1、第二章第二章 恒定电流恒定电流 电闪雷鸣时电闪雷鸣时,强大的电流使天空强大的电流使天空发出耀眼的闪光发出耀眼的闪光,但它只能存在于一但它只能存在于一瞬间瞬间,而手电筒中的小灯泡却能持续而手电筒中的小灯泡却能持续发光发光,这是为什么这是为什么?课前课前v 导体中的自由电荷在电场力的作用下发生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定向移动形成电流。(瞬时电流瞬时电流)1 1 、电流的形成电流的形成 电荷的热运动，从宏观上看，电荷的热运动，从宏观上看，不能形成电流不能形成电流电荷的热运动能不能形成电流？电荷的热运动能不能形成电流？v电荷的电荷的定向定向移动形成电流，可移动形成电流，可以
2、是正电荷、负电荷或同时定以是正电荷、负电荷或同时定向移动。向移动。v电流的方向是电流的方向是人为规定人为规定的的,就就是正电荷定向移动方向。是标是正电荷定向移动方向。是标量，遵循代数运算法则。量，遵循代数运算法则。2 2、持续电流的形成、持续电流的形成倘若在倘若在A,BA,B之间连接一个装置之间连接一个装置P,P,作用是不断地把电子作用是不断地把电子从从A A搬运到搬运到B B，使，使ABAB之间始终存在一定的电场，从而之间始终存在一定的电场，从而保持持续电流。保持持续电流。装置装置P P电源电源-BA-A+_B_等势体等势体3 3、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
3、两端存在电势差电势差AB水池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:搬运电荷搬运电荷使导体两端维持一定的电势差使导体两端维持一定的电势差(电压电压),),从而使电路有从而使电路有持续持续的电流的电流(电路必须闭合电路必须闭合).注意：注意：在电源在电源外外部的电路中，电流从电源部的电路中，电流从电源正正极流向极流向负负极；极；在电
4、源在电源内内部的电路中，电流从电源部的电路中，电流从电源负负极流向极流向正正极。极。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，使导体中有，使导体中有持持续续的电流的电流问：对于导体只要其两端电势差为问：对于导
5、体只要其两端电势差为0 0，电流也必为电流也必为0 0？-+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MNE0FFnFt二二.导线中的电场导线中的电场-+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MNE0FFnFtMNE0E0E 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导体内的电场线保持和导线平行保持和导线平行 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
6、(等势体等势体).).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，导线内的电场，是由是由电源、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布是稳定(动态平衡动态平衡)的，电场的，电场的分布也稳定。的分布也稳定。-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稳定定的电场称为恒定电场，其的电场称为恒定电场，其基本性质与静电场相同。基本性质与
7、静电场相同。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;导线内部有恒定电场，是导线内部有恒定电场，是电源电场和导线电源电场和导线侧面堆积电荷侧面堆积电荷形成的电场叠加形成的，而形成的电场叠加形成的，而且恒定电场是一种动态平衡；且恒定电场是一种动态平衡；恒定电场中任何位置的电场强度都不随时恒定电场中任何位置的电场强度都不随时间变化，所以它的基本性质与静电场相同，间变化，所以它的基本性质与静电场相同，在静电场中所讲的电势、电势差及其与电在静电场中所讲的电势、电势差及其与电场强度的关系等在恒定电场中同样适用，场强度的关系等在恒定电场中同样适用，但是恒定电场并不是静电场。但是恒定电场并不
8、是静电场。二二.导线中的电场导线中的电场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 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恒定电流的电流称为恒定电流.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跟通过这些电量所用跟通过这些电量所用时间时间t t的的比值比值叫做电流叫做电流 .公式公式:I=q/tI=q/t(宏观宏观)单位单位:国际单
9、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）方向方向:正电荷定向移动的方向正电荷定向移动的方向 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(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（电子）自由电荷（电子）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
10、向走向移动方向相反相反。v 导电时，是正负离子向相反方向定向移动形导电时，是正负离子向相反方向定向移动形成电流，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之和绝对值之和；(ZJ P(ZJ P4545 4)4)v当正负电荷同向移动时效果抵消，不产生电流。当正负电荷同向移动时效果抵消，不产生电流。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
