電源與電流第三章機械波一電源三電動勢二恒定電流一、電源（1）電源可使導線中的自由電荷在靜電力作用下發(fā)生定向移動形成電流；（2）電源能“搬運”電荷，保持導線兩端的電勢差，從而使電路中保持持續(xù)的電流。定義：電源是通過內部非靜電力做功把其他形式轉化為電勢能得裝置。電源的作用：①提供穩(wěn)定的電勢差；②把其他形式的能轉變?yōu)殡娔艿醚b置。內阻：電源內部也是由導體組成的，也有電阻，叫作電源的內阻，它是電源的另一個重要參數。一、電源描述電源的物理量：電動勢電動勢定義電動勢在數值上等于非靜電力把1C的正電荷在電源內從負極移送到正極所做的功。（電動勢在數值上等于電源未接入電路時兩極的電勢差）表達式物理意義反映電源把其他形式的能轉化成電能的本領大小的物理量，由電源的性質本身決定。說明電動勢是描述電源本身性質的物理量，并非電勢差二、恒定電流

微觀表達式：對于導體有I=nqvS，其中n為單位體積內的自由電子個數，S為導體的橫截面積，q為自由電荷的電荷量，v為自由電荷的定向移動速率。注：此公式適用于金屬導體。導體中有電流時的三種速率（1）電場傳播速率（或電流傳導速率）：它等于光速，電路一旦接通，電源就以光速在電路中各處建立了電場，整個電路上的電子幾乎同時受到電場力的作用而做定向移動。（2）無規(guī)則熱運動速率，常溫下電子熱運動速率的數量級約為105m/s。（3）自由電荷定向移動速率：它與導體中的電流，橫截面積大小以及自由電荷的密度有關。電路中電子定向移動速率的數量級約為10-4m/s——10-5m/s。電流微觀表達式推導過程根據電流的定義：單位時間通過橫截面積的電荷量。即I=Q/t取單位時間為研究過程通過橫截面積的帶電粒子所占的體積為vS這個體積內所包含的帶電粒子數為nvS這些粒子所帶的總電荷量nqvS因此，在研究的單位時間內容，通過橫截面積的電荷量為I=Q/t=nqvS/1，即I=nqSv。重點由電源，開關，可變電阻器構成的電路模型。在閉合電路中，電動勢勢維持電流流動的電學量，電動勢的方向規(guī)定為電源內部，從電源的負極指向電源的這正極，電動勢等于路端電壓與電壓之和，用公式表示即。E=U路+U內=IR+Ir式中，U路表示路端電壓（即電源加在外電路端的電壓）；U內表示電壓（即電池因內阻自行消耗的電壓）；I表示閉合電路的電流；R表示外電路總電阻（簡稱外阻）；r表示電源的內阻。對于確定的電源來說，電動勢E和內阻r都是一定的。若閉合電路中外電阻R增大，電流I偏會減小，內電壓U內減小，故路端電壓U路增大。若閉合電路中外電阻R減小，電流I便會增大，內電壓U內增大，故路端電壓U路減小，當外電路斷開，外電阻R無限大，電流I便會為零，內電壓U內也變?yōu)榱?，此時路端電壓就等于電源的電動勢。知識精講由電池，開關，燈泡組層的電路模型，當開關閉合時，電路形成通路，電池的電動勢形成了電壓，繼而產生了電場力，在電場力的作用下，處于電場內的電子便會定向移動，這就形成了電流。思維升華電壓的區(qū)別也就是與電勢差的區(qū)別電壓與電勢差是一樣的概念電壓與電動勢是兩個不同的物理量，電動勢是表明電源的一種特性的物理量，而電壓表明的是電場中兩點間電勢的差值。但它們的單位都是伏特（V），而且斷路時的路端電壓等于電源電動勢。電動勢與電勢差（電壓）是容易混淆的兩個概念。電動勢是表示非靜電力把單位正電荷從負極經電源內部移到正極所做的功與電荷量的比值；而電勢差則表示靜電力把單位正電荷從電場中的某一點移到另一點所做的功與電荷量的比值。它們是完全不同的兩個概念。雖然電動勢與電勢差（電壓）有區(qū)別，但電動勢和電勢差一樣都是標量。對于給定的電源來說，不管外電阻是多少，電源的電動勢總是不變的，而電源的路端電壓則是隨著外電阻的變化而變化的，它是表征外電路性質的物理量。電動勢和電壓雖然具有相同的單位，但它們是本質不同的兩個物理量。（1）它們描述的對象不同：電動勢是電源具有的，是描述電源將其他形式的能量轉化為電能本領的物理量，電壓是反映電場力做功本領的物理量。（2）物理意義不同：電動勢在數值上等于將單位電量正電荷從電源負極移到正極的過程中，其他形式的能量轉化成的電能的多少；而電壓在數值上等于移動單位電量正電荷時電場力作的功，就是將電能轉化成的其他形式能量的多少。它們都反映了能量的轉化，但轉化的過程是不一樣的。（3）二者做功的力不同：電壓是電場中兩點間的電勢差值,電場力在電場中移動單位正電荷所做的功就是電勢差,即電壓,W=UQ是電場力做的功,可見電壓U是與電場力做功相聯系的.