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2 1电源和电流 电的故事 等势体 一电源 导体中自由电子在电场力的作用下发生定向移动形成电流 B失去电子 A得到电子 周围电场迅速减弱 A B之间的电势差很快消失 两导体成为一个等势体 达到静电平衡 电子不再定向移动 电流消失 瞬时电流 类比法理解电源的作用 水池A B的水面有一定的高度差 若在A B之间用一细管连起来 则水在重力的作用下定向移动 从A到B 但A B的高度差很快消失 水管中只可能有有一个瞬间水流 如何让水管中有源源不断的水流呢 在A B间安一抽水机 将B池中的水及时抽到A中 使水池A中的水量得以及时补充 保持它们之间的高度差 从而使水管中有源源不断的水流 2 持续电流的形成 装置P 电源 倘若在A B之间连接一个装置P 作用是不断地把电子从A搬运到B 使AB之间始终存在一定的电场 从而保持持续电流 电源 1 能把自由电子从正极搬到负极的装置 2 作用 保持导体两端的电势差 电压 使电路有持续的电流 模拟小实验 二恒定电场 1定义 由稳定分布的电荷产生稳定的电场 2特点 动态平衡 不是静电场 同时静电场规律适用 1导体中形成电流的条件 2恒定电流的定义3电流的物理意义4电流的定义式及各物理量的含义5单位6方向 恒定电流 四 电流的微观表达式 推导 一段粗细均匀的导体长为L 两端加一定的电压 自由电荷定向移动的速率为v 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 每个自由电荷量为q 总电量 电荷总数 nqSv nlSq l v Nq t Q I l v L 思考题 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 电子定向移动的速率约10 5m s 电子热运动的平均速率105m s 电场的传播速率3 108m s 三种速度的区别 1 电流传导速率等于光速 电路一接通 导体中的电子立即受到电场力作用而定向移动形成电流 对整体而言 2 电子定向移动速率 其大小与电流有关 一般每秒为10 2 10 3m的数量级 对每个电子而言 3 电子热运动速率 任何微观粒子都做无规则运动 其速度与温度有关 通常情况为每秒几百米 例1 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 8 9 103kg m3 铜的摩尔质量M 6 02 10 2kg mol 阿伏加德罗常数NA 6 62 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 答案 1 形成电流的条件 1 存在自由电荷 2 导体两端存在电压2 电源的作用 提供持续的电压3 导线中的电场 动态平衡 恒定电场 4 恒定电流 大小方向都不随时间变化的电流 5 电流 表示电流的强弱程度的物理量 1 定义式I q t 2
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