電源和電流-教材

2.1電源和電流2.1電源和電流第二章恒定電流回顧：電流是怎樣形成的？電流是由電荷的定向移動(dòng)而形成的。要形成電流，必須滿足什么條件？

既然電流是由電荷的定向移動(dòng)而形成的，所以，要形成電流，首先必須要有能夠自由移動(dòng)的電荷——自由電荷。

不過，有了自由電荷，并不一定就能形成電流！

一般的導(dǎo)體內(nèi)都有大量的自由電荷（自由電子），但當(dāng)導(dǎo)體兩端沒有加上電壓時(shí)，自由電子只能在各自的平衡位置附近做雜亂無章的熱運(yùn)動(dòng)，從宏觀上看，電荷的熱運(yùn)動(dòng)，不能形成電流． 一旦在導(dǎo)體兩端加上一個(gè)電壓，導(dǎo)體內(nèi)部就會(huì)形成一個(gè)電場，導(dǎo)體內(nèi)部的自由電子將會(huì)受到一個(gè)與場強(qiáng)方向相反的電場力作用而發(fā)生定向移動(dòng)，從而形成電流?？梢?，要形成電流，導(dǎo)體兩端還必須有電勢差。+-U討論： 如圖所示，A、B為兩個(gè)帶等量異種電荷的金屬球，若用導(dǎo)線將兩個(gè)球連接起來，導(dǎo)線兩端是否有電壓？導(dǎo)線中是否有電流流過？A++++++++_B_______ 有！導(dǎo)線與AB連接后，導(dǎo)線中的電場方向由A-B，導(dǎo)線中的自由電子所受電場力的方向與場強(qiáng)方向相反，自由電子在電場力作用下將由B向A移動(dòng)，從而形成電流，但是，隨著自由電子由B向A移動(dòng)，A吸收自由電子，電勢降低，B失去電子電勢升高，最終，AB的電勢達(dá)到相等，A、導(dǎo)線、B將成為一個(gè)等勢體，內(nèi)部場強(qiáng)處處為0，電子因不再受電場力作用而停止定向移動(dòng)，電流消失。故這種情況下，導(dǎo)線中只有瞬時(shí)電流流過！-A++++++++_B_______-BA等勢體討論：

怎樣才能使上述導(dǎo)線中有持續(xù)的，恒定不變的電流流過？-A++++++++_B_______導(dǎo)體中產(chǎn)生電流的條件:水流AB連通器水勢A水勢B電流的形成-A++++++++_B_______導(dǎo)體中產(chǎn)生電流的條件:抽水機(jī)水流AB連通器水勢A水勢B電流的形成導(dǎo)體兩端存在電勢差A(yù)B連通器水勢A水勢B抽水機(jī)水流--P-+A+++++++___B_____--1.能把電子從A搬運(yùn)到B的裝置。2.作用:保持導(dǎo)體兩端的電勢差(電壓)，使電路有持續(xù)的電流。正極負(fù)極電源相當(dāng)于抽水機(jī)

裝置P能夠把自由電子從A搬運(yùn)到B，它就是我們通常所講的電源?？梢?，電源在閉合電路中的作用就是：不斷地把從電源負(fù)極經(jīng)過外電路流到電源正極的自由電子及時(shí)通過電源內(nèi)部搬運(yùn)回電源負(fù)極，從而使導(dǎo)線兩端或使電源兩極間維持穩(wěn)定不變的電壓，使電路中有持續(xù)的，穩(wěn)定不變的電流流過。這個(gè)裝置就是電源。A、B就是電源的兩個(gè)極。 在有電源的電路中,導(dǎo)線內(nèi)部的電場又有何特點(diǎn)?討論:

導(dǎo)線內(nèi)的電場，是由電源、導(dǎo)線等電路元件所積累的電荷共同形成的。盡管這些電荷也在運(yùn)動(dòng)，但有的流走了，另外的又來補(bǔ)充，所以電荷的分布是穩(wěn)定的，電場的分布也不隨時(shí)間的變化而變化——這種由穩(wěn)定分布的電荷產(chǎn)生的穩(wěn)定不變的電場稱為恒定電場.恒定電場的電場強(qiáng)度不變導(dǎo)體中的自由電子在恒定不變的電場力作用下本應(yīng)該做勻加速運(yùn)動(dòng)，速度本應(yīng)該不斷增加，但自由電子在運(yùn)動(dòng)過程中會(huì)與導(dǎo)體中靜止不動(dòng)的粒子碰撞而減速，故自由電子定向移動(dòng)的平均速率會(huì)保持不變。如果在電路中串連一個(gè)電流表,電流表讀數(shù)不會(huì)變電路中電流的大小和方向不變這種大小和方向不隨時(shí)間變化的電流，叫做恒定電流，這一章我們研究的就是恒定電流 不同的恒定電流，電流的強(qiáng)弱會(huì)不同，即在相同的時(shí)間內(nèi)，通過導(dǎo)體某一橫側(cè)面積的電荷量不同，在相同的時(shí)間內(nèi)，通過導(dǎo)體某一橫側(cè)面積的電荷量越多，我們就說電流越強(qiáng)，故在物理學(xué)中，電流的強(qiáng)弱可以用通過導(dǎo)體某一橫側(cè)面積的電量和通過這一電量所用時(shí)間的比值來表示，這個(gè)比值我們稱之為電流強(qiáng)度。五、電流強(qiáng)度（1）定義：通過導(dǎo)體某一橫截面積的電荷量q跟通過這些電荷量所用的時(shí)間t的比值叫~（2）定義式： I=q/t（3）單位：是物理學(xué)中七個(gè)基本單位之一，在國際單位制中，電流的單位是安培，符號(hào)是A．常用單位有毫安（mA）、微安（