電動勢是反映電源非靜電力做功這種特性的,它的數值大小等于電源非靜電力從電源負極向正極移送單位正電荷所做的功.在化學電源中非靜電力是與離子的溶解和沉淀過程相聯系的化學作用;在溫差電源中非靜電力是與溫差和電子濃度相聯的擴散作用;在普通發(fā)電機中非靜電力的作用是電磁作用.電動勢羅二即q中的平就是諸如以上這些非靜電力所做的功,所以電動勢g是與非靜電力做功相聯系的。（4）能量的轉化過程不同：電壓是電勢能變化的量度,是將電場能轉化為電荷機械能的過程.由于電勢在數值上等于單位正電荷在電場中具有的電勢能,電場中存在電壓,正電荷可以在電場力作用下通過做功由高電勢移向低電勢處,電勢能減小.電壓越高電勢能減小越大,那電勢能轉化為電荷運動機械能的值越大.與物體在重力場中自由下落重力勢能轉化為動能的情況相類似.而電動勢卻是非靜電力反抗電場力做功,轉化其他形式能量本領的量度.在閉合電路中某種非靜電力作用在被移動的電荷上,增加了電荷的電勢能,在此其他形式的能如化學能、太陽能、熱能、機械能等轉化為電能.不同的電源這種由非靜電力做功轉化為電能的本領不同,所以電動勢也不同.如化學電源的電動勢決定于溶液跟極板的性質,發(fā)電機的電動勢決定于電樞、磁場和它們的相對運動。（5）在電路中的因果關系不同：如果電路中沒有電源,即使有電壓,電流形成也很短暫,最后電壓也不會維持。沒有電源(電動勢),電流就如無源之水,電壓也不會穩(wěn)定.因此電路中各部分電壓的產生和維持都是以電動勢的存在為先決條件的.就拿兩個孤立帶電導體來看,也必須要先有非靜電性質的作用來遷移電荷,即必須先有電動勢,才談得上導體上有穩(wěn)定持續(xù)的電勢差(電壓)。（6）在給定電路中變與不變不同：對于一個給定的電源,一經制好,電動勢就固定不變,與外電路是否接通無關,也與外電路的組成情況無關而電路中的電壓卻要因外電路電阻的改變而改變,如并聯支路數目增減、電阻變化時將引起電路各部分電流、電壓重新分配,電壓將發(fā)生變化至于外電路斷開時的路端電壓在數值上等于電源電動勢,也只是這種分配的一個特殊結果,并不說明電壓就是電動勢。關于電源的作用，下列說法中正確的是（）A．電源的作用是能為電路持續(xù)地提供自由電荷B．電源的作用能直接釋放出電能C．電源的作用就是能保持導體兩端的電壓，使電路中有持續(xù)的電流D．電源的作用就是使自由電荷運動起來A、電源的作用不是為電路持續(xù)地提供自由電荷，導體中本身就有自由電荷．故A錯誤．B、電源的作用是使導體中產生電場，導體中的自由電荷受到電場力作用發(fā)生定向移動，從而使電路中產生持續(xù)的電流．電場力做功，消耗電能轉化為其他形式的能量，這一過程必須通過電路來完成，而電源不能直接釋放出電能．故B錯誤．C、電源的作用能使導體中產生電場，保持導體兩端的電壓，使電路中有持續(xù)的電流．故C正確．D、自由電荷本身也做無規(guī)則的運動，電源的作用使導體中的自由電荷受到電場力作用發(fā)生定向移動．故D錯誤．故選C下列關于電動勢的說法正確的是（）A.電源的電動勢跟電源內非靜電力做的功成正比，跟通過的電荷量成反比B.電動勢的單位跟電壓的單位一致，所以電動勢就是兩極間的電壓C.非靜電力做的功越多，電動勢就越大D.動勢越大，說明非靜電力在電源內部從負極向正極移送單位電荷量做功越多

有甲、乙兩個由同種金屬材料制成的導體，甲的橫截面積是乙的兩倍，而單位時間內通過導體橫截面的電荷量乙是甲的兩倍，以下說法中正確的是（）A．甲的電阻是乙電阻的一半B．通過乙導體的電流是通過甲導體電流的兩倍C．乙導體中自由電荷定向移動的速率是甲導體中的兩倍D．甲、乙兩導體中自由電荷定向移動的速率大小相等

某導體中的電流與它兩端電壓的關系如圖所示．下列分析正確的是（）A．當導體兩端的電壓為0時，電阻為0B．該導體的電阻隨電壓的增大而減小C．當導休兩端的電壓為0時，電流為0D．當導體兩端的電壓為2V時，導體消耗的電功率為0.8WA．因電阻是導體本身的一種性質，與兩端的電壓和通過的電流無關，故A不正確；B．由圖象可知，這是一個正比例函數圖象，該導體上電流與電壓成正比，但導體的電阻不變，故B不正確；C．由圖象上看出，當導體兩端的電壓為0時，電流為0，故C正確；D．當導體電壓為2V時，由圖象可以找到此時對應的電流0.4A，消耗的功率P=UI=2V×0.4A=0.8W，故D正確．故選CD