导体中的电场和电流

1、 电闪雷鸣时电闪雷鸣时, ,强大的电流使天空发强大的电流使天空发 出耀眼的闪光出耀眼的闪光, ,但它只能存在于一瞬但它只能存在于一瞬 间间, ,而手电筒中的小灯泡却能持续发而手电筒中的小灯泡却能持续发 光光, ,这是为什么这是为什么? ? 电流的形成电流的形成 1 1电流：电流： 电荷的热运动，从宏观上看，不能电荷的热运动，从宏观上看，不能 形成电流形成电流 电荷的定向移动形成电流电荷的定向移动形成电流 - B A - A + + + + + + _ B _ _ _ _ _ _ _ 等势体等势体 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 A B 水池

2、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 抽水机抽水机 - - - + A + + + + + _ _ _ B _ _ _ _ _ P - - 一.电源 1. 1.能把自由电子从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. . 形成电流的条件形成电流的条件： （1 1）存在）存在自由电荷自由电荷 金属导体金属导体自

3、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，导体内建立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，形成电流用下发生定向移动，形成电流 电源的作用是电源的作用是保持保持导体两端的导体两端的电压电压，使，使 导体中有导体中有持续持续的电流的电流 - - + 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 M N E0 F Fn Ft 二二. .导线中的电场导线中

4、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 M N E0 F Fn Ft M N E0 E0 E M N E 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 二二. .导线中的电场导线中的电场 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 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). )

5、.这与我们现在的说法这与我们现在的说法 有矛盾吗有矛盾吗? ?为什么为什么? ? 思考题思考题 导线内的电场，是由电源、导线内的电场，是由电源、 导线导线 等电路元件所积累的电等电路元件所积累的电 荷共同形成的。尽管这些电荷荷共同形成的。尽管这些电荷 也在运动，但也在运动，但有的流走了，另有的流走了，另 外的又来补充外的又来补充，所以电荷的分，所以电荷的分 布是稳定的，电场的分布也稳布是稳定的，电场的分布也稳 定。定。-恒定电场恒定电场 恒定电场恒定电场 由由稳定分布稳定分布的电荷产生的电荷产生 稳定稳定的电场称为恒定电场的电场称为恒定电场. . 恒定电场恒定电场 电场强度不变电场强度不变 自

6、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 三三. .恒定电流恒定电流 1. 1.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称为的电流称为 恒定电流恒定电流. . 2. 2.电流电流( (I I): ):表示电流的强弱程度表示电流的强弱程度. . 定义定义: :通过导体横截面的电量通过导体横截面的电量q q跟通过这些跟通过这些 电量所用时间电量所用时间t t的比值叫做电流的比值叫做电流 . . 公式公式: :I I= q / t= q / t 单位单位: :国际单位国际单位 安培安培(

7、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） 方向方向: :正电荷定向移动的方向正电荷定向移动的方向 （1 1）适用于）适用于任何电荷任何电荷的定向移动形成的电流。的定向移动形成的电流。 （2 2）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（电自由电荷（电 子）子）的定向移动方向的定向移动方向相反相反； （3 3）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导电 时，是正负离子向相反方向定向移动形成电流，时，是

8、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绝对值 之和之和。 注意注意 1 1、在金属导体中，若、在金属导体中，若10s10s内通过横截面的电量内通过横截面的电量 为为10C10C，则导体中的电流为，则导体中的电流为_A_A； 1A1A 2 2、某电解槽横截面积为、某电解槽横截面积为0.5m0.5m2 2，若，若10s10s内沿相反内沿相反 方向通过横截面的正负离子的电量均为方向通过横截面的正负离子的电量均为10C10C， 则电解液中的电流为则电解液中的电流为_A_A 2A2A 课堂训练课堂训练 3 3决定电流大小的微观量

9、决定电流大小的微观量 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上选取两个上选取两个 截面截面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导体每单位体积导体每单位体积 内的自由电荷数为内的自由电荷数为n n，每个电荷的电荷量为每个电荷的电荷量为q q，电荷电荷 的定向移动速率为的定向移动速率为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间的所有间的所有 自由电荷将通过截面自由电荷将通过截面C C 已知：已知：n n为单位体积为单位体积内的自由电荷的个数，内的自由电荷的个数， S S为导线的横截面积，为

10、导线的横截面积，v v为自由电荷的为自由电荷的 定向移动速率定向移动速率 . . 在时间在时间t t内通过导体某截面的电量为内通过导体某截面的电量为: : Q=( Q=(VtS)nqVtS)nq 所形成的电流为所形成的电流为: : I I=Q/t=Q/t=nqSVnqSV 例题例题: :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, ,通过的电通过的电 流流I I=1A,=1A,已知铜的密度已知铜的密度=8.9=8.910103 3kg/mkg/m3 3, ,铜的摩铜的摩 尔质量尔质量M=6.4M=6.41010-2 -2kg/mol, kg/mol,阿伏加德罗常数阿

11、伏加德罗常数 NNA A=6.02=6.02101023 23mol mol-1 -1, ,电子的电量电子的电量e=-1.6e=-1.61010-19 -19C C, , 求铜导线中自由电子定向移动的速率求铜导线中自由电子定向移动的速率. .可认为铜可认为铜 导线中平均每个铜原子贡献一个自由电子导线中平均每个铜原子贡献一个自由电子. . vt v s v A IM v SN e 5 7.5 10/m s 思考题思考题 如果认为电子的定向运动速率就如果认为电子的定向运动速率就 是电流的传导速率，和我们的生活是电流的传导速率，和我们的生活 经验是否相符？怎样解释？经验是否相符？怎样解释？ 电子定向

12、移动的速率约电子定向移动的速率约10 10 -5 -5 m/s m/s， 电子热运动的平均速率电子热运动的平均速率10 10 5 5 m/sm/s， 电场的传播速率电场的传播速率3 310 10 8 8 m/sm/s. . 1 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导线内的电场线保持和导线平 行行.( .(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

13、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: nqsvI 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 课堂训练课堂训练 3 3、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金属

14、导体中电流的方向就是自由电子定 向移动的方向向移动的方向 B B在电解质溶液中有自由的正离子和负离在电解质溶液中有自由的正离子和负离 子，电流方向不能确定子，电流方向不能确定 C C不论何种导体，电流的方向规定为正电不论何种导体，电流的方向规定为正电 荷定向移动的方向荷定向移动的方向 D D电流的方向有时与正电荷定向移动的方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向相同，有时与负电荷定向移动的方向相 同同 C C 课堂训练课堂训练 4 4、某电解质溶液，如果在、某电解质溶液，如果在1 s1 s内共有内共有 5.05.0101018 18个二价正离子和 个二价正离子和1.01.0101019 19个 个 一价负离子通过某横截面，那么通过一价负离子通过某横截面