导体中的电场和电流

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第一节 导体中的电场和电流,电闪雷鸣时,强大的电流使天空发出耀眼的闪光,但它只能存在于一瞬间,而手电筒中的小灯泡却能持续发光,这是为什么,?,电流的形成,1,电流：,电荷的热运动，从宏观上看，不能形成电流,电荷的定向移动形成电流,-,B,A,-,A,+,+,+,+,+,+,+,+,_,B,_,_,_,_,_,_,_,等势体,用导线连接两个分别带正负电荷的导体，导线中有没有电流通过？为什么？如果有，这个电流能持续下去吗？,导体中自由电子的定向移动使两个带电体成为等势体，达到静电平衡，导线,R,中会产生一个,瞬时,电流,导体中产生电流的条件,:,导体两端存在,电势差,A,B,水池,抽水机,如图，水池,A,、,B,的水面有一定的高度差，若,A,、,B,之间用一细管连起来，则水在重力的作用下定向移动，从水池,A,流向水池,B,。,A,、,B,之间的高度差很快消失，在这种情况下，水管中只可能有一个,瞬间,的水流。,问题导引：怎样才能在水管中有源源不断的水流呢？,水池,A,中的水量要及时 补充才行。可将,B,中的水及时 抽到,B,，保持水池,A,、,B,的水面有一定的,高度差,-,B,A,-,A,+,+,+,+,+,+,+,+,_,B,_,_,_,_,_,_,_,如果在,AB,之间接上一个装置,P,，它能把经过,R,流到,A,的电子取走，补充给,B,，使,AB,始终保持一定数量的正、负电荷，情况会怎样呢？,-,-,-,+,A,+,+,+,+,+,+,+,_,_,_,B,_,_,_,_,_,P,-,-,导体中自由电子的定向移动使两个带电体成为等势体，达到静电平衡，导线,R,中会产生一个瞬时电流,能保持,导体两端的电势差,(,电压,),使电路有,持续,的电流,.,-,-,-,+,A,+,+,+,+,+,+,+,_,_,_,B,_,_,_,_,_,P,-,-,一,.,电源,1.,能把自由电子从,正极,搬到,负极,的装置,.,2.,作用,:,保持,导体两端的电势差,(,电压,),使电路有,持续,的电流,.,形成电流的,条件,：,（,1）存在,自由电荷,金属导体自由电子,电 解 液正、负离子,（2）导体两端,存在,电压,当导体两端存在电压时，导体内建立了电场，导体中的自由电荷在电场力的作用下发生定向移动，形成电流,电源的作用是,保持,导体两端的,电压,，使导体中有,持续,的电流,分析：,1,、,电场的形成,2,、,特点,第一节导体中的电场和电流,导线内的电场，是由电源、导线 等电路元件所积累的电荷共同形成的。尽管这些电荷也在运动，但,有的流走了，另外的又来补充,，所以电荷的分布是稳定的，电场的分布也稳定。,-,恒定电场,二 恒定电场,由,稳定分布,的电荷产生,稳定,的电场称为恒定电场,.,恒定电场,电场强度不变,自由电子在各个位置的定向运动,速率,也不变,串一个电流表,读数不会变,恒定电流,三,.,恒定电流,1.,大小方向都,不随时间变化,的电流称为恒定电流,.,2.,电流,(,I,):,表示电流的强弱程度,.,定义,:,通过导体横截面的电量,q,跟通过这些电量所用时间,t,的比值叫做电流,.,公式,:,I,=q/t,单位,:,国际单位,安培,(A)1A=1C/s,常用单位：毫安（,mA,）、微安（,A,）,方向,:,正电荷定向移动的方向,电流是标量,它的运算不遵循平行四边形定则,1A,的物理意义是什么？,如果在,1 s,内通过导体横截面的电荷量是,1 C,，导体中的电流就是,1 A,。即,1A=1 C/s,1,、在金属导体中，若,10s,内通过横截面的电量为,10C,，则导体中的电流为,_,；,2,、某电解槽横截面积为,0.5m,2,，若,10s,内沿相反方向通过横截面的正负离子的电量均为,10C,，则电解液中的电流为,_,课堂训练,1A,2A,（,1,）适用于,任何电荷,的定向移动形成的电流。