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1、 第二章第二章 恒定电流恒定电流 第第1 1节节 电源和电流电源和电流电流电流 1 1、电荷的定向移动形成电流电荷的定向移动形成电流。电荷的热运动，从电荷的热运动，从宏观上看，不能形成电流宏观上看，不能形成电流物理意义：构成导体的电子物理意义：构成导体的电子在不停地做无规则热运动，由于热运动向各个方向运动在不停地做无规则热运动，由于热运动向各个方向运动的机会相等，故不能形成电流的机会相等，故不能形成电流-A+_B_-BA等势体等势体2 2、 导体中产生电流的条件导体中产生电流的条件: :导体两端存在导体两端存在电势差电势差导体中自由电子的定向移动使两个带电体成为等势体导体中自由电子的定向移动使
2、两个带电体成为等势体, ,达到静电平衡，导线达到静电平衡，导线R R中会产生一个中会产生一个瞬时瞬时电流电流AB水池抽水抽水机机-+A A+_B B_P P-一一. .电源电源1.1.电源（干电池电源（干电池、蓄电池、发电机）蓄电池、发电机）能把自由电子从能把自由电子从正正极极搬到搬到负极负极的装置的装置, ,保持保持导体两端的电势差导体两端的电势差( (电压电压),),使电使电路有路有持续持续的电流的电流. .2 2 能量转化角度：非静电力做功从而把其他形式的能转能量转化角度：非静电力做功从而把其他形式的能转化为电能化为电能 3 形成电流的形成电流的条件条件： （1 1）存在）存在自由电荷自
3、由电荷- -金属导体金属导体- -自由电子自由电子 电解液电解液- -正、负离子正、负离子（2 2）导体两端）导体两端存在存在电压电压当导体两端存在电压时，导体内建立了电场，导体中的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，形成电流自由电荷在电场力的作用下发生定向移动，形成电流-+A+_B_PMNE0FFnFtMNE0E0E MNE导线内很快导线内很快形成沿导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导体内的电场线保持和导线平行平行假设在电源正、负极之间假设在电源正、负极之间连一根导线连一根导线导线中的电场导线中的电场二二. .恒定电流
4、恒定电流导线内的电场，导线内的电场，是由电源、导线等电路元件所积累的是由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成的电荷共同形成的。尽管这些电荷也在运动，但。尽管这些电荷也在运动，但有的流有的流走了，另外的又来补充走了，另外的又来补充，所以电荷的分布是稳定的，所以电荷的分布是稳定的，电场的分布也稳定。电场的分布也稳定。1 1、 这种由稳定分布的电荷所产生的稳定的电场这种由稳定分布的电荷所产生的稳定的电场 -恒恒定电场定电场（1） 在恒定电场中，基本性质与静电场相同，在静电在恒定电场中，基本性质与静电场相同，在静电场中所讲的电势场中所讲的电势、电势差以及与电场强度的关系等，在电势差以及与电场强度的
5、关系等，在恒定电场中同样适用恒定电场中同样适用。（2） 导线内部的场强沿导线方向导线内部的场强沿导线方向（3 3）自由电荷定向运动的平均速率不随时间变化）自由电荷定向运动的平均速率不随时间变化恒定电流恒定电流- -大小和方向都不随时间变化的电流称为恒定大小和方向都不随时间变化的电流称为恒定电流电流恒定电场恒定电场电场强度不变电场强度不变自由电子在各个位置的定向运动自由电子在各个位置的定向运动速率速率也不变也不变串一个电流表串一个电流表, ,读数不会变读数不会变恒定电流恒定电流 2 2 电流电流电流电流-表示电流的强弱的物理量表示电流的强弱的物理量. .（1）定义定义: :通过导体横截面的电量通
