1、2.1、導(dǎo)體中的電場和電流,第二章 直流電路,雷鳴閃電時,強(qiáng)大的電流使天空發(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?,一、電流的形成,1電流：,電荷的熱運(yùn)動，從宏觀上看，不能形成電流,電荷的定向移動形成電流,_,等勢體,2.導(dǎo)體中產(chǎn)生電流的條件:導(dǎo)體兩端存在電勢差,導(dǎo)體中自由電子的定向移動使兩個帶電體成為等勢體，達(dá)到靜電平衡，導(dǎo)線R中會產(chǎn)生一個瞬時電流,抽水機(jī),R,R,二、電源,1.能把自由電子從正極搬到負(fù)極的裝置.,2.作用:保持導(dǎo)體兩端的電勢差(電壓),使電路有持續(xù)的電流.,3.常見的電源：電池、發(fā)電機(jī),形成電流的條件：,（1）存在自由電荷 金屬導(dǎo)體

2、自由電子 電解液正、負(fù)離子 （2）導(dǎo)體兩端存在電壓 當(dāng)導(dǎo)體兩端存在電壓時，導(dǎo)體內(nèi)建立了電場，導(dǎo)體中的自由電荷在電場力的作用下發(fā)生定向移動，形成電流 電源的作用是保持導(dǎo)體兩端的電壓，使導(dǎo)體中有持續(xù)的電流,-,-,+,A,+,+,+,+,+,+,+,_,_,_,B,_,_,_,_,_,P,假設(shè)在電源正、負(fù)極之間連一根導(dǎo)線,三、恒定電場,-,-,+,A,+,+,+,+,+,+,+,_,_,_,B,_,_,_,_,_,P,M,N,E0,F,Fn,Ft,導(dǎo)線內(nèi)很快形成沿導(dǎo)線方向的電場,三、恒定電場,導(dǎo)體內(nèi)的電場線保持和導(dǎo)線平行,假設(shè)在電源正、負(fù)極之間連一根導(dǎo)線,我們在上一章中曾經(jīng)得出結(jié)論:在靜電平衡時,

3、導(dǎo)體內(nèi)部的場強(qiáng)為零,導(dǎo)體上任意兩點(diǎn)之間的電勢差為零(等勢體).這與我們現(xiàn)在的說法有矛盾嗎?為什么?,思考題,導(dǎo)線內(nèi)的電場，是由電源、導(dǎo)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(yùn)動，但有的流走了，另外的又來補(bǔ)充，所以電荷的分布是穩(wěn)定的，電場的分布也穩(wěn)定。-恒定電場,恒定電場,由穩(wěn)定分布的電荷產(chǎn)生穩(wěn)定的電場稱為恒定電場.,區(qū)別：,靜電場,靜電場與穩(wěn)恒電場的異同,靜止電荷產(chǎn)生,電荷可以運(yùn)動(靜止和運(yùn)動電荷共同產(chǎn)生),穩(wěn)恒電場,導(dǎo)體內(nèi)E=0,導(dǎo)體內(nèi)E可以0,不需消耗能量來維持,需消耗能量來維持,相同：,場的分布不隨時間變化,靜電場可看成是穩(wěn)恒電場的特例。,恒定電場,電場強(qiáng)度不變,自由電子在

4、各個位置的定向運(yùn)動速率也不變,串一個電流表,讀數(shù)不會變,四、恒定電流,1、大小方向都不隨時間變化的電流稱為恒定電流.,2、電流(I):表示電流的強(qiáng)弱程度. 定義:通過導(dǎo)體橫截面的電量q跟通過這些電量所用時間t的比值叫做電流 . 公式:I= q / t 單位:國際單位 安培(A) 1A=1C/s 常用單位：毫安（mA）、微安（A） 方向:正電荷定向移動的方向,電流是標(biāo)量它的運(yùn)算不遵循平行四邊形定則,（1）適用于任何電荷的定向移動形成的電流。 （2）在金屬導(dǎo)體中，電流方向與自由電荷（電子）的定向移動方向相反； （3）在電解液中，電流方向與正離子定向移動方向相同，與負(fù)離子定向移動方向相反導(dǎo)電時，是正

