第十一章

電路及其應(yīng)用

11.1電源和電流問(wèn)題導(dǎo)入

電閃雷鳴時(shí)，強(qiáng)大的電流使天空不時(shí)發(fā)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(xù)發(fā)光，這是為什么?瞬間的閃光持續(xù)的發(fā)光電流：電荷的定向移動(dòng)形成了電流回顧：根據(jù)初中學(xué)習(xí)，電流是如何形成的？形成電流前導(dǎo)體中有自由電子嗎？他們?cè)谧鍪裁催\(yùn)動(dòng)？有，在永不停息的做無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)

通常情況下，金屬中的自由電子不斷地做無(wú)規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)，它們朝任何方向運(yùn)動(dòng)的機(jī)會(huì)都一樣。從宏觀上看，沒(méi)有電荷（自由電子）的定向移動(dòng)，因而也沒(méi)有電流。1.怎么樣才能讓電荷定向移動(dòng)呢？+________B+++++++A-BA電勢(shì)差等勢(shì)體形成瞬間電流自由電子定向運(yùn)動(dòng)一、電源2.怎么樣才能得到持續(xù)的電流呢？水流水勢(shì)A水勢(shì)B瞬時(shí)的水流類比連通管的水流抽水機(jī)水流水勢(shì)A水勢(shì)B持續(xù)的水流2.怎么樣才能得到持續(xù)的電流呢？AB導(dǎo)體之間裝上“抽水機(jī)P”瞬時(shí)的電流持續(xù)的電流電源：能把自由電子從正極搬到負(fù)極的裝置。作用：保持導(dǎo)體兩端的電勢(shì)差(電壓)--+A+++++++___B_____PMNE0FFnFtMN

導(dǎo)線內(nèi)很快形成沿導(dǎo)線方向的穩(wěn)定電場(chǎng)盡管這些電荷也在運(yùn)動(dòng)，但有的流走了，另外的又來(lái)補(bǔ)充，所以電荷的分布是穩(wěn)定的，電場(chǎng)的分布也穩(wěn)定。導(dǎo)體中自由電荷定向移動(dòng)的原因恒定電場(chǎng)MNE0EE′二、恒定電流--+A+++++++___B_____PMNE0FFnFtMN

導(dǎo)體中自由電荷定向移動(dòng)的原因恒定電場(chǎng)MNE0EE′二、恒定電流

A、B周圍空間的電場(chǎng)是由電源、導(dǎo)線等電路元件所積累的電荷共同形成的。導(dǎo)體內(nèi)的電場(chǎng)線保持與導(dǎo)線平行由穩(wěn)定分布的電荷產(chǎn)生穩(wěn)定的電場(chǎng)稱為恒定電場(chǎng).思考：在這樣的恒定電場(chǎng)中，電子做什么運(yùn)動(dòng)？

總體來(lái)看，自由電荷既受到電場(chǎng)力的加速，又與一些不容易移動(dòng)的粒子碰撞減速，定向運(yùn)動(dòng)的平均速率不隨時(shí)間變化。如果在電路中串聯(lián)一個(gè)電流表，電流表的讀數(shù)將保持恒定。恒定電流：大小、方向都不隨時(shí)間變化的電流.導(dǎo)體中自由電荷定向移動(dòng)的原因恒定電場(chǎng)電場(chǎng)中自由電子受電場(chǎng)力大小不變自由電子在電路中定向移動(dòng)的速率也不變串一個(gè)電流表,讀數(shù)不會(huì)變恒定電流二.恒定電流電流(I)1)定義:通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電量q跟通過(guò)這些電量所用時(shí)間t的比值.

1A的物理意義：（1秒鐘約有600億億個(gè)電子通過(guò)）2)公式:3)單位:國(guó)際單位安培(A)1A=1C/s4)方向:正電荷定向移動(dòng)的方向。標(biāo)量一秒內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量為1C2A3A定義式：適用于任何電荷定向移動(dòng)形成的電流在電源外部,電流從正極流向負(fù)極；電源的內(nèi)部,電流從負(fù)極流向正極；－＋＋＋電流方向：－－效果一樣哪邊算是電流方向呢？正電荷定向移動(dòng)的方向金屬導(dǎo)體－－－與自由電子定向移動(dòng)方向相反。電解液與正離子定向移動(dòng)方向相同，與負(fù)離子定向移動(dòng)方向相反。注意：電流是標(biāo)量，可以直接相加減。

q的物理意義：通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量金屬導(dǎo)體－－－找到它的電荷量就行－＋＋＋－－電解液每秒1C每秒2C＋＋＋即相當(dāng)于3C的正電荷從左往右運(yùn)動(dòng)，效果是一樣的。q=1C+2C=3C新能源汽車快充電流：60A手機(jī)快充電流：5A智能手環(huán)待機(jī)電流：5.0*10-4A電子手表電流：2.0*10-7A1A=103mA=106μA毫安（mA）、微安（μA）高壓電電流：200-1000A閃電電流能達(dá)到20000A猜一猜電流有多大人類的安全電流：0.01A

