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1、2.1 2.1 導(dǎo)體中的電場和電流導(dǎo)體中的電場和電流第二章第二章 恒定電流恒定電流 電閃雷鳴時(shí)電閃雷鳴時(shí), ,強(qiáng)大的電流使天空發(fā)強(qiáng)大的電流使天空發(fā)出耀眼的閃光出耀眼的閃光, ,但它只能存在于一瞬但它只能存在于一瞬間間, ,而手電筒中的小燈泡卻能持續(xù)發(fā)而手電筒中的小燈泡卻能持續(xù)發(fā)光光, ,這是為什么這是為什么? ?電流的形成電流的形成1 1電流：電流：電荷的熱運(yùn)動(dòng)，從宏觀上看，不能電荷的熱運(yùn)動(dòng)，從宏觀上看，不能形成電流形成電流 電荷的定向移動(dòng)形成電流電荷的定向移動(dòng)形成電流-BA-A+_B_等勢體等勢體導(dǎo)體中產(chǎn)生電流的條件導(dǎo)體中產(chǎn)生電流的條件: :導(dǎo)體兩端存在導(dǎo)體兩端存在電勢差電勢差A(yù)B水池導(dǎo)體中
2、自由電子的定向移導(dǎo)體中自由電子的定向移動(dòng)使兩個(gè)帶電體成為等勢動(dòng)使兩個(gè)帶電體成為等勢體，達(dá)到靜電平衡，導(dǎo)線體，達(dá)到靜電平衡，導(dǎo)線R R中會(huì)產(chǎn)生一個(gè)中會(huì)產(chǎn)生一個(gè)瞬時(shí)瞬時(shí)電流電流抽水機(jī)抽水機(jī)-+A+_B_P-一.電源1. 1.能把自由電子從能把自由電子從正極正極搬到搬到負(fù)極負(fù)極的裝置的裝置. .2.2.作用作用: :保持保持導(dǎo)體兩端的電勢差導(dǎo)體兩端的電勢差( (電壓電壓), ),使電使電路有路有持續(xù)持續(xù)的電流的電流. . 形成電流的條件形成電流的條件： （1 1）存在）存在自由電荷自由電荷金屬導(dǎo)體金屬導(dǎo)體自由電子自由電子 電解液電解液正、負(fù)離子正、負(fù)離子（2 2）導(dǎo)體兩端存在）導(dǎo)體兩端存在電壓電壓
3、當(dāng)導(dǎo)體兩端存在電壓時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)建立了電場，導(dǎo)體當(dāng)導(dǎo)體兩端存在電壓時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)建立了電場，導(dǎo)體中的自由電荷在電場力的作用下發(fā)生定向移動(dòng)，形成電中的自由電荷在電場力的作用下發(fā)生定向移動(dòng)，形成電流流 電源的作用是電源的作用是保持保持導(dǎo)體兩端的導(dǎo)體兩端的電壓電壓，使導(dǎo)體中有，使導(dǎo)體中有持續(xù)持續(xù)的電流的電流-+A+_B_P假設(shè)在電源正、負(fù)假設(shè)在電源正、負(fù)極之間連一根導(dǎo)線極之間連一根導(dǎo)線MNE0FFnFt二二. .導(dǎo)線中的電場導(dǎo)線中的電場-+A+_B_P假設(shè)在電源正、負(fù)假設(shè)在電源正、負(fù)極之間連一根導(dǎo)線極之間連一根導(dǎo)線MNE0FFnFtMNE0E0E MNE導(dǎo)線內(nèi)很快導(dǎo)線內(nèi)很快形成沿導(dǎo)線形成沿導(dǎo)線方向的電場方向
4、的電場二二. .導(dǎo)線中的電場導(dǎo)線中的電場導(dǎo)體內(nèi)的電場線保持和導(dǎo)線平行導(dǎo)體內(nèi)的電場線保持和導(dǎo)線平行 我們在上一章中曾經(jīng)得出結(jié)論我們在上一章中曾經(jīng)得出結(jié)論: :在在靜電平衡靜電平衡時(shí)時(shí), ,導(dǎo)體內(nèi)部的導(dǎo)體內(nèi)部的場強(qiáng)為場強(qiáng)為零零, ,導(dǎo)體上任意兩點(diǎn)之間的電勢差導(dǎo)體上任意兩點(diǎn)之間的電勢差為零為零( (等勢體等勢體). ).這與我們現(xiàn)在的說法這與我們現(xiàn)在的說法有矛盾嗎有矛盾嗎? ?為什么為什么? ?思考題思考題 導(dǎo)線內(nèi)的電場，是由電源、導(dǎo)線內(nèi)的電場，是由電源、導(dǎo)線導(dǎo)線 等電路元件所積累的電等電路元件所積累的電荷共同形成的。盡管這些電荷荷共同形成的。盡管這些電荷也在運(yùn)動(dòng)，但也在運(yùn)動(dòng)，但有的流走了，另有的流
