第二章 恒定电流 2.1 电源和电流 邵东一中 曾利明

电闪雷鸣时,强大的电流使天空发出耀眼的闪光,但它只能存在于一瞬间,而手电筒中的小灯泡却能持续发光,这是为什么?

一、电流的形成 1、电流：电荷的定向移动形成电流 　电荷的热运动，从宏观上看，不能形成电流． 金属导体——自由电子 电 解 液——正、负离子

导体中产生电流的条件: B A 导体中自由电子的定向移动使两个带电体成为等势体，达到静电平衡，导线R中会产生一个瞬时电流 - - B A _ + B _ A B 连通器 水势A 水势B 导体中自由电子的定向移动使两个带电体成为等势体，达到静电平衡，导线R中会产生一个瞬时电流 水流

导体中产生电流的条件: 导体两端存在电势差 B A 导体中自由电子的定向移动使两个带电体成为等势体，达到静电平衡，导线R中会产生一个瞬时电流 - - B A _ A + B _ A B 连通器 水势A 水势B 抽水机 导体中自由电子的定向移动使两个带电体成为等势体，达到静电平衡，导线R中会产生一个瞬时电流 水流

2、电流的形成条件： （1）存在自由电荷 金属导体——自由电子 电 解 液——正、负离子 （2）导体两端存在电压 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

二、电源 1、电源：能把自由电子从正极搬到负极的装置 是一种把其它形式的能转化为电能的设备 2、作用：保持导体两端的电势差(电压) 使导体中有持续的电流. - + A _ B P A B 连通器 水势A 水势B 抽水机 水流 拓展:电源P把电子从A搬运到B的过程中,电子的电势能如何变化?从能量的角度看发挥了怎样的作用？

思考 导线中电子为什么能从电源的负极 沿导线定向移到正极? 在有电源的电路中, 导线内部的电场又有何特点?

导线中的电场 假设在电源正、负极之间连一根导线 _ _ + _ + + A _ B _ + + _ _ _ + + + - P - N E0 M N E0 Fn Ft 假设在电源正、负极之间连一根导线 F _ _ + _ + + A _ B _ + + _ _ _ + + + - P -

导线中的电场 假设在电源正、负极之间连一根导线 导线内很快形成沿导线方向的电场 导体内的电场线保持和导线平行 _ _ + _ + + A _ Ft N 假设在电源正、负极之间连一根导线 F Fn M E0 M N E0 E0 E′ _ _ + _ + + A _ B _ + + _ _ M N E 导线内很快形成沿导线方向的电场 _ + + + - P - 导体内的电场线保持和导线平行

三、恒定电场 由稳定分布的电荷产生的稳定的电场称为恒定电场. 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——恒定电场 - + A _ B P 由稳定分布的电荷产生的稳定的电场称为恒定电场.

四、恒定电流 由于恒定电场的作用,导体中自由电荷定向运动的速率增加;而在运动过程中会与导体内不动的粒子碰撞从而减速,因此自由电荷定向运动的平均速率不随时间变化.如果我们在这个电路中串联一个电流表,电流表的读数保持恒定. 大小方向都不随时间变化的电流称为恒定电流

恒定电场 电场强度不变 自由电子定向运动的 平均速率不变 串一个电流表,读数不会变 恒定电流

五、电流 表示电流的强弱程度 1、定义:通过导体横截面的电量q跟通过这些电量所用时间t的比值叫做电流 2、定义式:I= q / t 3、单位:国际单位 安培(A) 1A=1C/s 常用单位：毫安（mA）、微安（μA） 4、方向:正电荷定向移动的方向 注意：电流是标量 它的运算不遵循平行四边形定则

课堂练习 1、在金属导体中，若10s内通过横截面的电量为10C，则导体中的电流为________A 解： q=It=1.6c n=q/e=1.6/1.6x10-19=1019个

