第3章恒定電流第1節(jié)電流人類通過對靜電場的研究不僅獲得了許多關(guān)于電現(xiàn)象的知識，而且形成了若干重要的電學(xué)概念和研究方法，成為電學(xué)理論的重要基礎(chǔ)。但是，無論在自然界還是生產(chǎn)和生活領(lǐng)域，更廣泛存在著的是電荷流動所引起的效應(yīng)。那么，電荷為什么會流動？電荷流動服從什么規(guī)律，產(chǎn)生哪些效應(yīng)？這些效應(yīng)對人類的生產(chǎn)、生活方式和社會進(jìn)步又起著怎樣的作用呢？從這節(jié)課開始，我們進(jìn)入第3章，進(jìn)行電流、電路及其應(yīng)用的學(xué)習(xí)。引入新課

為什么電閃雷鳴時，強大的電流能使天空發(fā)出耀眼的強光，但它只能存在于一瞬間，而手電筒中的小燈泡卻能持續(xù)發(fā)光？帶著這個問題，我們進(jìn)入今天

電流的課堂。

新課教學(xué)【學(xué)習(xí)目標(biāo)】

1．知道持續(xù)電流產(chǎn)生的條件，并能進(jìn)行微觀解釋．

2．了解電流速度(傳導(dǎo)速度)、自由電子熱運動的平均速率和電子漂移速度(即電子定向移動速度)．(難點)

3．知道電流的大小、方向和單位，理解電流的定義式I＝，并能用它進(jìn)行有關(guān)的計算．(重點)一、知識梳理1、電流的形成（1）．形成電流的條件：①自由電荷；②電壓．（2）．形成持續(xù)電流的條件：導(dǎo)體兩端有持續(xù)電壓．2、電流的速度（1）．電流的速度：等于電場的傳播速度，它等于3.0×108m/s.（2）．自由電子的運動速率：常溫下，金屬內(nèi)的自由電子以105

m/s的平均速率在無規(guī)則的運動．（3）．電子定向移動的速率：數(shù)量級大約是10－5m/s，被形象的稱為“電子漂移”．3、電流的方向（1）．電流的方向：正電荷的定向移動的方向規(guī)定為電流的方向．（2）．在電源外部的電路中電流的方向：從電源正極流向負(fù)極；在電源內(nèi)部的電路中電流的方向：從電源負(fù)極流向正極．4、電流的大小和單位（3）．單位：國際單位為安培，符號為A；常用單位有mA、μA，換算關(guān)系為1A＝103mA＝106

μA.（4）．直流電：方向不隨時間改變的電流叫作直流電．（1）．定義：在單位時間內(nèi)通過導(dǎo)體任一橫截面的電荷量稱為電流．（2）．定義式：I＝.恒定電流：方向和強弱都不隨時間改變的電流叫作恒定電流．(1)金屬導(dǎo)體中電子定向移動的速率很小，遠(yuǎn)小于光速．(

)(2)加上電壓后，導(dǎo)體中的電場是以光速3.0×108m/s.傳播的．(

)(3)導(dǎo)體中的自由電荷是在導(dǎo)體中的電場施加的電場力作用下做定向移動的．(

)(4)電流既有大小又有方向，矢量．(

)(5)由I＝可知，I與q成正比，與t成反比.(

)[判斷正誤]二、合

作

探

究

1.對

的理解電流定義式電流方向①I＝是單位時間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量，橫截面是整個導(dǎo)體的橫截面，不是單位截面積②當(dāng)電解質(zhì)溶液導(dǎo)電時，q為通過某一橫截面的正、負(fù)電荷量絕對值的和③I與q、t均無關(guān)電流方向與正電荷定向移動方向相同，和負(fù)電荷定向移動方向相反(金屬導(dǎo)體中電流的方向與自由電子定向移動方向相反)2.對三種速率的理解