5、走了，另外的又來補(bǔ)充外的又來補(bǔ)充，所以電荷的分，所以電荷的分布是穩(wěn)定的，電場的分布也穩(wěn)布是穩(wěn)定的，電場的分布也穩(wěn)定。定。-恒定電場恒定電場 恒定電場恒定電場 由由穩(wěn)定分布穩(wěn)定分布的電荷產(chǎn)生的電荷產(chǎn)生穩(wěn)定穩(wěn)定的電場稱為恒定電場的電場稱為恒定電場. .恒定電場恒定電場電場強(qiáng)度不變電場強(qiáng)度不變自由電子在各個(gè)位置的定向運(yùn)動(dòng)自由電子在各個(gè)位置的定向運(yùn)動(dòng)速率速率也不變也不變串一個(gè)電流表串一個(gè)電流表, ,讀數(shù)不會(huì)變讀數(shù)不會(huì)變恒定電流恒定電流 三三. .恒定電流恒定電流 1. 1.大小方向都大小方向都不隨時(shí)間變化不隨時(shí)間變化的電流稱為恒定電流的電流稱為恒定電流. . 2. 2.電流電流( (I I): ):表
6、示電流的強(qiáng)弱程度表示電流的強(qiáng)弱程度. . 定義定義: :通過導(dǎo)體橫截面的電量通過導(dǎo)體橫截面的電量q q跟通過這些跟通過這些電量所用時(shí)間電量所用時(shí)間t t的比值叫做電流的比值叫做電流 . . 公式公式: :I I= q / t= q / t 單位單位: :國際單位國際單位 安培安培(A) 1A=1C/s(A) 1A=1C/s 常用單位：毫安（常用單位：毫安（mAmA）、微安（）、微安（AA） 方向方向: :正電荷定向移動(dòng)的方向正電荷定向移動(dòng)的方向 （1 1）適用于）適用于任何電荷任何電荷的定向移動(dòng)形成的電流。的定向移動(dòng)形成的電流。（2 2）在）在金屬導(dǎo)體金屬導(dǎo)體中，電流方向與中，電流方向與自由電
7、荷（電自由電荷（電子）子）的定向移動(dòng)方向的定向移動(dòng)方向相反相反；（3 3）在）在電解液中電解液中，電流方向與正離子定向移動(dòng)，電流方向與正離子定向移動(dòng)方向方向相同，與相同，與負(fù)離子負(fù)離子走向移動(dòng)方向走向移動(dòng)方向相反相反導(dǎo)電導(dǎo)電時(shí)，是正負(fù)離子向相反方向定向移動(dòng)形成電流，時(shí)，是正負(fù)離子向相反方向定向移動(dòng)形成電流，電量電量q q表示通過截面的正、負(fù)離子表示通過截面的正、負(fù)離子電量電量絕對(duì)值絕對(duì)值之和之和。注意注意1 1、在金屬導(dǎo)體中，若、在金屬導(dǎo)體中，若10s10s內(nèi)通過橫截面的電量為內(nèi)通過橫截面的電量為10C10C，則導(dǎo)體，則導(dǎo)體中的電流為中的電流為_A_A； 1A1A 2 2、某電解槽橫截面積為、
8、某電解槽橫截面積為0.5m0.5m2 2，若，若10s10s內(nèi)沿相反方向通過橫截內(nèi)沿相反方向通過橫截面的正負(fù)離子的電量均為面的正負(fù)離子的電量均為10C10C，則電解液中的電流為，則電解液中的電流為_A_A 2A2A 課堂訓(xùn)練課堂訓(xùn)練3 3決定電流大小的微觀量決定電流大小的微觀量 在加有電壓的一段粗細(xì)均勻的導(dǎo)體在加有電壓的一段粗細(xì)均勻的導(dǎo)體ADAD上選取兩個(gè)上選取兩個(gè)截面截面B B和和C C，設(shè)導(dǎo)體的橫截面積為設(shè)導(dǎo)體的橫截面積為S S導(dǎo)體每單位體積導(dǎo)體每單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)為內(nèi)的自由電荷數(shù)為n n，每個(gè)電荷的電荷量為每個(gè)電荷的電荷量為q q，電荷電荷的定向移動(dòng)速率為的定向移動(dòng)速率為v v 則在
9、時(shí)間則在時(shí)間t t內(nèi)處于相距為內(nèi)處于相距為 vtvt 的兩截面的兩截面B B、C C間的所有間的所有自由電荷將通過截面自由電荷將通過截面C C 已知：已知：n n為單位體積為單位體積內(nèi)的自由電荷的個(gè)數(shù)，內(nèi)的自由電荷的個(gè)數(shù)，S S為導(dǎo)線的橫截面積，為導(dǎo)線的橫截面積，v v為自由電荷的為自由電荷的定向移動(dòng)速率定向移動(dòng)速率 . . 在時(shí)間在時(shí)間t t內(nèi)通過導(dǎo)體某截面的電量為內(nèi)通過導(dǎo)體某截面的電量為: : Q=( Q=(VtS)nqVtS)nq 所形成的電流為所形成的電流為: : I I=Q/t=Q/t=nqSVnqSV 例題例題: :有一條橫截面積有一條橫截面積S=1mmS=1mm2 2的銅導(dǎo)線的銅
