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2 1电源和电流 物理选修3 1第二章恒定电流 雷鸣电闪时 强大的电流使天空发出耀眼的闪光 但它只能存在于一瞬间 而手电筒中的小灯泡却能持续发光 这是为什么 一 电源 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 瞬时电流 1 电流的形成 导体中自由电子的定向移动使两个带电体成为等势体 达到静电平衡 导线R中会产生一个瞬时电流 抽水机 怎样形成持续的电流 2 持续电流的形成倘若在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 装置P 电源 等势体 导体中产生电流的条件 导体 有自由电荷 两端存在电势差 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 小结 形成电流的条件 1 存在自由电荷金属导体 自由电子电解液 正 负离子 2 导体两端存在电压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 电源的作用是保持导体两端的电压 使导体中有持续的电流 电流分类恒定电流直流交变电流 交流 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 尽管这些电荷也在运动 但有的流走了 另外的又来补充 所以电荷的分布是稳定的 电场的分布也稳定 恒定电场 恒定电场 由稳定分布的电荷产生稳定的电场称为恒定电场 导线内很快形成沿导线方向恒定电场 假设在电源正 负极之间连一根导线 恒定电场 电场强度不变 自由电子在各个位置定向运动平均速率不变 串一个电流表 读数不会变 电路中电流的大小和方向不变 这种大小和方向不随时间变化的电流 叫做恒定电流 这一章我们研究的就是恒定电流 不同的恒定电流 电流的强弱会不同 即在相同的时间内 通过导体某一横侧面积的电荷量不同 在相同的时间内 通过导体某一横侧面积的电荷量越多 我们就说电流越强 故在物理学中 电流的强弱可以用通过导体某一横侧面积的电量和通过这一电量所用时间的比值来表示 这个比值我们称之为电流强度 二恒定电流 电流 1 定义 通过导体某一横截面积的电荷量q跟通过这些电荷量所用的时间t的比值 2 定义式 4 方向 规定为正电荷定向移动的方向金属导体中电流的方向与自由电子定向移动的方向相反 3 单位 安培A其他单位mA A 安培是基本单位 1A 103mA 106 A 5 物理意义 表示电流强弱和方向的物理量 对I q t的理解要注意 1 I q t为电流强度的定义式 对任何情况都适用 2 电流强度由电路状态所决定 与q t均无关 3 电流为标量 电流虽有方向但是标量 4 电解液中正负离子定向移动方向虽然相反 但正 负离子定向移动形成的电流方向是相同的 此时q为正电荷总电荷量和负电荷总电荷量的绝对值之和 在外电路中电流方向由电源正极到负极 在电源内部电流方向由电源负极到正极 说明 1 下列关于电流的说法中正确的是 A 导体中产生电流的条件是导体两端保持一定的电势差B 电流的方向就是电荷的定向运动方向C 电流的方向不变的电流叫恒定电流D 电流的方向和大小都不变的电流叫恒定电流 例与练 导体中有自由电荷 电流的方向是正电荷的定向运动方向 AD 例题 某电解池 如果在1s中内共有5 0 1018个二价正离子和5 0 1018个一价负电子通过某横截面 那么通过这个横截面的电流强度是多大 答案 2 4A 三 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 4 有一横截面为S的铜导线 流经其中的电流为I 设单位体积的导线有n个自由电子 电子电量为e 电子的定向移动速度为v 在t时间内 通过导体横截面的自由电子数目N可表示为 A nvStB nvtC It eD It Se 例与练 电子热运动速率 任何微观粒子都做无规则运动 其速率与温度有关 常温下数量级大约为105m s 电子定向移动速率 其大小与电流有关 一般数量级为10 5m s 对每个电子而言 电流传导速率 等于光速 3 105m s 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 电路一旦接通 电源就以光速在电路中各处建立了电场 整个电路上的电子几乎同时受到电场力的作用做定向移动 平时一合上开关 用电器立即就有电流 就是这个原因 对整体而言 注意几个速率问题 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 保持导体两端的电势差 电压 使电路有持续的电流 3 导线中的电场 导线内的电场线保持和导线平行 恒定电场 4 恒定电流 大小方向都不随