,（,2,）在,金属导体,中，电流方向与,自由电荷（电子）,的定向移动方向,相反,；,（,3,）在,电解液中,，电流方向与正离子定向移动,方向,相同，与,负离子,走向移动方向,相反,导电时，是正负离子向相反方向定向移动形成电流，,电量,q,表示通过截面的正、负离子,电量,绝对值之和,。,注意,3,决定电流大小的微观量,在加有电压的一段粗细均匀的导体,AD,上选取两个截面,B,和,C,，,设导体的横截面积为,S,导体每单位体积内的自由电荷数为,n,，,每个电荷的电荷量为,q,，,电荷的定向移动速率为,v,则在时间,t,内处于相距为,vt,的两截面,B,、,C,间的所有自由电荷将通过截面,C,已知：,n,为单位体积,内的自由电荷的个数，,S,为导线的横截面积，,v,为自由电荷的定向移动速率,.,在时间,t,内通过导体某截面的电量为,:,Q=(,VtS)nq,所形成的电流为,:,I,=Q/t=,nqSV,【,例,1】,有一条横截面积,S=1mm,2,的铜导线,通过的电流,I,=1A,已知铜的密度,=8.9,10,3,kg/m,3,铜的摩尔质量,M=6.4,10,-2,kg/mol,阿伏加德罗常数,N,A,=6.02,10,23,mol,-1,电子的电量,e=-1.6,10,-19,C,求铜导线中自由电子定向移动的速率,.,可认为铜导线中平均每个铜原子贡献一个自由电子,.,vt,v,s,v,【,例,1】,有一条横截面积,S=1mm,2,的铜导线,通过的电流,I,=1A,已知铜的密度,=8.9,10,3,kg/m,3,铜的摩尔质量,M=6.4,10,-2,kg/mol,阿伏加德罗常数,N,A,=6.02,10,23,mol,-1,电子的电量,e=-1.6,10,-19,C,求铜导线中自由电子定向移动的速率,.,可认为铜导线中平均每个铜原子贡献一个自由电子,.,vt,v,s,v,设自由电子在导线内定向移动的速率是,v,。,取一段导线（如图），自由电子从它的左端定向移动到右端的时间为,t,，则这段导线的长度为,vt,，体积为,vts,，质量为,vts,，则这段导线中的原子数为,则这段导线中的自由电子数也为,n,t,时间内通过导体横截面的电荷量是,把这个式子代入,I,q/t,得,解得,思考题,如果认为电子的定向运动速率就是电流的传导速率，和我们的生活经验是否相符？怎样解释？,电子定向移动的速率约,10,-5,m/s,，,电子热运动的平均速率,10,5,m/s,，,电场的传播速率,3,10,8,m/s,.,1,、形成电流的条件：,（,1,）存在自由电荷（,2,）导体两端存在电压,2,、电源的作用：提供持续的电压,3,、恒定电场,:,由,稳定分布,的电荷产生,稳定,的电场称为恒定电场,4,、恒定电流,:,大小方向都不随时间变化的电流,.,5,、电流,:,表示电流的强弱程度的物理量,.,（,1,）定义式,I,=q/t,（,2,）金属导体中电流的计算式,小结,:,n,为单位体积内自由电荷数目，,S,为导体横截面积，,v,为电荷定向移动速率,q,为每个自由电荷的电量,课堂训练,3,、关于电流的方向，下列叙述中正确的是,A,金属导体中电流的方向就是自由电子定向移动的方向,B,在电解质溶液中有自由的正离子和负离子，电流方向不能确定,C,不论何种导体，电流的方向规定为正电荷定向移动的方向,D,电流的方向有时与正电荷定向移动的方向相同，有时与负电荷定向移动的方向相同,C,课堂训练,4,、某电解质溶液，如果在,1 s,内共有,5.010,18,个二价正离子和,1.010,19,个一价负离子通过某横截面，那么通过电解质溶液的电流强度是多大？