10、導(dǎo)線, ,通過的電流通過的電流I I=1A,=1A,已知已知銅的密度銅的密度=8.9=8.910103 3kg/mkg/m3 3, ,銅的摩爾質(zhì)量銅的摩爾質(zhì)量M=6.4M=6.41010-2-2kg/mol,kg/mol,阿伏加德羅常數(shù)阿伏加德羅常數(shù)NNA A=6.02=6.0210102323molmol-1 -1, ,電子的電量電子的電量e=-1.6e=-1.61010-19-19C C, ,求銅導(dǎo)線中自由電子定向移動(dòng)的速率求銅導(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)可認(rèn)為銅導(dǎo)線中平均每個(gè)銅原子貢獻(xiàn)一個(gè)自由電子銅原子貢獻(xiàn)一個(gè)自由電子. .vtvsvAIMvSN e57.5
11、10/m s思考題思考題 如果認(rèn)為電子的定向運(yùn)動(dòng)速率就如果認(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？經(jīng)驗(yàn)是否相符？怎樣解釋？ 電子定向移動(dòng)的速率約電子定向移動(dòng)的速率約10 10 -5-5 m/sm/s， 電子熱運(yùn)動(dòng)的平均速率電子熱運(yùn)動(dòng)的平均速率10 10 5 5 m/sm/s， 電場的傳播速率電場的傳播速率3 310 10 8 8 m/sm/s. .1 1、形成電流的條件：、形成電流的條件： （1 1）存在自由電荷（）存在自由電荷（2 2）導(dǎo)體兩端存在電壓）導(dǎo)體兩端存在電壓2 2、電源的作用：提供持續(xù)的電壓、電源的作用：提供持續(xù)
12、的電壓3 3、導(dǎo)線中的電場、導(dǎo)線中的電場: :導(dǎo)線內(nèi)的電場線保持和導(dǎo)線平導(dǎo)線內(nèi)的電場線保持和導(dǎo)線平行行.( .(恒定電場恒定電場) )4 4、恒定電流、恒定電流: :大小方向都不隨時(shí)間變化的電流大小方向都不隨時(shí)間變化的電流. .5 5、電流、電流: :表示電流的強(qiáng)弱程度的物理量表示電流的強(qiáng)弱程度的物理量. . （1 1）定義式）定義式 I I=q / t=q / t （2 2）金屬導(dǎo)體中電流的計(jì)算式）金屬導(dǎo)體中電流的計(jì)算式小結(jié):nqsvI n n 為單位體積內(nèi)自由電荷數(shù)目，為單位體積內(nèi)自由電荷數(shù)目，S S 為導(dǎo)體橫截面積，為導(dǎo)體橫截面積，v v為電荷定向移動(dòng)速率為電荷定向移動(dòng)速率 q q為每個(gè)
13、自由電荷的電量為每個(gè)自由電荷的電量課堂訓(xùn)練課堂訓(xùn)練3 3、關(guān)于電流的方向，下列敘述中正確的是、關(guān)于電流的方向，下列敘述中正確的是A A金屬導(dǎo)體中電流的方向就是自由電子定金屬導(dǎo)體中電流的方向就是自由電子定向移動(dòng)的方向向移動(dòng)的方向B B在電解質(zhì)溶液中有自由的正離子和負(fù)離在電解質(zhì)溶液中有自由的正離子和負(fù)離子，電流方向不能確定子，電流方向不能確定C C不論何種導(dǎo)體，電流的方向規(guī)定為正電不論何種導(dǎo)體，電流的方向規(guī)定為正電荷定向移動(dòng)的方向荷定向移動(dòng)的方向D D電流的方向有時(shí)與正電荷定向移動(dòng)的電流的方向有時(shí)與正電荷定向移動(dòng)的方向相同，有時(shí)與負(fù)電荷定向移動(dòng)的方向方向相同，有時(shí)與負(fù)電荷定向移動(dòng)的方向相同相同C
14、C課堂訓(xùn)練課堂訓(xùn)練4 4、某電解質(zhì)溶液，如果在、某電解質(zhì)溶液，如果在1 s1 s內(nèi)共有內(nèi)共有5.05.010101818個(gè)二價(jià)正離子和個(gè)二價(jià)正離子和1.01.010101919個(gè)個(gè)一價(jià)負(fù)離子通過某橫截面，那么通過一價(jià)負(fù)離子通過某橫截面，那么通過電解質(zhì)溶液的電流強(qiáng)度是多大？電解質(zhì)溶液的電流強(qiáng)度是多大？3.2 A 3.2 A 課堂訓(xùn)練課堂訓(xùn)練5 5、氫原子的核外只有一個(gè)電子，設(shè)、氫原子的核外只有一個(gè)電子，設(shè)電子在離原子核距離為電子在離原子核距離為R R的圓軌道的圓軌道上做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。已知電子的電上做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。已知電子的電荷量為荷量為e e，運(yùn)動(dòng)速率為，運(yùn)動(dòng)速率為v v，求電子繞，求電子繞核運(yùn)動(dòng)的等效電流多大？核運(yùn)動(dòng)的等效電流多大？RevtqI2
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