6、过导体横截面的电量q q跟通过这些电量所跟通过这些电量所用时间用时间t t的比值叫做电流的比值叫做电流 . .（2）公式公式:I= q / t:I= q / t如果在如果在1s1s内通过导体横截面的电荷量是内通过导体横截面的电荷量是1 C1 C，导体中的电流就是，导体中的电流就是1 A 1 A （3）单位单位: :国际单位国际单位 安培安培(A) 1A=1C/s(A) 1A=1C/s 常用单位：毫安（常用单位：毫安（mAmA）、微安（）、微安（AA）（4）方向方向: :（指电流的流向（指电流的流向) )正电荷定向移动的方向正电荷定向移动的方向 说明适用于说明适用于任何电荷任何电荷的定向移动形成
7、的电流。的定向移动形成的电流。在在金属导体金属导体中，电流方向与中，电流方向与自由电荷（电子）自由电荷（电子）的定的定向移动方向向移动方向相反相反；电流是标量电流是标量电流是标量电流是标量它的运算不遵循平行四边形定则它的运算不遵循平行四边形定则它的运算不遵循平行四边形定则它的运算不遵循平行四边形定则在在电解液中电解液中，电流方向与正离子定向移动，电流方向与正离子定向移动方向方向相同，与相同，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，是正负离子向相反导电时，是正负离子向相反方向定向移动形成电流，方向定向移动形成电流，电量电量q q表示通过截面的正、负表示通过截面的正、负离子离子电量绝
8、对值之和电量绝对值之和。例例 某电解液中，若在某电解液中，若在2s内有内有1.0x1019个二价正离子和个二价正离子和2.0x1019个一价负离子通过某截面个一价负离子通过某截面,那么通过这个截面那么通过这个截面的电流是？的电流是？6.4c 3.2A6.4c 3.2AsL三三 金属导体内电流的微观解释金属导体内电流的微观解释在加有电压的一段粗细均匀的导体在加有电压的一段粗细均匀的导体ADAD上选取两个截面上选取两个截面B B和和C C，设导体的横截面积为，设导体的横截面积为S S导体每单位体积内的自由电导体每单位体积内的自由电荷数为荷数为n n，每个电荷的电荷量为，每个电荷的电荷量为e e，电
9、荷的定向移动速率，电荷的定向移动速率为为v v, ,则在时间则在时间t t内处于相距为内处于相距为vtvt 的两截面的两截面B B、C C间的所有自由间的所有自由电荷将通过截面电荷将通过截面C C Q=(Q=(VtS)neVtS)ne 所形成的电流为所形成的电流为:I=Q/t=:I=Q/t=neSVneSV这个公式这个公式适用于金属导体适用于金属导体适用于导体适用于导体I=Q/tI=Q/t I= I=nqsvnqsv公式意义公式意义定义式定义式决定式决定式电流意义电流意义t t时间的平均电流时间的平均电流某时刻的瞬时电流某时刻的瞬时电流描述角度描述角度大量电荷定向运动的大量电荷定向运动的宏观表
10、现宏观表现形成电流的微观实形成电流的微观实质质联系联系有有I=Q/t I=Q/t 推出推出I=I=nqsvnqsv例例1 1、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 A金属导体中电流的方向就是自由电子定向移动的方金属导体中电流的方向就是自由电子定向移动的方向向B B在电解质溶液中有自由的正离子和负离子，电流方在电解质溶液中有自由的正离子和负离子，电流方向不能确定向不能确定C C不论何种导体，电流的方向规定为正电荷定向移动不论何种导体，电流的方向规定为正电荷定向移动的方向的方向D D电流的方向有时与正电荷定向移动的方向相同，有电流的方向有时与正电荷定向移动的方向