電子定向移動的速率電子熱運動的速率電流傳導(dǎo)的速率物理意義電流就是由電荷的定向移動形成的，電流I＝neSv，其中v就是電子定向移動的速率，一般為10－5m/s的數(shù)量級構(gòu)成導(dǎo)體的電子在不停地做無規(guī)則熱運動，由于熱運動向各個方向運動的機(jī)會相等，故不能形成電流，常溫下電子熱運動的速率數(shù)量級為105m/s等于光速，閉合開關(guān)的瞬間，電路中各處以真空中光速c建立恒定電場，在恒定電場的作用下，電路中各處的自由電子幾乎同時開始定向移動，整個電路也幾乎同時形成了電流大小10－5m/s105m/s3×108m/s3.電流強度的微觀表達(dá)式（1）建立模型：如圖所示，導(dǎo)體長為l，兩端加一定的電壓，導(dǎo)體中的自由電荷沿導(dǎo)體定向移動的速率為v，設(shè)導(dǎo)體的橫截面積為S，導(dǎo)體每單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)為n，每個自由電荷的電荷量為q.（2）理論推導(dǎo)：AD導(dǎo)體中的自由電荷總數(shù)：N＝nlS.總電荷量Q＝Nq＝nlSq.所有這些電荷都通過橫截面D所需要的時間：t＝

.根據(jù)公式q＝It可得：導(dǎo)體AD中的電流：I＝

＝nqSv.（3）結(jié)論：從微觀上看，電流決定于導(dǎo)體中單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)、每個自由電荷的電荷量、定向移動速率的大小，還與導(dǎo)體的橫截面積有關(guān)．

例題透析例1某電解質(zhì)溶液，如果在1s內(nèi)共有5.0×1018個二價正離子和1.0×1019個一價負(fù)離子通過某橫截面，那么通過電解質(zhì)溶液的電流是多大？

解析：1s內(nèi)通過橫截面正離子的電荷量為q1=2n1e，

負(fù)離子的電荷量絕對值為q2=n2e，

則電流為，將n1=5×1018個，n2=1×1019個，e=1.6×10-19C

代入解得，I=3.2A．

答案：通過電解質(zhì)溶液的電流是3.2A例2.(多選)關(guān)于電流的速度，下列說法正確的是(

)A．電荷的定向移動形成電流，所以電流的傳導(dǎo)速率等于自由電荷定向移動的速率B．電流的傳導(dǎo)速率等于自由電荷的無規(guī)則熱運動的速率C．電流的傳導(dǎo)速率等于電場的傳播速率D．電流的傳導(dǎo)速率近似等于光速

解析：

電流的傳導(dǎo)速率等于電場的傳播速率，近似等于光速c，大于自由電荷定向移動的速率和自由電荷無規(guī)則熱運動的速率，故選項A、B錯誤，選項C、D正確．

答案：CD課堂訓(xùn)練1．(多選)對電流的理解，下列說法正確的是(

)A．在電解液中有自由的正離子和負(fù)離子，電流的方向不能確定B．對于導(dǎo)體，只要其兩端電勢差為零，電流也必為零C．通過導(dǎo)體橫截面的電荷量的多少就是電流的大小D．恒定電流是由恒定電場產(chǎn)生的

解析：

電流是有方向的，電流的方向是人為規(guī)定的，物理上規(guī)定正電荷定向移動的方向為電流的方向，則負(fù)電荷定向移動的方向一定與電流的方向相反，則A錯誤；對于導(dǎo)體，其兩端電勢差為零時，導(dǎo)體內(nèi)無電場，自由電子不能定向運動，故電流為零，B正確；根據(jù)電流的概念，電流是單位時間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量，C錯誤；恒定電流是由導(dǎo)體兩端穩(wěn)定的電壓形成的，電源的作用就是在導(dǎo)體兩端加上穩(wěn)定的電壓，從而在導(dǎo)體內(nèi)部形成恒定電場而產(chǎn)生恒定電流，D正確．

答案：BD2．電路中每分鐘有6×1013個自由電子通過橫截面積為0.64×10－6m2的導(dǎo)線，那么電路中的電流是(

)A．0.016μA

B．1.6mAC．16μA D．0.16μA

答案：D

答案：D4.若氫原子的核外電子繞核作半徑為r的勻速圓周運動，則其角速度ω=__________；電子繞核的運動可等效為環(huán)形電流，則電子運動的等效電流I=__________。（已知電子的質(zhì)量為m，電量為e，靜電力恒量用k表示）電子繞核運動的向心力等于庫侖力