5、負(fù)離子向相反方向定向移動形成電流，電量q表示通過截面的正、負(fù)離子電量絕對值之和。,注意,1、在金屬導(dǎo)體中，若10s內(nèi)通過橫截面的電量為10C，則導(dǎo)體中的電流為_A； 1A 2、某電解槽橫截面積為0.5m2，若10s內(nèi)沿相反方向通過橫截面的正負(fù)離子的電量均為10C，則電解液中的電流為_A 2A,課堂訓(xùn)練,3決定電流大小的微觀量,在加有電壓的一段粗細(xì)均勻的導(dǎo)體AD上選取兩個截面B和C，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，每個電荷的電荷量為q，電荷的定向移動速率為v 則在時間t內(nèi)處于相距為 vt 的兩截面B、C間的所有自由電荷將通過截面C ,已知：n為單位體積內(nèi)的自由電荷的個數(shù)，S

6、為導(dǎo)線的橫截面積，v為自由電荷的定向移動速率 . 在時間t內(nèi)通過導(dǎo)體某截面的電量為: Q=(VtS)nq 所形成的電流為: I=Q/t=nqSV,例題:有一條橫截面積S=1mm2的銅導(dǎo)線,通過的電流I=1A,已知銅的密度=8.9103kg/m3,銅的摩爾質(zhì)量6.410-2kg/mol,阿伏加德羅常數(shù)NA=6.021023mol-1,電子的電量e=-1.610-19C .在這個問題中可認(rèn)為銅導(dǎo)線中平均每個銅原子貢獻(xiàn)一個自由電子.求銅導(dǎo)線中自由電子定向移動的速率.,解：設(shè)自由電子在導(dǎo)線內(nèi)定向移動的速率是v,取一段導(dǎo)線如圖，自由電子從它的左端定向移動到右端所用的時間記為t,則這段導(dǎo)線的長度為vt、體

7、積為vtS、質(zhì)量為vtS這段導(dǎo)線中的原子數(shù)為,由于導(dǎo)線中每個銅原子貢獻(xiàn)一個自由電子，所以這段導(dǎo)線中的自由電子數(shù)目與銅原子的數(shù)目相等，也等于n,因?yàn)闀r間t內(nèi)這些電子全部通過右端橫截面，因此通過橫截面的電荷量是,q,v,S,思考題,如果認(rèn)為電子的定向運(yùn)動速率就是電流的傳導(dǎo)速率，和我們的生活經(jīng)驗(yàn)是否相符？怎樣解釋？,電子定向移動的速率約10 -5 m/s， 電子熱運(yùn)動的平均速率10 5 m/s， 電場的傳播速率310 8 m/s.,1、形成電流的條件： （1）存在自由電荷（2）導(dǎo)體兩端存在電壓 2、電源的作用：提供持續(xù)的電壓 3、導(dǎo)線中的電場:導(dǎo)線內(nèi)的電場線保持和導(dǎo)線平行.(恒定電場) 4、恒定電流

8、:大小方向都不隨時間變化的電流. 5、電流:表示電流的強(qiáng)弱程度的物理量. （1）定義式 I=q / t （2）金屬導(dǎo)體中電流的計(jì)算式,n 為單位體積內(nèi)自由電荷數(shù)目，S 為導(dǎo)體橫截面積， v為電荷定向移動速率 q為每個自由電荷的電量,小結(jié),課堂訓(xùn)練,3、關(guān)于電流的方向，下列敘述中正確的是 A金屬導(dǎo)體中電流的方向就是自由電子定向移動的方向 B在電解質(zhì)溶液中有自由的正離子和負(fù)離子，電流方向不能確定 C不論何種導(dǎo)體，電流的方向規(guī)定為正電荷定向移動的方向 D電流的方向有時與正電荷定向移動的方向相同，有時與負(fù)電荷定向移動的方向相同,C,課堂訓(xùn)練,4、某電解質(zhì)溶液，如果在1 s內(nèi)共有5.01018個二價正離