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第二章恒定电流1、2节


第二章

恒定电流

第1节 电源和电流 第2节 电动势

本节掌握的知识: 1、电流的形成条件、电流的计算、 电流微观表达式 2、理解电源的作用、 电源电动势的定义及意义

思考:AB两点间有电势差,说明有电场,如果自由电荷 处于电场中,会发生什么现象? 高电势
+ A V- 金属导体

- - - - - - B

低电势

i

什么物体中有可以自由移动电荷?
导体:金属导体、电解液

思考:AB两点间有电势差,说明有电场,如果自由电荷 处于电场中,会发生什么现象?
V- V+ - + - B

高电势

+ A

- - + +

+ -

低电势

i

导体:电解液 电荷的定向移动即电流能始终存在么? 怎样获得持续的电流? 形成持续电流的条件: 导体两端有持续的电压

一?电源和恒定电场 1.电源:作用就是保持电路两端的电势差,使电路中 有持续的电流. 2.规定正电荷定向移动的方向为电流方向, 在电源外部的电路中,电流的方向是从电源的正极流 向负极;在电源的内部,电流是从电源的负极流向 正极;形成闭合回路。

+

-

3.导线中的电场

假设在电源正、负极 之间连一根导线

Ft F Fn

N

M

E0

+ + + + A + + + + P

_ _ _ _ B _ _ _ _
-

3.导线中的电场

假设在电源正、负极 之间连一根导线

Ft F Fn

N

M N

E0

E0

+ + + + A + + + + P

_ _ _ _ B _ _ _ _
-

E′

M N

M E

导线内很 快形成沿 导线方向 的电场

E0

导体内的电场线保持和导线平行

3.由稳定分布的电荷所产生的稳定的电场,称为恒定 电场. 导线内的电场是由电源、导线等电路元件 微观 所积累的电荷共同形成的。电场的分布不 解释 会随时间变化。 基本属性与静电场相同

a
i U=?

b

U=Φ a-Φ b

+

正极

负极

电源

二?恒定电流 通过导体横截面的电荷量跟通过这些电荷量 1.电流: 所用时间的比值. 2.物理意义: 表示电荷定向移动的强弱程度,在数值上 等于单位时间内通过导体截面上的电荷量. 3.公式:

安培 , 符号 A, 毫安 (mA) ? 微安 ( μ A),1A=1C/s 4.单位: 1A=103mA=106μ A. 5.恒定电流: 大小?方向都不随时间变化的电流
微观原因:
恒定电场中被加速的电子不断与金属阳离子 碰撞,最终表现为匀速移动,形成恒定电流。

q I? t

q ? It

1.电路中,每分钟有6×1013个自由电子通过横截面积
为0.64×10-6 m2的导线,那么电路中的电流是

(

)

1.6×10-7A

2.一段横截面积为5 mm2的导体中通有恒定电流,若 2 s内有2C的正电荷和2C的负电荷相向运动通过

某一横截面,则电流是(
2A

)

推导电流的微观表达式: 如图所示,在加有电压的一段粗细均匀的导体AD上通过 的电流为I ,已知导体的截面积为S,导体每单位体积内的 自由电荷数为n,每个电荷的电量为q,电荷的定向移动速 率为v, 求证: I=nqvS
B C A V Vt D

设在时间t内电荷由B运动到C,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。

由于:I=Q/t

可得:I=qnSvt/t=nqvS

三?电流的微观表示 电流的微观表达式 I=nqSv

可见从微观上看,电流决定于导体中单位体积内
的自由电荷数?自由电荷的电荷量(导体的材料 决定),定向移动的速度(电压决定),还与导 体的横截面积(形状)有关.

三种速度的区别
(1)电流传导速率等于光速,电路一接通,导体中的 电子立即受到电场力作用而定向移动形成电流。(对整 体而言) (2)电子定向移动速率,其大小与电流有关,一般每秒 为10-2—-10-3m的数量级。(对每个电子而言) (3)电子热运动速率,任何微观粒子都做无规则运动, 其速度与温度有关,通常情况为每秒几百米。

四、电源的作用
1、在电源内部电场 是怎样的?
+ +

电源内部的电流方向如何?
2、电源把正电荷从电源的

正极

负极

电源

非静电力和静电力 负极搬到正极,电场力做正功还是负功?电势能怎样 变化? 3、从能量的角度看,电源的作用是什么?电源将其 它形式能转化为电能的能力大小怎样量度?