11、相同，有时与负电荷定向移动的方向相同时与负电荷定向移动的方向相同C C例例2 2、氢原子的核外只有一个电子，设电子在离原子、氢原子的核外只有一个电子，设电子在离原子核距离为核距离为R R的圆轨道上做匀速圆周运动。已知电子的圆轨道上做匀速圆周运动。已知电子的电荷量为的电荷量为e e，运动速率为，运动速率为v v，求电子绕核运动的等，求电子绕核运动的等效电流多大？效电流多大？七个基本单位：七个基本单位：米（米（m m长度）长度） 千克（千克（KgKg质量）质量） 秒（秒（s s时间）时间） 安培（安培（I I电流）电流） 开尔文开尔文 （K K热力学）热力学） 摩尔摩尔 （molmol物质的量）物
12、质的量） 坎德拉（坎德拉（cdcd) )（发光强度（发光强度的单位）的单位）例例半径为半径为R R的橡胶圆环均匀带正电，总电荷量为的橡胶圆环均匀带正电，总电荷量为Q Q，现，现使圆环绕垂直环所在平面且通过圆心的轴以角速度使圆环绕垂直环所在平面且通过圆心的轴以角速度匀匀速转动，则由环产生的等效电流判断正确的是速转动，则由环产生的等效电流判断正确的是A A若若不变而使电荷量不变而使电荷量Q Q变为原来的变为原来的2 2倍，则等效电流倍，则等效电流也将变为原来的也将变为原来的2 2倍倍B B若电荷量若电荷量Q Q不变而使不变而使变为原来的变为原来的2 2倍，则等效电流倍，则等效电流也将变为原来的也将
13、变为原来的2 2倍倍C C若使若使、Q Q不变，将橡胶环拉伸，使环半径增大，等不变，将橡胶环拉伸，使环半径增大，等效电流将变大效电流将变大D D若使若使、Q Q不变，将橡胶环拉伸，使环半径增大，等不变，将橡胶环拉伸，使环半径增大，等效电流将变小效电流将变小答案答案AB例题例题3 3: :有一条横截面积有一条横截面积S=1mmS=1mm2 2的铜导线的铜导线, ,通过的电流通过的电流I I=1A,=1A,已知铜的密度已知铜的密度=8.910=8.9103 3kg/mkg/m3 3, ,铜的摩尔质量铜的摩尔质量M=6.410M=6.410-2-2kg/mol,kg/mol,阿伏加德罗常数阿伏加德罗
14、常数N NA A=6.0210=6.02102323molmol- -1 1, ,电子的电量电子的电量e=-1.610e=-1.610-19-19C C, ,求铜导线中自由电子定向求铜导线中自由电子定向移动的速率移动的速率. .可认为铜导线中平均每个铜原子贡献一个可认为铜导线中平均每个铜原子贡献一个自由电子自由电子. .vtv sv思考题思考题？如果认为电子的定向运动速率就是电流的传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？导速率，和我们的生活经验是否相符？怎样解释？(1)(1)电荷定向移动的速率约电荷定向移动的速率约1010-4-4-10-10-5-5
15、 m/sm/s， （2 2）电荷无规则热运动的平均速率）电荷无规则热运动的平均速率10105 5 m/sm/s， （3 3）电场的传播速率（或电流的传导速度）等于光速）电场的传播速率（或电流的传导速度）等于光速 3103108 8 m/sm/s. . 1 1 、电子热运动的速率电子热运动的速率物理意义：构成导体的电子在不停地做无规则热运动，物理意义：构成导体的电子在不停地做无规则热运动，由于热运动向各个方向运动的机会相等，故不能形成由于热运动向各个方向运动的机会相等，故不能形成电流，常温下电子热运动的速率数量级为电流，常温下电子热运动的速率数量级为10105 5 m/sm/s2 2 电流传导的
