高中物理第二章恒定电流导体中的电场和电流知识导学案新人教选修

1 导体中的电场和电流

问题探究

导体中没有电场时，导体中自由电荷也在不停地移动，为什么没有形成电流呢?为什么在导体两端加上电源，导体中有了电场后就可形成电流?

当你合上开关时，电灯会立即亮起来；当你打长途电话时，你的声音马上就传到遥远的对方，电流的速度有多大你知道吗? 自学导引 1.电源：

(1)带有正负电荷的两个导体，若用一条导线连接，导线中的自由电子在______的作用下定向移动，在导线中形成________电流，两导体的_________很快消失，两导体成为___________.

(2)为使连接两导体的导线中有持续的电流，需保持两导体之间维持一定的___________，能提供这种差值的装置叫电源.

(3)形成电流的条件：

①导体中有___________；

②导体两端存在电势差，要想形成持续的电流，必须有产生这种差值的_________. 答案：(1)静电力 瞬时 电势差 等势体 (2)电势差

(3)自由电荷 电源 2.导线中的电场：

（1）导线中的电场是由___________和导线等电器元件所积累的电荷共同形成的电场的___________，其方向保持和导线___________.

（2）由稳定分布的电荷所产生的电场称为___________，这种电场的分布不随___________变化，其性质与___________性质相同.

答案：(1)电源 合电场 平行 (2)恒定电场 时间 静电场 3.电流：

(1)定义：通过导体某一横截面的电荷量跟通过这些电荷量所用时间的___________称为电流，它描述电流的强弱，是___________，但是有___________.

(2)电荷的___________移动形成电流，在电场中正、负电荷定向移动的方向不同，电流的方向规定为与___________定向移动的方向相同，与___________的定向移动的方向相反.我们把大小、方向都不随时间变化的电流称为___________. (3)定义式：___________________.单位：安培，简称安.国际符号A ，它是国际单位制中的七个___________之一.

注意：①国际单位制中有七个基本单位，其中力学有三个：米(m)、千克(kg)、秒(s)；热学有两个：开尔文(K)、摩尔(mol)；电学有一个:安培(A)；光学有一个：坎德拉(发光强度)(cd)(高中不要求).

②在电解质溶液中，正、负离子定向移动的方向__________，但形成的电流的方向是___________的，所以公式I=

t

q

中的q 是指正、负离子的绝对值___________. 答案：(1)比值 标量 方向

(2)定向 正电荷 负电荷 恒定电流 (3)I=

t

q

基本单位 相反 相同 之和 4.直流电：

（1）电流的___________不随时间而改变的电流(方向不变，但大小可以变化)，称为直流电. （2）恒定电流：电流的___________、___________都不随时间改变的电流. 答案：(1)方向 (2)大小 方向

5.三种速率

(1)自由电子热运动平均速率约为105

m/s;

(2)自由电子定向移动的速率约为10-5

m/s;

(3)电流的传导速率为：3×108

m/s. 疑难剖析

一、电流的形成

金属中存在着大量的自由电子和正离子，在导体两端无电势差的情况下，自由电子在导体内做无规则

的热运动.自由电子热运动的速率非常大，其数量级为105

m/s.但由于自由电子的运动杂乱无章，因而导体中没有电流.当导体两端存在电势差时，导体内由电源和导线上的堆积电荷共同形成了电场，其电场线与导线平行，这时，自由电子受到电场力的作用，沿着电场的反方向定向移动，形成了电流.

如果导体两端的电势差是短暂的，则导体中形成短暂的电流.要想形成持续的电流，导体两端应保持一定的电势差，因而可以把电源接到导体的两端，提供持续的电压，转移电路中的电荷，使电路中保持持续的电流.

二、导体中电流I 的微观表达式

从微观上看，电流取决于导体的哪些因素呢?如图2-1-1所示，AD 表示粗细均匀的一段导体l ，两端加一定的电压，导体中的自由电荷沿导体定向移动的速率为v ，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 ，每个自由电荷所带的电荷量为q.

图2-1-1

AD 导体中的自由电荷总数：N=nlS 总电荷量Q ：Nq=nlSq

所有这些电荷都通过导体的横截面所需要的时间：t=v

l 所以，导体AD 上的电流：I=

t

nlSq

t Q

=nqSv 由此可见，从微观上看，电流取决于导体中自由电荷的密度、电荷量、定向移动速度，还与导体的横

截面积有关.

三、区分电荷定向移动的速率与电流传导的速率

电荷定向移动的速率极小而电流传导的速率极大，这是因为电流的传导速率实质是电场的传导速率.当接通电路时，电场便以光速传递到电路中，使电路中每处的自由电荷都受到静电力作用而定向运动，形成电流.虽然各处的自由电荷定向移动的速率小，但由于电路中各处的电荷几乎同时受力而定向移动，故电流的传导速率很快.

例如，一根很长的水管，若里面是空的，从一端缓缓地注水，另一端需很长时间才有水流出，若里面已经注满了水，从一端再注入一点水，另一端马上会有水流出.电路中各处都存在自由电子，就像水管中已注满了水，一旦施加外力，它们将会同时运动，从另一端流出. 【例1】关于电流的说法中正确的是（ ） A.根据I=

t

q

，可知I 与q 成正比 B.如果在任何相等的时间内通过导体横截面的电荷量相等，则导体中的电流是恒定电流 C.电流有方向，电流是矢量

D.电流的单位“安培”是国际单位制中的基本单位

思路分析：依据电流的定义式可知，电流与q 、t 皆无关，显然选项A 是错误的.虽然电流是标量，但是却有方向，因此在任何相等的时间内通过导体横截面的电荷量虽然相等，但如果方向变化，电流也不是恒定电流，所以，选项B 也是错误的.电流是标量，故选项C 也不对. 答案：D