體內(nèi)的

3、自由電子都要通過(guò)橫截面積S，所以此圓柱體內(nèi)的自由電子數(shù)為nSvddt，電量為dq=neSvddt通過(guò)此導(dǎo)體的電流強(qiáng)度為1、引入電流密度的必要性：描述電流分布的物理量——電流密度。2、定義：電流密度矢量的方向?yàn)榭臻g某點(diǎn)處正電荷的運(yùn)動(dòng)方向,它的大小等于單位時(shí)間內(nèi)該點(diǎn)附近垂直與電荷運(yùn)動(dòng)方向的單位截面上所通過(guò)的電量。二、電流密度電流密度與電荷運(yùn)動(dòng)速度的關(guān)系設(shè)q>0vdtP3、電流強(qiáng)度與電流密度的關(guān)系通過(guò)任意截面的電流4、電流線在導(dǎo)體中引入的一種形象化的曲線，用于表示電流的分布規(guī)定：曲線上每一點(diǎn)的切線方向與該點(diǎn)的電流

4、密度方向相同；而任一點(diǎn)的曲線數(shù)密度與該點(diǎn)的電流密度的大小成正比三、電流的連續(xù)性方程恒定電流條件根據(jù)電荷守恒定律，在單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)閉合曲面向外流出的電荷，等于此閉合曲面內(nèi)單位時(shí)間所減少的電荷1、電流的連續(xù)性方程對(duì)于任意一個(gè)閉合曲面，在單位時(shí)間內(nèi)從閉合曲面向外流出的電荷，即通過(guò)閉合曲面向外的總電流為電流的連續(xù)性：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過(guò)閉合曲面向外流出的電荷等于此時(shí)間內(nèi)閉合曲面里電荷的減少。電流連續(xù)性方程2、恒定電流條件電荷不隨時(shí)間變化電流線連續(xù)地穿過(guò)閉合曲面包圍的體積，穩(wěn)恒電流的電流線不可能在任何地方中斷，永遠(yuǎn)是連續(xù)的

5、曲線。當(dāng)導(dǎo)體中任意閉合曲面滿足上式時(shí)，閉合曲面內(nèi)沒(méi)有電荷被積累起來(lái)，此時(shí)通過(guò)導(dǎo)體截面的電流是恒定的——恒定電流的條件。1.穩(wěn)恒電流的電路必須是閉合的。2.導(dǎo)體表面電流密度矢量無(wú)法向分量。當(dāng)導(dǎo)體兩端有電勢(shì)差時(shí)，導(dǎo)體中就有電流通過(guò)一段導(dǎo)體中的電流I與其兩端的電勢(shì)差U(=V1-V2)成正比——一段均勻電路的歐姆定律歐姆定律對(duì)金屬或電解液成立對(duì)于半導(dǎo)體、氣體等不成立，對(duì)于一段含源的電路也不成立G——電導(dǎo)（S西門子）R=1/G——電阻（Ω歐姆）1、歐姆定律URI+_10-2電阻率歐姆定律的微分形式一、電阻率歐姆（Ge

6、orgSimomOhm，1787-1854）德國(guó)物理學(xué)家，他從1825年開始研究導(dǎo)電學(xué)問(wèn)題，他利用電流的磁效應(yīng)來(lái)測(cè)定通過(guò)導(dǎo)線的電流，并采用驗(yàn)電器來(lái)測(cè)定電勢(shì)差，在1827年發(fā)現(xiàn)了以他名字命名的歐姆定律。電流和電阻這兩個(gè)術(shù)語(yǔ)也是由歐姆提出的。2、電阻定律對(duì)于粗細(xì)均勻的導(dǎo)體，當(dāng)導(dǎo)體的材料與溫度一定時(shí)，導(dǎo)體的電阻與它的長(zhǎng)度l成正比，與它的橫截面積S成反比r：電阻率g=1/r：電導(dǎo)率3、電阻與溫度的關(guān)系a叫作電阻的溫度系數(shù)，單位為K-1，與導(dǎo)體的材料有關(guān)。電阻率的數(shù)量級(jí)：純金屬：10-8W.m合金：10-6W.m半導(dǎo)

7、體：10-5~10-6W.m絕緣體：108~1017W.m4、應(yīng)用：r小——用來(lái)作導(dǎo)線r大——用來(lái)作電阻絲a小——制造電工儀表和標(biāo)準(zhǔn)電阻a大——金屬電阻溫度計(jì)二、超導(dǎo)體2、超導(dǎo)現(xiàn)象的幾個(gè)概念：有些金屬在某些溫度下，其電阻會(huì)突變?yōu)榱?。這個(gè)溫度稱為超導(dǎo)的轉(zhuǎn)變溫度，上述現(xiàn)象稱為超導(dǎo)現(xiàn)象。在一定溫度下能產(chǎn)生零電阻現(xiàn)象的物質(zhì)稱為超導(dǎo)體。1、超導(dǎo)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)體最早是由荷蘭物理學(xué)家昂尼斯于1911年發(fā)現(xiàn)的。他利用液態(tài)氦的低溫條件，測(cè)定在低溫下電阻隨溫度的變化關(guān)系，觀察到汞在4.2K附近時(shí)，電阻突然減少到零，變成了超導(dǎo)體

8、。在低溫物理作出的杰出貢獻(xiàn)，獲得1913年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。迄今為止，已發(fā)現(xiàn)28種金屬元素（地球的常態(tài)下）以及合金和化合物具有超導(dǎo)電性。還有一些元素只高壓下具有超導(dǎo)電性。提高超導(dǎo)臨界溫度是推廣應(yīng)用的重要關(guān)鍵之一。超導(dǎo)的特性及應(yīng)用有著廣闊的前景。三、歐姆定律的微分形式在導(dǎo)體中取一長(zhǎng)為dl、橫截面積為dS的小圓柱體，圓柱體的軸線與電流流向平行。設(shè)小圓柱體兩端面上的電勢(shì)為V和V+dV。根據(jù)歐姆定律，通過(guò)截面dS的電流為d