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第十一章 電路及其應用
第1節 電源和電流
雷鳴電閃時，強大的電流使天空發出耀眼的閃光，但它只能存在于一瞬間，而手電筒的小燈泡卻能持續發光，這是為什么？
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。
01 電源
用導線連接兩個分別帶正、負電荷的導體，導線中有沒有電流通過？為什么？
-
H
A
B
產生瞬時電流
1.導體產生電流的條件：
(1)導體內有自由電子
(2)導體兩端有電勢差
思考：怎么樣才能得到持續的電流呢？
水流
水勢A
水勢B
瞬時的水流
類比連通管的水流
抽水機
水流
水勢A
水勢B
持續的水流
AB導體之間裝上“抽水機P”
瞬時的電流
持續的電流
2.電源
(1)定義：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。
搬運電荷的過程就是克服靜電力做功，從其他形式的能轉化為電能。
3.常見的電源
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
02 恒定電流
1.恒定電場
(1)形成：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。
(2)定義：由穩定分布的電荷產生穩定的電場稱為恒定電場。
(3)特點：①恒定電場 ≠ 勻強電場；
②任何位置的電場都不隨時間變化；
③導體內恒定電場方向沿導體切線方向；
本質：動態平衡
2.恒定電流：大小、方向都不隨時間變化的電流。
導體中自由電荷定向移動的原因
-
-
+
A
+
+
+
+
+
+
+
_
_
_
B
_
_
_
_
_
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
由于恒定電場的作用,導體中自由電荷定向運動的速率增加;而在運動過程中會與導體內不動的粒子碰撞從而減速,因此自由電荷定向運動的平均速率不隨時間變化.如果我們在這個電路中串聯一個電流表,電流表的讀數保持恒定。
恒定電流：大小、方向都不隨時間變化的電流
（3）公式：
（2）物理意義:表示電流的強弱程度
（1）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）單位:
國際單位
安培(A) 1A=1C/s
常用單位：毫安（mA）、微安（μA）
定義式：適用于任何電荷定向移動形成的電流
2.恒定電流
（5）說明:
①電流方向：規定正電荷定向移動的方向為電流方向。
在電源外部,電流從正極流向負極；電源的內部,電流從負極流向正極；
②金屬導體中電流的方向與自由電子定向移動的方向相反。
③電解液中正、負離子定向移動方向雖然相反，但正、負離子定向移動形成的電流方向是相同的，此時：
④電流強度雖然有大小和方向，是標量。
I
（1）建立模型：一段粗細均勻的導體長為l，兩端加一定的電壓，自由電荷定向移動的速率為v，設導體的橫截面積為S，導體每單位體積內的自由電荷數為n，每個自由電荷量為q。
（2）理論推導
故導體AB中的電流
導體中的自由電荷數
總電荷量
所有這些電荷通過橫截面所需要的時間
l
S
3.電流的微觀表達式
【例題】有一條橫截面積S=1 mm2的銅導線,通過的電流I=1 A,已知銅的密度ρ=8.9×103kg/m3,銅的摩爾質量M=6.4×10-2 kg/mol,阿伏加德羅常數NA=6.02×1023 mol-1,電子的電量e=-1.6×10-19 C,求銅導線中自由電子定向移動的速率。可認為銅導線中平均每個銅原子貢獻一個自由電子。
【解析】設自由電子在導線內定向移動的速率是v。取一段導線（如圖），自由電子從它的左端定向移動到右端的時間為t，則這段導線的長度為vt，體積為vtS，質量為ρvtS，則這段導線中的原子數為
則這段導線中的自由電子數也為n，
t時間內通過導體橫截面的電荷量:
把這個式子代入 ,得
解得
vt
v
S
v
（3）三種速率的比較：
比較項 物理意義 速度/(m·s-1)
自由電子定向移動的平均速率　 金屬導體內自由電子的定向移動形成電流，電流與自由電子定向移動的平均速率的關系為 I＝neSv 10－4
電流的傳導速率 等于光速。電路接通，導線內以光速c形成恒定電場，各處的自由電子幾乎同時開始定向移動形成電流。 3×108
電子熱運動的速率 導體內電子不停地做無規則的熱運動，由于向各個方向運動的機會均等，不能形成電流。 105
1.關于電源的作用，下列說法中正確的是（ ）
A.它能為電路持續地提供自由電荷；
B.它能直接釋放出電能；
C.它能保持導體兩端的電壓，使電路中有持續的電流；
D.它能使自由電荷運動起來。
C
2.關于導體中的電場，下列說法中正確的是（ ）
A.它是由電源兩極在空間直接形成的；
B.它是導線上的堆積電荷所形成的；
C.導線內的電場線最終和導線平行；
D.它的分布隨著電荷的移動而隨時間變化。
C
3.如圖所示的是電解池，在1s的時間內，共有3C的正離子和3C的負離子通過截面xy，則這個電路中的電流大小是（　　）
A．0 B．1.5 A
C．3 A D．6 A
D
4.有一條橫截面積為S的導體，通過的電流為I，該導體內單位長度內自由電荷數為n，每個自由電荷的電量為q，以下說法中正確的是（ ）
A.該導體自由電荷定向移動的速率為 ，該速率很小，遠小于光速
B.該導體自由電荷定向移動的速率為 ，該速率很大，等于光速
C.該導體自由電荷定向移動的速率為 ，該速率很小，遠小于光速
D.該導體自由電荷定向移動的速率為 ，該速率很大，等于光速
A

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