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1、第二章第二章 恒定电流恒定电流 电闪雷鸣时电闪雷鸣时, ,强大的电流使天空强大的电流使天空发出耀眼的闪光发出耀眼的闪光, ,但它只能存在于但它只能存在于一瞬间一瞬间, ,而手电筒中的小灯泡却能而手电筒中的小灯泡却能持续发光持续发光, ,这是为什么这是为什么?一、电流的形成一、电流的形成电流：电流：电荷的电荷的定向移动定向移动形成电流形成电流金属导体金属导体自由电子自由电子电电 解解 液液正、负离子正、负离子-BA-A+_B_水流AB连通器水势A水势B导体中产生电流的条件导体中产生电流的条件: :导体中自由电子的定向移导体中自由电子的定向移动使两个带电体成为等势动使两个带电体成为等势体，达到静电
2、平衡，导线体，达到静电平衡，导线R R中会产生一个中会产生一个瞬时瞬时电流电流1 1、电流的形成条件、电流的形成条件：（1 1）存在）存在自由电荷自由电荷金属导体金属导体自由电子自由电子电电 解解 液液正、负离子正、负离子（2 2）导体两端存在）导体两端存在电压电压当导体两端存在电压时，导体内建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静电力立了电场，导体中的自由电荷在静电力的作用下发生定向移动，形成电流的作用下发生定向移动，形成电流-+A+_B_P-二、电源二、电源1 1、电源：能把自由电子从、电源：能把自由电子从正极正极搬到搬到负极负极的装置的装置2 2、作用：、作用：保持
3、保持导体两端的电势差导体两端的电势差( (电压电压) ) 移送电荷，使导体中有移送电荷，使导体中有持续持续的电流的电流. .AB连通器水势A水势B抽水机抽水机水流让导线中有持续的电流让导线中有持续的电流?电源起到什么作用电源起到什么作用?思考思考在在有电源的电路中有电源的电路中,导线内部的电场又有何特点导线内部的电场又有何特点?-+A+_B_P假设在电源正、负假设在电源正、负极之间连一根导线极之间连一根导线MNE0FFnFt导线中的电场导线中的电场-+A+_B_P假设在电源正、负假设在电源正、负极之间连一根导线极之间连一根导线MNE0FFnFtMNE0E0E MNE导线内很快导线内很快形成沿导
4、线形成沿导线方向的电场方向的电场导体内的电场线保持和导线平行导体内的电场线保持和导线平行导线中的电场导线中的电场 我们在上一章中曾经得出结论我们在上一章中曾经得出结论: :在在静电平衡静电平衡时时, ,导体内部的导体内部的场强为场强为零零, ,导体上任意两点之间的电势差导体上任意两点之间的电势差为零为零( (等势体等势体).).这与我们现在的说这与我们现在的说法有矛盾吗法有矛盾吗? ?为什么为什么? ?思考题思考题-+A+_B_P-导线内的电场，是由电源、导线等电路元导线内的电场，是由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成的。尽管这些电荷件所积累的电荷共同形成的。尽管这些电荷也在运动，但也在
5、运动，但有的流走了，另外的又来补充有的流走了，另外的又来补充，所以电荷的分布是稳定的，电场的分布也稳所以电荷的分布是稳定的，电场的分布也稳定的。定的。由由稳定分布稳定分布的电荷产生的的电荷产生的稳定稳定的电场的电场称为称为恒定电场恒定电场.三、恒定电场三、恒定电场由于恒定电场的作用由于恒定电场的作用,导体中自由电导体中自由电荷定向运动的速率增加荷定向运动的速率增加;而在运动过程而在运动过程中会与导体内不动的粒子碰撞从而减速中会与导体内不动的粒子碰撞从而减速,因此因此自由电荷定向运动的平均速率不随自由电荷定向运动的平均速率不随时间变化时间变化.如果我们在这个电路中串联如果我们在这个电路中串联一个