珍愛(ài)生命，安全用電根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，我國(guó)每年因觸電造成死亡人數(shù)均超過(guò)8000人

在金屬導(dǎo)體中，若10s內(nèi)通過(guò)橫截面的電量為10C，則導(dǎo)體中的電流為_(kāi)_______A；

在電解液中，電流方向與正離子定向移動(dòng)方向相同，與負(fù)離子走向移動(dòng)方向相反．導(dǎo)電時(shí)，是正負(fù)離子向相反方向定向移動(dòng)形成電流，電量q表示通過(guò)截面的正、負(fù)離子電量絕對(duì)值之和。

某電解槽橫截面積為0.5m2，若10s內(nèi)沿相反方向通過(guò)橫截面的正負(fù)離子的電量均為10C，則電解液中的電流為_(kāi)___A．小試牛刀123.原子中的電子繞原子核的運(yùn)動(dòng)可以等效為環(huán)形電流。設(shè)氫原子的電子以速率v在半徑為r的圓周軌道上繞核運(yùn)動(dòng)，電子的電荷量為e，等效電流有多大？課堂練習(xí)1.建立模型

一段粗細(xì)均勻的導(dǎo)體長(zhǎng)為l，兩端加一定的電壓，自由電荷定向移動(dòng)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(gè)自由電荷量為q。電流的微觀表達(dá)式2.理論推導(dǎo)故導(dǎo)體AB中的電流導(dǎo)體中的自由電荷數(shù)總電荷量所有這些電荷通過(guò)橫截面所需要的時(shí)間lS通常：電子定向移動(dòng)的平均速率約為10-4m/s-------思考：既然電子的定向運(yùn)動(dòng)速率很小，為什么閉合開(kāi)關(guān)時(shí)電路中的電燈立刻就亮了呢？

實(shí)際上，閉合開(kāi)關(guān)的瞬間，電路中的各個(gè)位置以光速迅速建立了電場(chǎng)。隨著電場(chǎng)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(shí)開(kāi)始做定向移動(dòng)，整個(gè)電路也就幾乎同時(shí)形成了電流。電子定向移動(dòng)的速率約10-5m/s電子熱運(yùn)動(dòng)的平均速率105m/s電場(chǎng)的傳播速率3×108m/s五、三種速率拓展學(xué)習(xí)：電流的微觀解釋-------通常情況下：金屬中的自由電子不斷做無(wú)規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)，平均速率105m/s

→電路中無(wú)電流在導(dǎo)體兩端加上電壓：電場(chǎng)以光速（3×108m/s）在導(dǎo)體中形成電壓-----+++++→電子在電場(chǎng)的作用下定向移動(dòng)，形成電流通常：電子定向移動(dòng)的平均速率約為10-4m/s電動(dòng)汽車中的電池

電池放電時(shí)能輸出的總電荷量叫作電池的容量，通常以"安時(shí)"（A·h）或"毫安時(shí)"（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(gòu)成的電池組。STSE1A·h電荷量是多少？1A·h=1×3600C=3600C例2：關(guān)于電流，下列說(shuō)法中正確的是（）A.通過(guò)導(dǎo)體截面的電量越多，電流越大B.電子運(yùn)動(dòng)的速率越大，電流越大C.單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體截面的電量越多，導(dǎo)體中的電流越大D.因?yàn)殡娏饔蟹较?，所以電流是矢量C例1：一條導(dǎo)線中電流為50μA，在3.2s內(nèi)通過(guò)這條導(dǎo)線某一橫截面的電荷量是多少庫(kù)倫？有多少個(gè)電子通過(guò)該橫截面？解：根據(jù)電流公式：q=It代入解得：n=1015個(gè)而q=電子數(shù)目乘以電子電量=ne=50×10-6×3.2C=1.6×10-4C1、某手機(jī)的說(shuō)明書(shū)標(biāo)明該手機(jī)電池容量為4000mA·h，待機(jī)時(shí)間為22d，說(shuō)明書(shū)還標(biāo)明，用該手機(jī)播放視頻的時(shí)間是17