第1节 电源和电流

第十一章电路及其应用

第1节电源和电流

[学习目标] 1.了解持续电流形成的原因，知道电源的作用，认识常见的电源。

2.对比静电平衡条件，认识导体中的恒定电场和恒定电流。

3.理解电流的定义，知道电流的单位和方向。

4.理解电流形成的微观实质。

知识点一电源与恒定电流

❶电源

(1)定义：能把电子从电源正极搬运到电源负极的装置就是电源。

(2)作用：使导体两端始终存在电势差。

❷恒定电场

(1)形成：电源正、负极周围空间的电场是由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成的。电荷的分布和电场的分布不随时间变化。

(2)定义：由稳定分布的电荷所产生的稳定的电场，叫作恒定电场。

(3)特点：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相同。

❸恒定电流

(1)定义：大小、方向都不随时间变化的电流，叫作恒定电流。

(2)电流：表示电流的强弱程度。

①表达式：I＝q t。

②单位：在国际单位制中，电流的单位是安培，简称安，符号是A。常用的单位还有毫安(mA)、微安(μA)。1 A＝103 mA＝106 μA。

③方向：规定正电荷定向移动的方向为电流的方向。

【思考】

如图所示，把电源用导线连接在插入食盐水中的两个金属电极上，电路中形成电

流。

(1)盐水中的电流沿什么方向？

(2)假设电子的电荷量为e，t时间内有N个Cl－和N个Na＋通过图中虚线面，则电路中的电流为多大？

提示(1)电流方向向左(2)I＝2Ne t

1.电流的形成

电荷的定向移动形成电流。当把导体和电源连接后，导体中形成恒定电场，导体中的自由电荷在静电力的作用下定向移动形成电流。

(1)产生电流的条件：导体两端有电压。

(2)形成持续电流的条件：电路中有电源且电路闭合。

2.对电流的理解

(1)电流虽然有方向，但它是标量，其计算遵循代数运算法则。

(2)在外电路中电流方向由电源正极到负极，在电源内部电流方向由电源负极到正极。

(3)I＝q

t是电流的定义式，用该式计算出的电流是时间t内的平均值。

(4)q＝It是电荷量的计算式。

3.电流大小的计算

(1)金属导体中电流的计算

金属导体中的自由电荷只有自由荷子，运用I＝q

t计算时，q是时间t内通过金属

导体横截面的电子的电荷量。

(2)电解液中电流的计算

电解液中的自由电荷是正、负离子，运用I＝q

t计算时，q应是时间t内正、负两

种离子通过横截面的电荷量的绝对值之和。

对电流的理解

【例1】(多选)下列关于电流的说法正确的是()

A.电荷的定向移动形成电流

B.金属导体中电流方向是自由电子移动的方向

C.电流既有大小又有方向，所以电流是矢量

D.由I＝q

t可知，电流越大，单位时间内通过导体横截面的电荷量就越多

答案AD

解析电荷的定向移动形成电流，正电荷定向移动的方向为电流的方向，金属导体中自由电荷是自由电子，电流的方向是自由电子移动的反方向，故A正确，B 错误；电流既有大小又有方向，但电流不是矢量，是标量，因为电流的运算遵循代数运算法则，而不是平行四边形定则，故C错误；由I＝q

t

可知，电流的大小等于单位时间内通过导体横截面的电荷量，所以电流越大，单位时间内通过导体横截面的电荷量就越多，故D正确。

电流的计算

【例2】某电解池中，若在2 s内有5.0×1015个二价正离子和1.0×1016个一价负离子通过某截面M，其中正离子水平向右移动，那么通过这个截面的电流的大小和方向是()

A.0.8 mA，水平向左

B.0.08 mA，水平向左

C.1.6 mA ，水平向右

D.0.16 mA ，水平向右

答案 C 解析 2 s 内流过截面M 的电荷量为q ＝5.0×1015×2×1.6×10－19 C ＋1.0×1016×1.6×10－19 C ＝3.2×10－3 C

则由电流的定义可知

I ＝q t ＝3.2×10－32 A ＝1.6 mA

由于正离子水平向右移动，则电流的方向向右。故A 、B 、D 错误，C 正确。

【训练1】 一太阳能电池对一用电器供电时，在1 min 时间内，通过该用电器的电荷量为1.2 C ，则通过用电器的电流为( )

A.10 mA

B.20 mA

C.40 mA

D.1.2 A

答案 B

解析 通过用电器的电流为I ＝q t ＝1.260 A ＝0.02 A ＝20 mA 。B 正确，A 、C 、D

错误。

知识点二 电流的微观表达式

1.三种速率

(1)电子热运动速率：自由电子做无规则热运动的速率，平均值约为105 m/s 。由于自由电子向各个方向运动的机会相等，故此运动不能形成电流。

(2)电流的传导速率：就是导体中建立电场的速率，等于光速，为3×108 m/s 。闭合开关的瞬间，电路中各处以光速建立恒定电场，电路中各处的自由电子几乎同时做定向移动，整个电路也几乎同时形成了电流。

(3)电子定向移动速率：导体两端加上电压时，自由电子在做无规则热运动的同时，受静电力的作用定向移动的速率。自由电子定向移动的平均速率约为 10－4 m/s 。

2.建立模型

如图所示，AB 表示一段粗细均匀的长为l 的导体，两端加一定的电压，导体中