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1、第十章恒定电流知识网络结构第一节、电流1电流电荷移动形成电流。2形成电流的条件(1)物体内要有大量的；(2)导体两端要有。3自由电荷：能够的电荷叫做自由电荷。金属导体中的自由电荷是；电解液中是；电离了的气体中是。4电流的方向规定：正电荷定向移动的方向为电流方向。在电源外部电路中电流方向由电源流向电源，是做功。在电源内部电路中电流由电源流向电源，是做功。5电流的分类(1)直流电：不随时间变化的电流。(2)恒定电流：不随时间变化的电流。(3)交流电：随时间作周期性变化的电流。产生恒定电流的条件是：导体两端电压。6电流强度(1)定义：通过导体某横截面积的电量 Q 跟通过这些电量所用时间 t 的比值叫
2、电流强度，简称电流。(2)公式： tQI(3)物理意义：是描述电流强弱的物理量。注意：电流虽然有方向，但是量，不遵守矢量运算法则。公式中 Q 应是指通过导体某横截面积的电量。若正、负电荷作相向运动是两种电荷，若正、负电荷作同向运动是两种电荷。(4)单位：安培(A)。1A10 3mA(5)电流强度的微观表达式。固体导电的微观机理不加电压时加上电压时（在导体内形成电场）如图所示，设金属导体的横截面积为 S，导体中单位体积内自由电子数目为 n，自由电子定向移动的平均速率为 v，那么在时间 t 内通过导体某一横截面积的自由电子数目为 nSvt，每个电子的电量是 e，则在时间 t 内通过横截面的电量为
3、QenSvt。根据公式neStQI注意：此式是金属导体中电子流动时的电流决定式。公式中的 v 是电子定向移动的平均速率（约为 105 m/s），不是电子作热运动的速度（约为105m/s），也不是电流的传导速率（为光速 c310 8 m/s）。n 是导体中单位体积内自由电子数目，不同的材料，n 是不相同的。思考 1：为什么自由电荷在导体移动时是作匀速运动而不是匀加速运动呢？思考 2：对同一段导体而言，其两端所加的电压越大，导体内自由电荷定向移动速度怎样变化？例 1如图所示，两个截面不同，长度相等的均匀铜棒接在电路中，两端电压为 U，下列说法正确的是（）A通过两棒的电流强度相同B两棒的自由电子定向
4、移动的平均速率相同C两棒内的电场强度不同，细棒内场强大于粗棒内部场强D细棒的电压等于粗棒的电压液体导电的微观机理（1）以电解水为例（异种电荷同时反向移动）在电解的过程中，液体内部各处 OH ，H 的浓度基本保持相同。（2）以电镀为例（单种电荷定向移动）例 3如图所示电解池内有一价离子的电解液，在时间 t 通过液体截面 S 的正离子数为 n1，负离子数为 n2，设元电荷电量为 e，则以下说法正确的是（）A液体内电流方向从 A 到 B，电流强度为 n1e/tB溶液体内电流方向从 B 到 A，电流强度为 n2e/tC溶液内正、负离子反方向移动，产生的电流相互抵消D溶液内电流方向从 A 到 B，电流强
5、度为（n 1n 2）e/t例 4如图所示为电解水的实验装置，闭合开关 S 后观察到电压表的示数为 6V，电流表的示数为 100mA。（1）此时 A 管生成气， B 管内生成气。（2）试写出电解水的化学反应方程式。（3）通电过程中，A 极、B 极各发生体积化学反应。（4）为了加速电解水的速度，可在水中加（）AH 2SO4B HCl CNaOH DNaCl（5）在实验过程中消耗了何种形式的能量，产生了何种形式的能量？（6）若通电 10min，A 管中将生成 mL 气体。（7）已知每摩尔水被电解消耗 280.8KJ 能量，则 10min 内增加了多少化学能？（8）在电解池中产生多少内能，在该实验中两
