1、第二章第二章 恒定电流恒定电流 2、1 电源和电流电源和电流 电荷的热运动，从宏电荷的热运动，从宏观上看，不能形成电流。观上看，不能形成电流。电荷的定向移动形成电流电荷的定向移动形成电流一、电流的形成与电源一、电流的形成与电源1、电流、电流人教版高中物理选修人教版高中物理选修3-1 2.13-1 2.1电源和电流电源和电流(共共1616张张PPT)PPT)人教版高中物理选修人教版高中物理选修3-1 2.13-1 2.1电源和电流电源和电流(共共1616张张PPT)PPT)形成电流的条件：形成电流的条件：导体内有可自由移动的电荷，导体两端有电势差。导体内有可自由移动的电荷，导体两端有电势差。-B
2、A-A+_B_形成持续电流的条件：形成持续电流的条件：导体两端一直有电势差。导体两端一直有电势差。达到等势，电流消失达到等势，电流消失AB水池抽水机抽水机 电源电源P把跑到把跑到A的电子再搬的电子再搬回回B，保持了，保持了AB之间的电势差，之间的电势差，电路中形成了持续的电流。电路中形成了持续的电流。抽水机把低水位的水送抽水机把低水位的水送到高水位去，保持了两侧液到高水位去，保持了两侧液面高度差，容器中形成了持面高度差，容器中形成了持续的循环水流。续的循环水流。-+A+_B_P-2、电源、电源（1）能不断把自由电子从）能不断把自由电子从正极正极搬到搬到负极负极的装置。的装置。（2）作用：）作用
3、：保持保持导体两端的电势差（电压），使电路有导体两端的电势差（电压），使电路有持续持续的电流。的电流。从能量转化角度看，从能量转化角度看，电源搬运电荷的过程电源搬运电荷的过程是是非静非静电力做功电力做功的过程，将其他形式能量转化为电能。的过程，将其他形式能量转化为电能。二、恒定电场二、恒定电场 导线内的电场，是由电源、导导线内的电场，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，另外的又来补充有的流走了，另外的又来补充，所，所以电荷的分布是稳定的，电场的分以电荷的分布是稳定的，电场的分布也稳定。布
4、也稳定。这种由这种由稳定分布稳定分布的电荷所产生的的电荷所产生的稳定稳定的电场，称的电场，称为为恒定电场恒定电场。1、定义、定义2、性质：、性质：在恒定电场中，任何位置的电荷分布和电在恒定电场中，任何位置的电荷分布和电场强度都不随时间变化，所以它的基本性质与静电场强度都不随时间变化，所以它的基本性质与静电场相同。在静电场中所讲的电势、电势差及其与电场相同。在静电场中所讲的电势、电势差及其与电场强度的关系等，在恒定电场中同样适用。场强度的关系等，在恒定电场中同样适用。注意：注意：（1）恒定电场中，导线内场强方向平行于导线，）恒定电场中，导线内场强方向平行于导线，场强场强0。恒定电场不是静电场，此
5、处与静电屏蔽相区别。恒定电场不是静电场，此处与静电屏蔽相区别。（2）接通电源后，导体内恒定电场以光速建立，）接通电源后，导体内恒定电场以光速建立，这是自由电荷在导体中定向移动的原因。这是自由电荷在导体中定向移动的原因。恒定电场恒定电场处处场强恒定处处场强恒定自由电子定向运动的自由电子定向运动的平均速率平均速率不变不变串联一个电流表，读数不会变串联一个电流表，读数不会变三、恒定电流三、恒定电流（电子在恒定电场中加速、碰撞、减速、（电子在恒定电场中加速、碰撞、减速、）恒定电流恒定电流三、恒定电流三、恒定电流 1、定义：、定义：大小和方向都不随时间变化大小和方向都不随时间变化的电流的电流2、方向、方
