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第十一章 電路及其應用
第1節 電源和電流
電閃雷鳴時，強大的電流使天空不時發出耀眼的閃光，但它只能存在于一瞬間，而手電筒中的小燈泡卻能持續發光，這是為什么？
提示：雷電是云層間或云層與地之間的電壓達到一定值時將空氣擊穿所產生的放電現象，所形成的電流是瞬時電流。
手電筒中因為電源的作用，小燈泡中有持續電流而持續發光。
1.了解形成電流的條件，知道電源的作用和導體中的恒定電場。
2.理解電流的定義，知道電流的單位和方向；理解恒定電流。
3.會推導電流的微觀表達式，理解導體中中電荷的定向移動與電流之間的關系。
知識點一：電源
-
B
A
-
A
+
+
+
+
+
+
+
+
_
B
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_
_
當導體兩端存在電壓時，導體內建立了電場，導體中的自由電荷在電場力的作用下發生定向移動，形成電流。
自由電子的定向移動使兩個帶電體成為等勢體，達到靜電平衡，導線中會產生一個瞬時電流。
A
B
連通器
水勢A
水勢B
抽水機
水流
正極
負極
1.電源：能把自由電子從正極搬到負極的裝置；
2.作用:保持導體兩端的電勢差(電壓),使電路有持續的電流。
-
-
-
+
A
+
+
+
+
+
+
_
_
_
B
_
_
_
_
_
P
-
-
+
電源相當于抽水機
電源中電勢高的一極是正極，電勢低的一極是負極。
太陽電池
干電池
鉛蓄電池
鋰電池
電源是如何做到讓導線電流持續的呢
？
導體中自由電荷定向移動的原因
-
-
+
A
+
+
+
+
+
+
+
_
_
_
B
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_
_
_
_
P
M
N
E0
F
Fn
Ft
M
N
E0
E
E′
M
N
E
導線內很快形成沿導線方向的穩定電場
知識點二：恒定電源
1.恒定電場：
（1）定義：導線內的電場是由電源、導線等電路元件所積累的電荷共同形成的。盡管這些電荷也在運動，但有的流走了，另外的又來補充，所以電荷的分布是穩定的，電場的分布也穩定——恒定電場。
（2）特點：任何位置的電荷分布和電場強度都不會隨時間變化，基本性質與靜電場相同;
（3）適用情況：在靜電場中所講的電勢、電勢差及其與電場強度的關系同樣適用于恒定電場。
2.恒定電流
大小方向都不隨時間變化的電流稱為恒定電流。
恒定電場
電場強度不變
自由電子在各個位置的定向運動速率也不變
串一個電流表,讀數不會變
恒定電流
(1)恒定電流概念：大小方向都不隨時間變化的電流稱為恒定電流。
(3)物理意義:表示電荷流動的強弱程度（反映了電流的強弱程度的物理量）
(2)定義:通過導體橫截面的電荷量q跟通過這些電荷量所用時間t的比值叫做電流。（單位時間內通過導體橫截面積的電荷量）
(4)符號及單位：符號是I，單位有安培、毫安、微安(單位符號分別為A、mA、μA)．
1mA=10-3A 1μA=10-6A
－
＋
＋
＋
（5）方向：
－
－
效果一樣
哪邊算是電流方向呢？
正電荷定向移動的方向
金屬導體
－
－
－
與自由電子定向移動方向相反。
電解液
與正離子定向移動方向相同，與負離子定向移動方向相反。
注意：電流是標量，可以直接相加減。
3.電流的微觀解釋
①建立模型
如圖所示，AB表示粗細均勻的一段導體，兩端加一定的電壓，導體中的自由電荷沿導體定向移動的速率為v.設導體的長度為L，橫截面積為S，導體單位體積內的自由電荷數為n，每個自由電荷的電荷量為q.
②推導
導體AB中的自由電荷總數：N=nLS
總電荷量Q=Nq=nLSq
所有這些電荷都通過橫截面所需要的時間：t=
導體AB中電流為I===nqSv
③結論
由此可見，從微觀上看，電流決定于導體中單位體積內的自由電荷數、自由電荷的電荷量、導體的橫截面積以及自由電荷定向移動的速率。
I=nqSv
思考：既然電子的定向運動速率很小，為什么閉合開關時電路中的電燈立刻就亮了呢？
實際上，閉合開關的瞬間，電路中的各個位置以光速迅速建立了電場。隨著電場的建立，電路中各處的自由電子在靜電力的作用下幾乎同時開始做定向移動，整個電路也就幾乎同時形成了電流。
電子定向移動的速率約10-5m/s
電子熱運動的平均速率105m/s
電場的傳播速率3×108m/s
4.三種速率
電動汽車中的電池
電池放電時能輸出的總電荷量叫作電池的容量，通常以"安時"（A·h）或"毫安時"（mA·h）作單位。單體鋰離子電池的容量極為有限，為了滿足需要，常用由若干單體鋰離子電池構成的電池組。
STSE
1.關于電流，下列說法中正確的是 （ ）
A.通過導體截面的電量越多，電流越大
B.電子運動的速率越大，電流越大
C.單位時間內通過導體截面的電量越多，導體中的電流越大
D.因為電流有方向，所以電流是矢量
C
2.雷擊，指打雷時電流通過人、畜、樹木、建筑物等而造成殺傷或破壞，其中一種雷擊形式是帶電的云層與大地上某點之間發生迅猛的放電現象，叫作“直擊雷”。若某次發生“直擊雷”前瞬間云層所帶的電荷量為8C，雷擊時放電時間為200μs，則此次雷擊時的平均電流為（　　）
A．0.04A B．4×104A C．0.08A D．8×104A
B
3．在一段導體兩端加上電壓，已知在10s內通過此導體橫截面的電荷量是4C，則通過這段導體的電流是（　　）
A．40A B．2.5A
C．0.4A D．14A
C
4.有一橫截面積為S的銅導線，流經其中的電流強度為I；設每單位體積的導線中有n個自由電子，電子的電量為e，此電子的定向移動速率為v，在Δt時間內，通過導線橫截面的自由電子數可表示為 （ ）
A．nvS Δt
B．nv·Δt
C．IΔt /e
D． IΔt /eS
AC
1．電源的定義：能把電子從A搬運到B的裝置。
2.電源的作用：保持導體兩端的電勢差使電路有持續的電流。
3.恒定電流
（1）把大小、方向都不隨時間變化的電流叫作恒定電流。
（2）公式：
（3）方向：導體內正電荷定向移動的方向為電流的方向。
4.金屬導體中電流的計算式： I=neSV

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