6、电流表一个电流表,电流表的读数保持恒定电流表的读数保持恒定.大小方向都大小方向都不随时间变化不随时间变化的电流的电流称为称为恒定电流恒定电流四、恒定电流四、恒定电流 表示电流的强弱表示电流的强弱 1、定义定义:通过导体横截面的通过导体横截面的电量电量q跟通过这些跟通过这些电量所用电量所用时间时间t的的比值比值叫做电流叫做电流 2、定义式定义式:I= q / t 3、单位单位:国际单位国际单位 安培安培(A) 1A=1C/s 常用单位：毫安（常用单位：毫安（mA）、微安（）、微安（A） 4、方向方向:正电荷定向移动的方向正电荷定向移动的方向 注意：电流是标量注意：电流是标量 它的运算不遵循平行四
7、边形定则它的运算不遵循平行四边形定则五、电流五、电流讨论讨论qqs正电荷向左通过横截面正电荷向左通过横截面S S负电荷向右通过横截面负电荷向右通过横截面S在在t t时间内时间内通过横截面通过横截面S的等效电流的等效电流I=？课堂练习课堂练习1、某电解槽横截面积为、某电解槽横截面积为0.5m2，若，若10s内沿相内沿相反方向通过横截面的正负离子的电量均为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，则电解液中的电流为_A 在在电解液中电解液中，电流方向与，电流方向与正离子正离子定向移动方向定向移动方向相相同同，与，与负离子负离子走向移动方向走向移动方向相反相反导电时，是导电时，
8、是正负离子向相反方向定向移动形成电流，正负离子向相反方向定向移动形成电流，电量电量q q表示通过截面的正、负离子表示通过截面的正、负离子电量电量绝对值之和绝对值之和。例、有一条横截面积例、有一条横截面积S=1mm2的铜导线的铜导线,通过的电通过的电流流I=1A,已知铜的密度已知铜的密度=8.9103kg/m3,铜的摩尔铜的摩尔质量质量M=6.410- -2kg/mol,阿伏加德罗常数阿伏加德罗常数NA=6.021023mol- -1,电子的电量电子的电量e=- -1.610- -19C,求求铜导线中自由电子定向移动的速率铜导线中自由电子定向移动的速率.可认为铜导可认为铜导线中平均每个铜原子贡献
9、一个自由电子线中平均每个铜原子贡献一个自由电子.取取一一段段长长度度为为vt的的导导线线，时时间间t内内有有多多少少电电子子通过右端横截面？通过右端横截面？解析：解析：I与与V有关吗？有关吗？可通过公式可通过公式 找找I与与V的关系的关系解解:取一段导线，自由电子从它的左端定向移动取一段导线，自由电子从它的左端定向移动到右端所用的时间记为到右端所用的时间记为t，则这段导线的长度为，则这段导线的长度为vt、体积为、体积为vtS、质量为、质量为vtS。这段导线中的。这段导线中的原子数为原子数为由于时间由于时间t内这些电子全部通过右端横截面，因内这些电子全部通过右端横截面，因此通过横截面的电荷量是此
10、通过横截面的电荷量是 q = ne = e知：知： S为导线的横截面积为导线的横截面积 n为为单位体积内单位体积内自由电荷的个数自由电荷的个数 q为为每个每个自由自由电荷的电荷量电荷的电荷量 v为自由电荷的定向移动速率为自由电荷的定向移动速率求：通过导体的电流求：通过导体的电流I?解：在时间解：在时间t内通过导体内通过导体 某截面的电量为某截面的电量为: Q=(vts)nq 所形成的电流为所形成的电流为: I=Q/t=nqSV 三个速率三个速率 电子定向移动的速率约电子定向移动的速率约 10- -5 m/s， 电子热运动的平均速率电子热运动的平均速率 10 5 m/s， 电场的传播速率电场的传
11、播速率 310 8 m/s.问题问题: :电子在导线中定向移动的速度电子在导线中定向移动的速度这么慢这么慢( (通过一米长的导线要三个多通过一米长的导线要三个多小时小时),),而平时我们一开灯而平时我们一开灯, ,电流就瞬电流就瞬间产生了间产生了, ,这是怎么回事这是怎么回事? ?1、电流的形成条件：、电流的形成条件： （1）存在）存在自由电荷自由电荷;（2）存在）存在电压电压.2、电源、电源:把自由电子从把自由电子从正极正极搬到搬到负极负极的装置的装置. 电源的作用：电源的作用：提供提供持续持续的电压的电压.3、恒定电场、恒定电场:由稳定分布的电荷产生稳定的电场由稳定分布的电荷产生稳定的电场