6、向:与正电荷定向移动方向相同与正电荷定向移动方向相同与负电荷定向移动方向相反与负电荷定向移动方向相反标量标量3、大小：、大小：q：时间：时间 t 内通过导体横截面的电荷量内通过导体横截面的电荷量tqI 4、单位：安培（、单位：安培（A）国际单位制中的基本物理量国际单位制中的基本物理量I、基本单位、基本单位A。1A=1C/s1A=103mA=106 A 常用单位：毫安（常用单位：毫安（mA）、微安（）、微安（A）人教版高中物理选修人教版高中物理选修3-1 2.13-1 2.1电源和电流电源和电流(共共1616张张PPT)PPT)人教版高中物理选修人教版高中物理选修3-1 2.13-1 2.1电源
7、和电流电源和电流(共共1616张张PPT)PPT)例例1、一条导线中的电流为、一条导线中的电流为1.6A，在，在1s内通过这条内通过这条导线某一横截面的电子有多少个？导线某一横截面的电子有多少个？例例2、原子中的电子绕核运动可以等效为环形电流。、原子中的电子绕核运动可以等效为环形电流。设氢原子的电子以速率设氢原子的电子以速率v在半径为在半径为r的圆轨道上绕核运的圆轨道上绕核运动，电子的电荷量为动，电子的电荷量为e，等效电流多大？，等效电流多大？电流方向呢？电流方向呢？与电子绕行方向相反与电子绕行方向相反人教版高中物理选修人教版高中物理选修3-1 2.13-1 2.1电源和电流电源和电流(共共1
8、616张张PPT)PPT)人教版高中物理选修人教版高中物理选修3-1 2.13-1 2.1电源和电流电源和电流(共共1616张张PPT)PPT)例例3、在显像管的电子枪中，从炽热的金属丝不断放、在显像管的电子枪中，从炽热的金属丝不断放出的电子进入电压为出的电子进入电压为U的加速电场，设其初速度为的加速电场，设其初速度为零，经加速后形成横截面积零，经加速后形成横截面积S、电流为、电流为I的电子束。的电子束。已知电子的电量为已知电子的电量为e，质量为，质量为m，则在刚射出加速电，则在刚射出加速电场时，一小段长为场时，一小段长为l的电子束内的电子数是多少？的电子束内的电子数是多少？人教版高中物理选修
9、人教版高中物理选修3-1 2.13-1 2.1电源和电流电源和电流(共共1616张张PPT)PPT)人教版高中物理选修人教版高中物理选修3-1 2.13-1 2.1电源和电流电源和电流(共共1616张张PPT)PPT)例例4、在金属导体中，若、在金属导体中，若10s内通过横截面的电荷量内通过横截面的电荷量为为10C，则导体中的电流为，则导体中的电流为 I=A；某电解槽；某电解槽横截面积为横截面积为0.5m2，若，若10s内沿相反方向通过横截面内沿相反方向通过横截面的正、负离子的电荷量均为的正、负离子的电荷量均为10C，则电解液中的电，则电解液中的电流为流为 I=A。12人教版高中物理选修人教版
10、高中物理选修3-1 2.13-1 2.1电源和电流电源和电流(共共1616张张PPT)PPT)人教版高中物理选修人教版高中物理选修3-1 2.13-1 2.1电源和电流电源和电流(共共1616张张PPT)PPT)电解液导电时电流的计算：电解液导电时电流的计算：通过每个截面的正负电荷电量绝对值之通过每个截面的正负电荷电量绝对值之和是相等的，但是在不同的截面上正负和是相等的，但是在不同的截面上正负电荷的分配比例不同。电荷的分配比例不同。人教版高中物理选修3-1 2.1电源和电流(共16张PPT)人教版高中物理选修3-1 2.1电源和电流(共16张PPT)人教版高中物理选修3-1 2.1电源和电流(
11、共16张PPT)人教版高中物理选修3-1 2.1电源和电流(共16张PPT)5、电流的微观表达式的推导、电流的微观表达式的推导 n为单位体积的自由电荷数，为单位体积的自由电荷数，q是每个自由电是每个自由电荷所带的电荷量，荷所带的电荷量，S为导体横截面积，为导体横截面积，v为自由电为自由电荷定向移动速率荷定向移动速率AD导体中的自由电荷总数：导体中的自由电荷总数：nlSN 总电荷量总电荷量nlSqNqQ所有这些电荷都通过截面所有这些电荷都通过截面D所需要的时间所需要的时间vlt 所以导体所以导体AD中的电流：中的电流：nqSvvlnlSqtQI/由此可知决定电流大小的微观因素。由此可知决定电流大