,3.2 A,解析：设在,t,=1 s,内，通过某横截面的二价正离子数为,n,1,，一价离子数为,n,2,，元电荷的电荷量为,e,，则,t,时间内通过该横截面的电荷量为,q=,（,2,n,1,+n,2,）,e,电流强度为,I,=1.610-19A=3.2 A,课堂训练,5,、氢原子的核外只有一个电子，设电子在离原子核距离为,R,的圆轨道上做匀速圆周运动。已知电子的电荷量为,e,，运动速率为,v,，求电子绕核运动的等效电流多大？,解析：取电子运动轨道上任一截面，在电子运动一周的时间,T,内，通过这个截面的电量,q=e,，由圆周运动的知识有：,T,=,根据电流的定义式得：,I,=,2.2,电 动 势,正极,负极,电源,+,+,1,、在导线中，电场方向是怎样的？,2,、正电荷在导线中如何移动？电流方向是怎样的？,3,、在电源内部电场是怎样的？电源内部的电流方向如何？,4,、电源把正电荷从电源的负极搬到正极，电场力做正功还是负功？,5,、什么力来克服电场力做功？从能量的角度看，电源的作用是什么？,从能量的角度看电源也是通过,非静电力做功,把,其他形式的能转化为电能,的,装置。,一、电源的作用,1.,定义：非静电力把正电荷从负极移送到,正极所做的功跟被移送的电荷量的,比值,。,二、电动势,2.,公式：,3.,物理意义：反映电源把其他形式的能转化为电能,本领的大小,，,数值上,等于,非静电力把,1C,的正电荷,在电源内部从负极移送到正极,所做的功,。,电动势是,1.5V,的物理意义是什么？,二、电动势,伏特,V,1V=1J/C,3,、单位：,5,、标量,4,、,特点：,电动势由电源中非静电力的特性决定，跟电源的体积、形状无关，与是否联入电路及外电路的情况无关。,6,、内阻：电源内部也是由导体组成的，也有电阻,r,，叫做电源的内阻，它是电源的另一重要参数,电动势与电压的区别,电动势：,W,表示正电荷从负极移到正极所消耗的化学能（或其它形式能），,E,表示移动单位正电荷消耗化学能（或其它形式能）,反映电源把其它形式能转化为电能的本领。,电压：,W,表示正电荷在电场力作用下从一点移到另一点所消耗的电势能，电压表示移动单位正电荷消耗的电势能。,反映把电势能转化为其它形式能的本领。,电动势表征,电源,的性质，,电势差表征,电场,的性质。,三、生活中的电池,太阳电池,干电池,铅蓄电池,锂电池,锌汞电池,电池放电时能输出的总电荷量，通常,以安培小时（,Ah,）或毫安小时（,mA,h,）,做单位,影响电源的参数,电池的容量,:,内阻,电动势,容量,A.,在电源内部把正电荷从负极移到极，非静,电力做功，电能增加,B.,对于给定的电源，移动正电荷，非静电力,做功越多，电动势就越大,C.,电动势越大，说明非静电力在电源内部从,负极向正极移送单位电荷量做功越多,D.,电动势越大，说明非静电力在电源内部把,正电荷从负极移送到正极的电荷量越多,1,、关于电动势，下列说法正确的是（）,AC,课堂训练,电路中每通过,1C,的电量，电源把,2J,的,化学能转变为电能,B.,蓄电池两极间的电压为,2V,C.,蓄电池在,1s,内将,2J,的化学能转变成电能,D.,蓄电池将化学能转变为电能的本领比,一节干电池（电动势为,1.5V,）强,2,、铅蓄电池的电动势为,2V,，这表示（）,ABD,课堂训练,电子点火器用的是,1,号干电池，袖珍收音机用的是,7,号干电池，新的,1,号干电池和,7,号干电池的电动势是否相同？内阻是否相同？,课堂训练,手电筒中的干电池给小灯泡供电时，电流为,0.3A,，在某次接通开关的,10S,内，一节干电池中有多少化学能转化为电能？,课堂训练,如果,E=3V,，,I,=2A,，请具体说明,E,I,的含义,。,思考与讨论,某个电动势为,E,的电源工作时，电流为,I,，,乘积,E,I,的单位是什么？从电动势的意义来考,虑，,E,I,表示什么？,再见,谢谢,各位,领导,谢谢,各位,同学,