16、速率电流传导的速率-物理意义：闭合开关的瞬间，电物理意义：闭合开关的瞬间，电路中各处以真空中光速路中各处以真空中光速c c建立恒定电场，在恒定电场建立恒定电场，在恒定电场的作用下，电路中各处的自由电子几乎同时开始定向的作用下，电路中各处的自由电子几乎同时开始定向移动，整个电路也几乎同时形成了电流移动，整个电路也几乎同时形成了电流例题例题4 4：来自质子源的质子（初速度为零），经一：来自质子源的质子（初速度为零），经一加速电压为加速电压为800kV800kV的直线加速器加速，形成电流的直线加速器加速，形成电流强度为强度为1mA1mA的细柱形质子流。已知质子电荷的细柱形质子流。已知质子电荷e e
17、=1.6010=1.6010-19-19C C。这束质子流每秒打到靶上的质。这束质子流每秒打到靶上的质子数为子数为_。假定分布在质子源到靶之间的。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加速电场是均匀的，在质子束中与质子源相距L L和和4 4L L的两处，各取一段极短的相等长度的质子的两处，各取一段极短的相等长度的质子流，其中的质子数分别为流，其中的质子数分别为n n1 1和和n n2 2，则，则n n1 1n n2 2=_=_。 L L4LV1V1V2V2质子源质子源解：按定义有：解：按定义有：由于各处电流相同，设所取质子流长度为由于各处电流相同，设所取质子流长度为
18、L L，其中的质子数为，其中的质子数为n个，则由个，则由而而 L4LV1V2质子源例例5 5有一横截面积为有一横截面积为S S的铜导线，流经其中的电流为的铜导线，流经其中的电流为I I，设每单位体积的导线中有，设每单位体积的导线中有n n个自由电子，每个自由电个自由电子，每个自由电子的电荷量为子的电荷量为q q，此时电子定向移动的速率为，此时电子定向移动的速率为v v，则在，则在tt时间内，通过导体横截面的自由电子数目可表示为时间内，通过导体横截面的自由电子数目可表示为( () )A AnvSnvSt t B Bnvnvt t C. D. C. D.答案答案AC例例6 6 在显像管的电子枪中，
19、从炽热的金属丝不断放出的在显像管的电子枪中，从炽热的金属丝不断放出的电子进入电压为电子进入电压为U U的加速电场，设其初速度为零，经加的加速电场，设其初速度为零，经加速后形成横截面积为速后形成横截面积为S S，电流为，电流为 的电子束已知电子的电子束已知电子的电荷量为的电荷量为e,e,质量为质量为m,m,则在刚射出加速电场时，一小段则在刚射出加速电场时，一小段长长 的电子束内的电子个数是的电子束内的电子个数是? ?A 例例 如图所示，一根横截面积为如图所示，一根横截面积为S S的均匀长直橡胶棒上带的均匀长直橡胶棒上带有均匀的负电荷，每单位长度上电荷量为有均匀的负电荷，每单位长度上电荷量为q q
20、，当此棒，当此棒沿轴线方向做速度为沿轴线方向做速度为v v的匀速直线运动时，由于棒运动的匀速直线运动时，由于棒运动而形成的等效电流大小为而形成的等效电流大小为 Aqv B.qv CqvS Dqv/S 例例7 7 如图所示是静电除尘器示意图，如图所示是静电除尘器示意图，A A接高压电源正极，接高压电源正极，B B接高压电源的负极，接高压电源的负极，ABAB之间有很强的电场，空气被电离之间有很强的电场，空气被电离为电子和正离子，电子奔向正极为电子和正离子，电子奔向正极A A的过程中，遇到烟气中的过程中，遇到烟气中的煤粉，使煤粉带负电吸附到正极的煤粉，使煤粉带负电吸附到正极A A上，排出的烟就成为上
21、，排出的烟就成为清洁的了，已知每千克煤粉会吸附清洁的了，已知每千克煤粉会吸附nmolnmol电子，每昼夜除电子，每昼夜除尘的质量为尘的质量为m m，计算高压电源的电流，计算高压电源的电流I.(I.(电子电荷量设为电子电荷量设为e e，阿伏伽德罗常数为，阿伏伽德罗常数为NANA，一昼夜时间为，一昼夜时间为t.) t.) AB1 1、形成电流的条件：、形成电流的条件： （1 1）存在自由电荷（）存在自由电荷（2 2）导体两端存在电压）导体两端存在电压2 2、电源的作用：提供持续的电压、电源的作用：提供持续的电压3 3、导线中的电场、导线中的电场: :导线内的电场线保持和导线平行导线内的电场线保持和