从能量的角度看,电源是通过非 静电力做功把其它形式的能转化为 电能的装置。 电源内由负极到正极移动单位 正电荷时,克服电场力做功越多, 把其它形式的能转化为电能的本领 就越强。

五、电动势
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。 W非静 E? 2.公式: q 3.物理意义: 反映电源把其它形式的能转化为 电能本领的大小。 1V=1J/C 标量 4、单位: 伏特 V 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。 干电池的电动势是1.5V的物理意义是什么?

5、特点:电动势由电源中非静电力的特性决定(结 构、材料),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


R



电动势与电势差的区别
1. 电动势:W非静电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。 电势差:W表示正电荷在电场力作用下从一点移到另 一点所消耗的电场能,电势差表示移动单位正电荷消 耗的电能。反映把电能转化为其它形式能的本领。 2. 电动势表征电源的性质,电势差表征电场的性质。

六、生活中的电池
太阳电池 干电池

铅蓄电池 锌汞电池

锂电池

影响电源的参量
电动势 E 内阻 r
容量

电池的容量: 电池放电时能输出的总电荷量,通常 以安培小时(A·h)或毫安小时(mA ·h) 做单位

课堂训练
1、关于电动势,下列说法正确的是 ( AC ) A.在电源内部把正电荷从负极移到正极, 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

2、铅蓄电池的电动势为2V,这表示(AD) A.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

3、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?

思考与讨论
某个电动势为E的电源工作时,电流为I, 乘积EI的单位是什么?从电动势的意义和电流 的意义来考虑,EI表示什么?
如果E=3V,I=2A,请具体说明EI的含义。

思考与讨论
带负电的点电荷q,以速度V绕固定的正电荷Q, 做匀速圆周运动,轨道半径为R。q的运动形成电流, 等效的电流强度多大?
V

思考与讨论
如图热电子源能源源不断地产生电子,设初速度为0, 在高压U0的电场中加速,形成电子流的电流为i,通过 两个厚度d0很小的金属板后到达右极板,两板到加速电场 的左极板分别为L1、L2设加速电场为匀强电场间距为D。 求:L1和L2处的电子速度之比; 某时刻处于两板的厚度内的电荷量之比

L1 L2 高压U0

随堂验收

1.下面有关电流的说法中正确的是(

)

A.在电解液中,正?负离子向相反方向定向移动形成电


B.在金属导体中自由电子的定向移动形成电流,因此自

由电子移动的方向就是金属导体中电流方向
C.通过导体截面的电荷越多,电流越强

D.电流是指单位时间内通过导体横截面的电荷量,单位
是库仑

答案:A

2.下列说法中正确的是(

)

A.导体中电荷运动就形成了电流

B.在国际单位制中,电流的单位是安培
C.电流有方向,它是一个矢量

D.任何物体,只要其两端电势差不为零,就有电流存


答案:B

3.某电源的电动势为3.6V,这表示(

)

A.电路通过1C的电荷量,电源把3.6 J其他形式能转

化为电能
B.电源在每秒内把3.6 J其他形式能转化为电能

C.该电源比电动势为1.6V的电源做功多
D.该电源与电动势为1.5V的电源相比,通过1C电荷

量时转化为电能多
答案:AD

4.关于电动势,下列说法中正确的是( 做功,电势能增加

)

A.在电源内部把正电荷从负极移动到正极,非静电力 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把正电荷从 负极向正极移送单位电荷量所做功越多 D.电动势越大,说明非静电力在电源内部把正电荷从 负极向正极移送电荷量越多 答案:AC

5.下列说法中正确的是(

)

A.电源的电动势实质上就是电源两极间的电压 B.电源的电动势在数值上等于两极间的电压 C.电源的电动势与电压的单位相同,但与电压有本质 的区别

D.电动势越大,电源两极间的电压一定越高
答案:C

6.单位电荷量的正电荷沿闭合电路移动一周,在内外

电路中释放的总能量决定于(
A.电源的电动势

)

B.通过电源的电流

C.路端电压的大小
答案:A

D.内外电阻之和

7.移动电话中的锂电池电动势为3.6V,某次通话时,电
流为10 mA,时间为100 s那么此次通话过程有多 少化学能转化为电能? 答案:3.6 J 解析:W=qE,q=It, 所以W=EIt=3.6×10×10-3×100=3.6 J.


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