A）．

1A＝103mA＝106

A（4）電流是標(biāo)量．它的運(yùn)算不遵循平行四邊形定則，但習(xí)慣上規(guī)定電流的方向與正電荷定向移動(dòng)的方向相同，在金屬導(dǎo)體中，電流方向與自由電荷（電子）的定向移動(dòng)方向相反；在電解液中，電流方向與正離子定向移動(dòng)方向相同，與負(fù)離子定向移動(dòng)方向相反．在外電路中電流方向由電源正極到負(fù)極，在電源內(nèi)部電流方向由電源負(fù)極到正極。（5）物理意義：表示電流強(qiáng)弱和方向的物理量。六、對(duì)I=q/t的理解要注意：

①I=q/t為電流強(qiáng)度的定義式，對(duì)任何情況都適用。 ②電流強(qiáng)度由電路狀態(tài)所決定，與q、t均無關(guān)！ 例1、在金屬導(dǎo)體中，若10s內(nèi)通過某一橫截面的電量為10C，問導(dǎo)體中的電流為多大？

解：根據(jù)電流的定義式得到通過導(dǎo)體的電流為1A．例4、一段粗細(xì)均勻的導(dǎo)體長為l,兩端加一定的電壓，自由電荷定向移動(dòng)的速率為v,設(shè)導(dǎo)體的橫截面積為s，導(dǎo)體每單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)為n，每個(gè)自由電荷量為q。設(shè)想在導(dǎo)體中取兩個(gè)橫截面B和C，則在時(shí)間t內(nèi)處于相距為vt的兩截面B、C間的所有自由電荷將通過截面C．BCSvvtqqqq導(dǎo)體中的電流與導(dǎo)體中單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)、每個(gè)自由電荷的電量、導(dǎo)體的橫截面積和自由電荷定向運(yùn)動(dòng)速率四個(gè)量成正比。三、電流強(qiáng)度的計(jì)算方法：①只有一種電荷定向移動(dòng)而形成電流時(shí)。用I=q/t計(jì)算。②有正負(fù)電荷沿相反方向定向移動(dòng)而形成電流時(shí)，用I=(|q+|+|q-|)/t計(jì)算。③當(dāng)有粒子流定向移動(dòng)而形成電流時(shí)，從微觀入手，用I=nqsv來計(jì)算（n為電荷體密度，S為導(dǎo)體橫截面積，v為電荷定向移動(dòng)速率）④已知導(dǎo)體的電阻及加在導(dǎo)體兩端的電壓時(shí)，流過導(dǎo)體的電流用歐姆定律I=U/R來計(jì)算?？偨Y(jié):例5:有一條橫截面積S=1mm2的銅導(dǎo)線,通過的電流I=1A,已知銅的密度ρ=8.9×103kg/m3,銅的摩爾質(zhì)量M=6.4×10-2kg/mol,阿伏加德羅常數(shù)NA=6.02×1023mol-1,電子的電量e=-1.6×10-19C,求銅導(dǎo)線中自由電子定向移動(dòng)的速率.（可認(rèn)為銅導(dǎo)線中平均每個(gè)銅原子貢獻(xiàn)一個(gè)自由電子.）vtvsv思考題如果認(rèn)為電子的定向運(yùn)動(dòng)速率就是電流的傳導(dǎo)速率，和我們的生活經(jīng)驗(yàn)是否相符？怎樣解釋？電子定向移動(dòng)的速率約10-5m/s，電子熱運(yùn)動(dòng)的平均速率105m/s電場的傳導(dǎo)速率3×108m/s.你知道嗎？1手電筒中小燈泡的工作電流是0.25A。2電子手表工作時(shí)，液晶顯示屏的電流為0.2μA左右。3彩色電視機(jī)工作