12、小的微观因素。人教版高中物理选修3-1 2.1电源和电流(共16张PPT)人教版高中物理选修3-1 2.1电源和电流(共16张PPT)人教版高中物理选修3-1 2.1电源和电流(共16张PPT)人教版高中物理选修3-1 2.1电源和电流(共16张PPT)例题：有一条横截面积例题：有一条横截面积S=1mm2的铜导线，通过的电的铜导线，通过的电流流I=1A，已知铜的密度，已知铜的密度=8.9103kg/m3，铜的摩尔，铜的摩尔质量质量M=6.410-2kg/mol，阿伏加德罗常数，阿伏加德罗常数NA=6.021023mol-1，电子的电量，电子的电量e=1.610-19C，求：，求：铜导线中自由电
13、子定向移动的速率铜导线中自由电子定向移动的速率v。可认为铜导线。可认为铜导线中平均每个铜原子贡献一个自由电子。中平均每个铜原子贡献一个自由电子。m/s105.75eSNIMeSNMIneSIvAA 自由电子定向移动的速度极小，为何一开开关，自由电子定向移动的速度极小，为何一开开关，灯马上能亮呢？灯马上能亮呢？自由电子定向移动速率自由电子定向移动速率形成电流速率形成电流速率 人教版高中物理选修人教版高中物理选修3-1 2.13-1 2.1电源和电流电源和电流(共共1616张张PPT)PPT)人教版高中物理选修人教版高中物理选修3-1 2.13-1 2.1电源和电流电源和电流(共共1616张张PP
14、T)PPT)人教版高中物理选修人教版高中物理选修3-1 2.13-1 2.1电源和电流电源和电流(共共1616张张PPT)PPT)人教版高中物理选修人教版高中物理选修3-1 2.13-1 2.1电源和电流电源和电流(共共1616张张PPT)PPT)辨析三个速率：辨析三个速率：（1）形成电流的速率（电流的传导速率、建立电）形成电流的速率（电流的传导速率、建立电场的速率）：等于光速，数量级为场的速率）：等于光速，数量级为108 m/s（3）电荷定向移动速率：很小，约）电荷定向移动速率：很小，约105 m/s 导体在导电时，只不过是自由电荷在速率巨大导体在导电时，只不过是自由电荷在速率巨大的无规则热
15、运动基础上附加一个很小的定向移动速的无规则热运动基础上附加一个很小的定向移动速率而已。率而已。（2）无规则热运动的速率：与温度有关，常温下）无规则热运动的速率：与温度有关，常温下电子热运动速率的数量级约为电子热运动速率的数量级约为105 m/s人教版高中物理选修3-1 2.1电源和电流(共16张PPT)人教版高中物理选修3-1 2.1电源和电流(共16张PPT)人教版高中物理选修3-1 2.1电源和电流(共16张PPT)人教版高中物理选修3-1 2.1电源和电流(共16张PPT)例例1、如图所示，将左、右两段截面积不等的铜导、如图所示，将左、右两段截面积不等的铜导线连接起来，已知截面面积线连接
16、起来，已知截面面积 SB=2SA，若在，若在1s内垂内垂直地通过它们的电子数相等，那么，通过这两截直地通过它们的电子数相等，那么，通过这两截面的电流的大小关系是面的电流的大小关系是 ，电子的定向移动速率电子的定向移动速率 。IA=IBvA=2vB若左侧为铜导线，右侧为铝导线，那么，通过这两若左侧为铜导线，右侧为铝导线，那么，通过这两截面的电流的大小关系是截面的电流的大小关系是 。IA=IB电子的定向移动速率电子的定向移动速率vA=2vB？人教版高中物理选修3-1 2.1电源和电流(共16张PPT)人教版高中物理选修3-1 2.1电源和电流(共16张PPT)人教版高中物理选修3-1 2.1电源和电流(共16张PPT)人教版高中物理选修3-1 2.1电源和电流(共16张PPT)