6、极间液体的电阻是多大？气体导电的微观机理通常情况下，气体是不导电的，而空气在火焰的作用下能够电离，结果气体变成了导体。同样其他方法也能使气体电离，如用紫外线、X 射线或放射性元素放出的射线照射，或存在极强电场情况。能使气体电离的物质叫电离剂。气体电离后发生的导电现象叫气体放电。气体导电是正离子和电子作自由电荷，也可以形成负离子，那是电子附在中性分子上的结果。避雷针的工作原理磁流体发电机如图所示，在距离为 d 的两平行金属板间有垂直纸面向里的匀强磁场，从左侧有高速运动的等离子（含有相等数量正、负离子）射入其间，离子在洛仑兹力作用下发生偏转，正离子向上偏、向离子向下偏，结果 M 板带正电，N 板带
7、负电，使 M、N 板成为能提供正、负电荷的电源两极。例 6在电视机的显像管中，从电子枪射出的电子在高电压 U 的作用下被加速，形成电流为 I的平均电流，设电子质量为 m，电荷量为 e，如果打在荧光屏上的高速电子流被屏吸收，问：（1） 在 t 内打到荧光屏上的电子数为多少？（2） 荧光屏受到的平均作用力为多少？导线表面的电荷分布前面讲到，外电路中带电粒子的定向运动是在电场力作用下形成的。那么，激发这个电场的电荷分布在什么地方？在电源正负极，这一点是不难理解的，但是这并不全面。证明：如图 8-6，将外电路的导线折一个弯，在拐弯处取两个极靠近的点 A 和 B，根据电流可以知道， 和 的方向应AEB相
8、反。然而如果这两个场强只是由电源两极电荷激发的，互相如此靠近的两点的场强方向是不可能截然相反的。可见，必然还有其他电荷对电场提供贡献，这些电荷就分布在导体表面，这些电荷激发起导线内外的电场。这些电荷在导线表面的分布与导线的形状有密切的关系，电荷分布的最终要求使导线中各点的场强仍沿导线方向，并从电源正极指向负极。如果导线形状发生变化，这些电荷将自动调整，保证场强仍沿导线方向。干电池工作时的微观机理阅读：电势在电源内部的分布本节要通过介绍化学电源的内部结构使读者看到一个非静电力的具体例子，同时借此介绍电位跃变的概念及内阻电位降的物理意义。我们以化学电源的一种丹聂尔电池为例来介绍。用一块多孔隔板 P
9、 将一个容器分为两部分，每部分各充以硫酸锌及硫酸铜溶液，并分别插入一块锌板和铜板作为电级，就成为一个丹聂尔电池（图 8-1） 。由于物理化学的原因，可以等效地认为有某种非静电起源的化学力将锌板的锌离子Zn+“拉入 ”溶液内，而其价电子则留在板上，由于正负电荷的库仑吸力，价电子和 Zn+将分别停留在板液界面两侧的相距极近的两个面 B 和 B上，组成一个“偶电层” 。层内存在一个由液向锌的静电场，使正电荷受到由液向锌的静电力，方向与化学力相反。当静电力与化学力大小相等时，电荷的迁移达到动态平衡，B与 B 的电位差达到一个稳定值 。类似地，铜、液界面也形成偶电层，BUA 与 A间也有一个稳定的电位差
10、 。只是由于铜的化学性质与锌不同，结果是铜正液负。由于，AUA 与 A（及 B 与 B）相距极近而电位却有明显变化，所以又把 及 叫做电位跃变（跃变亦AB即突变） 。在多孔隔板两侧的两种溶液之间也存在电位差，不过数值很小，可以忽略。至于每种溶液内部，由于各处化学性质相同，不存在把电荷从一点推向另一点的化学力。可见，虽然丹聂尔电池作为整体是一个电源、但非静电力并非在其内部处处存在，而是只存在于两个界而处。如果只把电路中有非静电力的区段叫做电源，那么不妨认为丹聂尔电池是两个电源（即两个界面）与一个非电源(溶液 )的串联组合。把每个界面看作一个电源时，共电势跃变也就是其端压。由于物理化学的原因，不论