11、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 对比练习：对比练习：ZJ PZJ P4545 5 5解析：这种情况不同于通过中间的某个界面，解析：这种情况不同于通过中间的某个界面，阴极只能吸收正电荷，阳极只能吸收负电荷，阴极只能吸收正电荷，阳极只能吸收负电荷，所以电荷量计算取单极绝对值。所以电荷量计算取单极绝对值。课堂训练课堂训练课堂训练课堂训练3 3、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5.05.010101818个二价正离子和个二价正离子和1.01.0101019
12、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，那么通过电解质溶液的电流强度是多大？电解质溶液的电流强度是多大？3.2 A 3.2 A 3 3决定决定电流大小的电流大小的微观微观量量 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上选取两上选取两个截面个截面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导体每单位体导体每单位体积内的自由电荷数为积内的自由电荷数为n n，每个电荷的电荷量为，每个电荷的电荷量为q q，电，电荷的定向移动速率为荷的定向移动速率为v v 则在时间则在时间t t内处于相距为内处于相距为 vt vt 的两截面的两截面B
13、 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=(VtS)nq Q=(VtS)nq 所形成的电流为所形成的电流为:I I=Q/t=nqSV=Q/t=nqSV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=8.9101
14、03 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,阿伏加德罗常数阿伏加德罗常数NNA A=6.02=6.0210102323molmol-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.vtvsvAIMvSN e57.5 10/m s 补充：补充：三种速度的区别三种速度的区别4.4.一段粗细均匀的金属导体的横截面积是一段粗细均匀的金属导体的
15、横截面积是S S，导体单，导体单位长度内的自由电子数为位长度内的自由电子数为n n，金属内的自由电子的，金属内的自由电子的电荷量为电荷量为e e，自由电子做无规则热运动的速率为，自由电子做无规则热运动的速率为v v0 0，导体中通过的电流为导体中通过的电流为I I，则下列说法中正确的有，则下列说法中正确的有 A A自由电子定向移动的速率为自由电子定向移动的速率为v v0 0 B B自由电子定向移动的速率为自由电子定向移动的速率为 C C自由电子定向移动的速率为真空中的光速自由电子定向移动的速率为真空中的光速c cD D自由电子定向移动的速率为自由电子定向移动的速率为 D5.5.如图所示，一根截
16、面积为如图所示，一根截面积为S S的均匀长直橡胶棒上均的均匀长直橡胶棒上均匀带有负电荷，每米电荷量为匀带有负电荷，每米电荷量为q q，当此棒沿轴线方，当此棒沿轴线方向做速度为向做速度为v v的匀速直线运动时，由于棒运动而形的匀速直线运动时，由于棒运动而形成的等效电流大小为成的等效电流大小为 A Avq vq C CqvS qvS B B D D A课堂训练课堂训练6 6、氢原子的核外只有一个电子，设、氢原子的核外只有一个电子，设电子在离原子核距离为电子在离原子核距离为R R的圆轨道的圆轨道上做匀速圆周运动。已知电子的电上做匀速圆周运动。已知电子的电荷量为荷量为e e，运动速率为，运动速率为v
17、v，求电子绕，求电子绕核运动的核运动的等效电流等效电流多大？多大？RevtqI2分析解答：所谓等效电流，就是把电子周期性的通分析解答：所谓等效电流，就是把电子周期性的通过圆周上各处形成的电流看成持续不断的通过圆过圆周上各处形成的电流看成持续不断的通过圆周上各处时形成的电流。周上各处时形成的电流。取电子运动轨道上任一截面，在电子运动一周的取电子运动轨道上任一截面，在电子运动一周的时间时间T T内，通过这个截面的电量内，通过这个截面的电量q=eq=e，由圆周运动，由圆周运动的知识有的知识有：T=根据电流的定义根据电流的定义 VR2RevtqI2课堂训练课堂训练7 7、关于电流的方向，下列叙述中正确
18、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金属导体中电流的方向就是自由电子定向移动的方向动的方向B B在电解质溶液中有自由的正离子和负离子，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荷定不论何种导体，电流的方向规定为正电荷定向移动的方向向移动的方向D D电流的方向有时与正电荷定向移动的方向相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同同，有时与负电荷定向移动的方向相同C CC1 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
19、 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(宏观宏观)I I=q/t=q/t （2 2）(微观微观)金属导体中电流的计算金属导体中电流的计算决定决定式式小结: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
