导体中的电场和电流(精)

导体中的电场和电流

电源：其作用是在电源内部把电子从正极搬运到负极

导线中的电场：由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同激发形成，由稳定分布的电荷所形成的电场是恒定电场

恒定电流

定义：大小和方向都不随时间变化的电流

电流：描述电流强弱的物理量

公式Q=IT，I=Q/T

一、电流

1、导体中的自由电荷在电场力作用下发生定向移动形成电流

2、电源可使电路中保持持续电流

二、导线中的电场

1、导线中电场的形成

2、恒定电场

三、恒定电流

定义：大小和方向都不随时间变化的电流

电流：描述电流强弱程度的物理量

公式Q=IT，I=Q/T

单位：安培A 毫安微安

四、电流的微观表达式

1、电流的微观表达式I=NQSV（推导过程略）

2、三种速率的区别

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）

电子定向移动速率，其大小与电流有关，一般数量级为10-5M/S（对每个电子而言）

电子热运动速率，任何微观粒子都做无规则运动，其速率与温度有关，通常情况为每秒几百米

电动势

一、电源

1、定义：电源是把其他形式的能转化为电能的装置

2、作用：在导体（或电路）两端保持一定的电压

二、电动势

1、非静电力

2、电动势

（1）定义：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

（2）公式：E=W/Q

（3）单位：伏特V

（4）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，在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

（5）方向规定：标量，为研究方便，规定其方向为电源内部电流方向，即由电源负极指向正极

三、内阻

电源内部也是由导体组成，所以也有电阻，叫做电源的内阻。内阻和电动势同为电源的重要

参数

欧姆定律

一、欧姆定律

1、欧姆定律的实验探究

（1）实验目的：研究导体中的电流跟导体两端电压之间的关系

（2）实验原理：用电压表测量导体两端的电压，用电流表测量导体中的电流，观察和记录数据，在坐标系中作出U-I图象进行探究，找出规律

（3）实验过程及数据处理（略）

（4）结论：实验结果分析

（5）同一导体，不管电流、电压怎样变化，电压跟电流的比值U/I是一个常数

（6）在同样的电压下，比值U/I大的电流小，比值U/I小的电流大，所以比值U/I反映了导体阻碍电流的性质，叫电阻，用字母R表示，则R=U/I

2、欧姆定律

（1）、内容：导体中的电流跟导体两端的电压成正比，跟导体的电阻成反比

（2）、表达式：I=U/R

（3）适用条件：金属导电和电解液导电

3、电阻

（1）、定义：导体两端的电压与通过导体的电流大小之比叫导体的电阻

（2）、定义式：R=U/I

（3）、单位：欧姆，常用的还有千欧、兆欧，换算关系（略）

（4）、物理意义：反映导体对电流阻碍作用的大小

二、导体的伏安特性曲线

1、定义：建立平面直角坐标系，用纵轴表示电流I，用横轴表示电压I，画出的导体的I—U 图线叫做导体的伏安特性曲线

2、线性元件

伏安特性曲线是通过原点的直线，表示电流与电压成正比，如图所式（图略），其斜率等于电阻的倒数，即tanA=I/U=1/R，所以曲线的斜率越大，表示电阻越小

3、非线性元件

伏安特性曲线不是直线，表示电流与电压不成正比的电学元件。举例：半导体二极管

二极管半导体材料制成，其电阻率随温度的升高而降低，故其伏安特性曲线不是直线

焦耳定律

一、电功和电功率

1、电功的普遍表达式

（1）电功的定义：静电力对电荷做的功，叫做电功

（2）电功的普遍表达式：W=QU=UIT

即一段电路上的电功就等于这段电路两端的电压、电路中的电流和通电时间的乘积

（3）单位：焦耳，符号为J

（4）物理意义：电功反映了转化为其他形式能的多少

2、电功率

（1）定义：电流所做的功跟完成这些功所用时间的比值

（2）表达式：P=W/T=UI

（3）单位：瓦特，符号W

（4）物理意义：表示电流做功的快慢

二、焦耳定律

内容：电流通过导体时产生的热量跟电流的平方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比

表达式：Q=I2RT

（1）焦耳定律的微观解释

电流通过导体的时候，做定向移动的自由电子要频繁地跟金属正离子碰撞，由于这种碰撞，电子在电场力的加速作用下获得动能，不断传递给金属正离子，使金属正离子的热振动加剧，于是通电导体的内能增加，温度升高。

（2）实质：电流的热效应实质上是通过电流做功转化为内能

3、热功率

单位时间内电流通过导体发热的功率叫热功率。热功率即电能转化为内能的功率。

即P=Q/T=I2RT

三、电功和焦耳定律的区别和联系

区别：举例，电动车通过电流做功把大部分电能转化为机械能，少部分电能转化电圈的内能联系：纯电阻电路，两者一样

电阻定律

一、电阻定律的探究

（1）实验探究

实验目的：探究电阻与导体的材料、横截面积、长度之间的关系

实验方法：控制变量法

实验原理：串联电路中电压跟电阻成正比

实验电路：（见教材）

实验过程：（见教材）

实验结果：电阻之比等于长度之比，等于横截面积之比的倒数，长度、横截面积相同，材料不同的导体电阻也不同

结论：导体的电阻跟导体的长度成正比，跟导体的横截面积成反比，还跟材料有关

（2）逻辑推理探究

——分析导体的电阻与它的长度的关系

利用串联电路电阻规律可推导在横截面积、材料相同的条件下，导体的电阻与长度成正比——研究导体电阻与它的横截面积的关系，可推导出，在长度、材料相同的条件下导体的电阻与横截面积成反比

——实验探究导体电阻与材料的关系

结论：同上

二、电阻定律

（1）内容：同种材料的导体，其电阻R与它的长度L成正比，与它的横截面积S成反比，还与自身材料有关

（2）公式：R=PL/S

（3）适用条件：温度一定，粗细均匀的金属导体或浓度均匀的电解质溶液

（4）与欧姆定律的变形式R=U/I比较

三、电阻率

（1）电阻率P是一个反映导体导电性能的物理量，是导体材料本身的属性，与导体的形状、大小无关，它的单位是：欧姆*米，国际符号，而电阻R反映的是导体的属性，与导体的材料、形状、大小有关。

（2）大小：P=RS/L即电阻率在数值上等于用该材料制成的长度为1m、横截面积为一平方米的导体的电阻