22、导线平行( (恒定电场恒定电场) )4 4、恒定电流、恒定电流: :大小方向都不随时间变化的电流大小方向都不随时间变化的电流. .5 5、电流、电流: :表示电流的强弱程度的物理量表示电流的强弱程度的物理量. . （1 1）定义式）定义式 I I=q / t=q / t （2 2）金属导体中电流的计算式）金属导体中电流的计算式小结: n n 为单位体积内自由电荷数目，为单位体积内自由电荷数目，S S 为导体横截面积，为导体横截面积，v v为电荷定向移动速率为电荷定向移动速率 q q为每个自由电荷的电量为每个自由电荷的电量例例 同一根导线分别通以不同的电流，并保持温度不变，同一根导线分别通以不同
23、的电流，并保持温度不变，当电流较大时，以下说法正确的是当电流较大时，以下说法正确的是A单位体积数较多自由电子单位体积数较多自由电子B自由电子定向移动速率较大自由电子定向移动速率较大C自由电子热运动速率较大自由电子热运动速率较大D电流传导速率较大电流传导速率较大答案B本章主要内容有电阻的串并联、欧姆定律、电阻定律、本章主要内容有电阻的串并联、欧姆定律、电阻定律、焦耳定律、闭合电路的欧姆定律、电路中的能量守恒焦耳定律、闭合电路的欧姆定律、电路中的能量守恒定律、多用电表、简单的逻辑电路等定律、多用电表、简单的逻辑电路等通过本章学习要学会处理以下几类问题：通过本章学习要学会处理以下几类问题：(1)(1
24、)电路的简化：对复杂的电路，画出等效电路图，电路的简化：对复杂的电路，画出等效电路图，这是一项基本功，也是电路分析和计算的基础这是一项基本功，也是电路分析和计算的基础(2)(2)动态直流电路的分析：电路中某些元件动态直流电路的分析：电路中某些元件( (如滑动变阻如滑动变阻器的阻值器的阻值) )的变化，会引起电流、电压、电阻、电功的变化，会引起电流、电压、电阻、电功率等相关物理量的变化，解决这类问题涉及的知识点率等相关物理量的变化，解决这类问题涉及的知识点多，要掌握一定的思维方法多，要掌握一定的思维方法(3)(3)非纯电阻电路的分非纯电阻电路的分析与计算析与计算(4)(4)稳态、动态电阻和电容电
25、路的分析与稳态、动态电阻和电容电路的分析与计算计算(5)(5)故障电路的分析与判断此类问题紧密联故障电路的分析与判断此类问题紧密联系实际，对灵活运用知识的能力要求较高系实际，对灵活运用知识的能力要求较高(6)(6)非线性电路的分析与求解非线性电路的分析与求解本章的核心内容是欧姆定律；重点是电路的分本章的核心内容是欧姆定律；重点是电路的分析和计算；难点是电路的设计；高考热点是电析和计算；难点是电路的设计；高考热点是电路动态分析和实验路动态分析和实验学习目标：学习目标：1.1.了解形成电流的条件，知道电源的作用了解形成电流的条件，知道电源的作用和导体中的恒定电场，初步体会动态平衡的思想和导体中的恒定电场，初步体会动态平衡的思想2 2理解电流的定义，知道电流的单位、方向的规定；理解电流的定义，知道电流的单位、方向的规定；理解恒定电流，会用公式理解恒定电流，会用公式q qItIt分析相关问题分析相关问题3 3能从微观的角度理解导体中电荷的定向移动与电流能从微观的角度理解导体中电荷的定向移动与电流之间的关系之间的关系重点难点：导体中电流的形成原因重点难点：导体中电流的形成原因易错问题：应用易错问题：应用I Iq q/ /t t求电解液中的电流求电解液中的电流时，时，q q应为正、负电荷的绝对值之和应为正、负电荷的绝对值之和