12、.4、恒定电流、恒定电流:大小方向都不变大小方向都不变的电流的电流.5、电流、电流:表示表示电流的强弱程度电流的强弱程度的物理量的物理量. （1）定义式）定义式 I=q / t （2）决定式）决定式 小结小结n n为单位体积内自由电荷个数为单位体积内自由电荷个数 S S为导体横截面积为导体横截面积v v为自由电荷定向移动速率为自由电荷定向移动速率 q q为每个自由电荷的电量为每个自由电荷的电量2、关于电流的方向，下列叙述中正确的是、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金属导体中电流的方向就是自由电子定向移动的方向动的方向B在电解质溶液中有自由的正离子和负离
13、子，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不论何种导体，电流的方向规定为正电荷定向移动的方向向移动的方向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同，有时与负电荷定向移动的方向相同C课堂练习课堂练习 3、某电解质溶液，如果在、某电解质溶液，如果在1 s内共有内共有5.01018个二价正离子和个二价正离子和1.01019个一价负离个一价负离子通过某横截面，那么通过电解质溶液的子通过某横截面，那么通过电解质溶液的电流强度是多大？电流强度是多大？3.2 A课堂
14、练习课堂练习4、一条导线中的电流为、一条导线中的电流为1.6A，在，在1秒内通过这秒内通过这条导线某一横截面积的电子有条导线某一横截面积的电子有 个个解：解： q=It=1.6c n=q/e=1.6/1.6x10-19=1019个个 5、氢原子的核外只有一个电子，、氢原子的核外只有一个电子，设电子在离原子核距离为设电子在离原子核距离为R的圆轨的圆轨道上做匀速圆周运动。已知电子的道上做匀速圆周运动。已知电子的电荷量为电荷量为e，运动速率为，运动速率为v，求电子，求电子绕核运动的绕核运动的等效电流等效电流多大？多大？课堂练习课堂练习6、来自质子源的质子（初速度为零），经一、来自质子源的质子（初速度
15、为零），经一加速电压为加速电压为800kV的直线加速器加速，形成的直线加速器加速，形成电流强度为电流强度为1mA的细柱形质子流。已知质子的细柱形质子流。已知质子电荷电荷e=1.6010- -19C。这束质子流每秒打到靶。这束质子流每秒打到靶上的质子数为上的质子数为_。假定分布在质子源。假定分布在质子源到靶之间的加速电场是到靶之间的加速电场是均匀均匀的，在质子束中的，在质子束中与质子源相距与质子源相距L和和4L的两处，各取一段的两处，各取一段极短极短的的相等长度相等长度的质子流，其中的质子数分别为的质子流，其中的质子数分别为n1和和n2，则，则n1 n2=_。2:1 课堂练习课堂练习a、手电筒中
16、小灯泡的工作电流是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电子手表工作时，液晶显示屏的电流为 0.2A左右。左右。c、彩色电视机工作时，彩色电视机工作时， 屏幕为屏幕为21吋，电源的工作电流为吋，电源的工作电流为0.4A左右；左右； 屏幕为屏幕为29 吋吋, 电源的工作电流为电源的工作电流为1A左右。左右。d、50Hz的交流电，人能感触到的触电电流为的交流电，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，能够自行摆脱电源的触电电流为 10mA，触电电流达到，触电电流达到50mA以上，将引起心以上，将引起心 室颤动。因此，国际电工委员会规定的室颤动。因此，国际电工委员会规定的安全电安全电流流（摆脱电流）为（摆脱电流）为10mA。你知道吗你知道吗?