11、通过界面的电流如何，电位跃变数值一定，因此可把它视作无内阻电源，其电动势在数值上就等于电势跃变。整个电池的电动势应等于这两个电源的电动势之和，即BAU而电池的内阻则等于溶液的电阻。现在用导线及开关 K 与电池的两极板联接成一个电路。当开关断开时，电池处于开路状态，其两端的电压（等于其电动势 ）全部降在开关两端。由于没有电流，溶液内各点电位相同。为了形象地表示电势沿电路的变化情况，我们用曲线 L 表示电路，用立体高度表示电路各点的电势，便得电势分布图如图 8-2 所示。开关接通后，电路出现稳恒电流，电势分布将如图 8-3 所示。这个分布有两个特点：(1)两个界面处的电势跃变不因有电流而变，这是由
12、物理化学的原因决定的。 （2）溶液两端出现电压，即 B与 A电位不再相等。这是自然的，因为溶液如同外电路一般，只存在电阻 r，不存在非静电力。设溶液的电流为 I，把无源电路的欧姆定律用于其上便得IUAB可见溶液两端的电势差等于电源内阻电势降。这个电势差原则上可用电压表接到溶液中极近两极板的两点 B及 A处测得。因此，对于电池可以说：内阻电势降的物理意义就是电源内部两端（指B及 A）的电势差。思考：如图所示是一化学电池的装置图，你能直接测量出这个化学电池的内电压吗？第二节欧姆定律1欧姆定律的内容导体中的电流 I 跟导体两端的电压 U 成正比，跟导体的电阻成反比，表达式为RUI2理解：（1）电阻的
13、单位为欧姆（ ），其物理意义是：某段导体加上 1V 电压时，导体中电流为1A，则导体电阻为 1 ，故 。AV1（2）欧姆定律适于金属导体，对电解液导电也适用（但对电解不适用），对气体导体不适用。非纯电阻电路也不服从欧姆定律。思考：为什么呢？解释：（3）欧姆定律中，I、U、R 三者应具有“同体性”和“同时性”。例如：电源电压 15V，灯电阻为 10 欧，滑动变阻器总电阻为 20 欧，滑片位于 AB 中点时，求AP 段电阻消耗的功率。（4）由欧姆定律 可推出两个变形公式： 和 ，但这三个公式反映的RUIIRUIU物理意义不同。 表示通过导体的电流跟导体两端的电压成正比，跟导体的电阻成反比。I 表示
14、电流通过导体时，导体两端电压 U 等于 I 和 R 的乘积，它给出了计算导体两端电压的方法。但要注意，并不是用了 I 和 R，才有 U 的。 是导体电阻的定义式，给出了测量导体电阻的方法，对给定的导体，它的电阻IUR是一定的。因此，不管导体两端有无电压，电压大小如何，电阻是一定的；不管导体内部是否有电流流过，电流强弱如何，电阻是一定的。所以不能说电阻与一压成正比，与电流大小成反比。例如：一段导体，当它两端的电压由 3V 增至 6V 时，通过它的电流增加了 0.2A，问这段导体的电阻是多大？U、I、R 三者的关系，U、R 共同决定了 I，U、R 是支配者，I 是被支配者，U 是独立的，R也是独立
15、的，U、R 互不依存，而 I 必须依存于 U 与 R。例 1微型吸尘器的直流电动机内阻一定，当加上 0.3V 的电压时，通过的电流为 0.3A，此时电动机不转动；当加在电动机两端的电压为 2.0V 时，电流为 0.8A，这时电动机正常工作。则吸尘器的效率为多少？例 2名师一号页第三节电阻定律一、导体1电阻定律在温度不变时，导体的电阻跟它的长度成正比，跟它的横截面积成反比。即 SlR式中 l 为导体长度，S 是导体横截面积， 是材料电阻率。说明：（1） 为导体电阻大小的决定式表明导体电阻由导体本身因素（电阻率 、长度 lSlR 横截面积 S）决定，与其他因素无关。由此可更加明确电阻的定义式中 R 与 U、I 无关。（2）同一个导体，它接入电路的接入点不同，它的电阻也不同。例如：如图 1 所示，厚度均匀的导体电阻，当把 a、b 接入电路时，其阻值为 R，若把 c、d 接入电路，其电阻为多少？图 1 图 2 图 3 图 4解：可将半圆导体电阻按图 2 分割成 A、B 两部分，按 a、b 接入电路时，A 和 B 并联，根据并联电路的电阻特点，可知 A、 B 的电阻均为 2R，按 c、d 接入电路时