讨论 在t时间内 q s 负电荷向右通过横截面S 正电荷向左通过横截面S 通过横截面S的等效电流I=？

课堂练习 3、某电解槽横截面积为0.5m2，若10s内沿相反方向通过横截面的正负离子的电量均为10C，则电解液中的电流为_______A

注意： （1）适用于任何电荷的定向移动形成的电流。 （2）在金属导体中，电流方向与自由电荷（电子）的定向移动方向相反； （3）在电解液中，电流方向与正离子定向移动方向相同，与负离子走向移动方向相反．导电时，是正负离子向相反方向定向移动形成电流，电量q表示通过截面的正、负离子电量绝对值之和。

理论探究：决定电流大小的微观量 在加有电压的一段粗细均匀的导体AD上选取两个截面B和C，设导体的横截面积为S．导体每单位体积内的自由电荷数为n，每个电荷的电荷量为q，电荷的定向移动速率为v 则在时间t 内处于相距为 vt 的两截面B、C间的所有自由电荷将通过截面C ．

知： S为导线的横截面积 n为单位体积内自由电荷的个数 q为每个自由电荷的电荷量 v为自由电荷的定向移动速率 求：通过导体的电流I? 解：在时间t内通过导体 某截面的电量为: Q=(vts)nq 所形成的电流为: I=Q/t=nqSV

课堂练习 4、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.

三个速率 电子定向移动的速率约 10-5 m/s， 电子热运动的平均速率 10 5 m/s， 电场的传播速率 3×10 8 m/s. 思考：如果认为电子的定向运动速率就是电流的传导速率，和我们的生活经验是否相符？怎样解释？ 三个速率 电子定向移动的速率约 10-5 m/s， 电子热运动的平均速率 10 5 m/s， 电场的传播速率 3×10 8 m/s.

小结 2.1 电源和电流 1、电流的形成条件： （1）存在自由电荷;（2）存在电压. 2、电源:把自由电子从正极搬到负极的装置. 电源的作用：提供持续的电压. 3、恒定电场:由稳定分布的电荷产生稳定的电场. 4、恒定电流:大小方向都不变的电流. 5、电流:表示电流的强弱程度的物理量. （1）定义式 I=q / t （2）决定式 n为单位体积内自由电荷个数 S为导体横截面积 v为自由电荷定向移动速率 q为每个自由电荷的电量

课堂练习 C 5、关于电流的方向，下列叙述中正确的是 A．金属导体中电流的方向就是自由电子定向移动的方向 B．在电解质溶液中有自由的正离子和负离子，电流方向不能确定 C．不论何种导体，电流的方向规定为正电荷定向移动的方向 D．电流的方向有时与正电荷定向移动的方向相同，有时与负电荷定向移动的方向相同

课堂练习 6、某电解质溶液，如果在1 s内共有5.0×1018个二价正离子和1.0×1019个一价负离子通过某横截面，那么通过电解质溶液的电流强度是多大？ 3.2 A

课堂练习 7、氢原子的核外只有一个电子，设电子在离原子核距离为R的圆轨道上做匀速圆周运动。已知电子的电荷量为e，运动速率为v，求电子绕核运动的等效电流多大？

你知道吗? a、手电筒中小灯泡的工作电流是0.25A。 b、电子手表工作时，液晶显示屏的电流为 0.2μA左右。 c、彩色电视机工作时， 屏幕为21吋，电源的工作电流为0.4A左右； 屏幕为29 吋, 电源的工作电流为1A左右。 d、50Hz的交流电，人能感触到的触电电流为 1mA，能够自行摆脱电源的触电电流为 10mA，触电电流达到50mA以上，将引起心 室颤动。因此，国际电工委员会规定的安全电 流（摆脱电流）为10mA。

作业：P43 2、3

课堂练习 8、来自质子源的质子（初速度为零），经一加速电压为800kV的直线加速器加速，形成电流强度为1mA的细柱形质子流。已知质子电荷e=1.60×10-19C。这束质子流每秒打到靶上的质子数为_________。假定分布在质子源到靶之间的加速电场是均匀的，在质子束中与质子源相距L和4L的两处，各取一段极短的相等长度的质子流，其中的质子数分别为n1和n2，则n1∶n2=_______。 2:1