导体中的电场和电流
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LR---碱性--1.5V CR---锂电--3V ZA---锌空--1.4V SR---氧化银--1.55V
1．对于金属导体，还必须满足下列哪一个条件，才能在导体中 产生恒定的电流（ D） A．有可以自由移动的电荷； B．导体两端有电压； C．导体两端有方向不变的电压； D．导体两端有方向不变，且 大小恒定的电压。 2．一架半导体收音机，电池供电的电流是8mA，也就是说 （B） A．1h电池供给1C的电量 B．1000s电池供给8C的电量 C．1s电池供给8C的电量 D．1min电池供给8C的电量 3．关于电流，下列说法中哪些是正确的 （D ） A、通电导线中自由电子定向移动的速率等于电流的传导速率； B、金属导线中电子运动的速率越大，导线中的电流就越大； C、电流是一个矢量，其方向就是正电荷定向移动的方向； D、国际单位制中，电流是一个基本物理量，其单位“安培”是 基本单位。
q 5 10 1.6 10
18
19
2 2C 3.2C
q I 0.32A t
例与练
• 3、原子中电子绕原子核的圆周运动可以等 效为环形电流。设氢原子的电子以速率v在 半径为r的圆周轨道上运动，电子的电量为 e，等效电流有多大？
设电子圆周运动的周期为T：
ຫໍສະໝຸດ Baidu
2r T v
装置P电源
导体中产生电流的条件:导体两端存在电势差
+ + + + A + + ++ _ _ _ _ B _ _ _ _
-
A
B
等势体
A
抽水机 水池
导体中自由电子的定向 B 移动使两个带电体成为 等势体,达到静电平衡， 导线R中会产生一个瞬时 电流
电源 1.能把自由电子从正极搬到负极的装置. 2.作用:保持导体两端的电势差(电压), 使电路有持续的电流. + + + _ __ + A + _ _ B + ++ __ _ P
二.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 _ _ _ _
-
二.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 _ _ _ _
恒定电场
由稳定分布的电荷产生 稳定的电场称为恒定电场.
恒定电场 电场强度不变
自由电子在各个位置的定向运动速率也不变 串一个电流表,读数不会变 (恒定电流)
三 恒定电流
（1）形成： 电荷的定向运动形成电流。 （2）产生电流的条件： ① 自由电荷
内因
－ －
②保持电势差
外因
－
－
－
－
+
E
-
3 电流方向： 规定为正电荷定向运动的方向 。 4 电流强度： 单位时间内通过导体横截面的电量。
-
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
小结:形成电流的条件
（1）存在自由电荷 金属导体——自由电子 电解液——正、负离子 （2）导体两端存在电压 当导体两端存在电压时，导体内建立 了电场，导体中的自由电荷在电场力的作 用下发生定向移动，形成电流． 电源的作用是保持导体两端的电压， 使导体中有持续的电流．
思考题
如果认为电子的定向运动速率就 是电流的传导速率，和我们的生活 经验是否相符？怎样解释？
1.电子定向移动的速率约10 -5 m/s， （对每个电子而言） 2.电子热运动的平均速率10 5 m/s， 3.电流的传导速率3×10 8 m/s. （对整体而言）
1、形成电流的条件： （1）存在自由电荷（2）导体两端存在电压 2、电源的作用：提供持续的电压 3、导线中的电场:导线内的电场线保持和导线平行. (恒定电场) 4、恒定电流:大小方向都不随时间变化的电流. 5、电流:表示电流的强弱程度的物理量. （1）定义式 I=q / t （2）金属导体中电流的计算式 I nqsv
e ev I T 2r
四、电流的微观表达式
一段粗细均匀的导体长为l,两端加一定的电压， 推导： 自由电荷定向移动的速率为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， B 每个自由电荷量为q。 A
总电量 电荷总数
l
Q Nq nlSq nqSv I t l/v l/v
例题
有一条横截面积S=1mm2的铜导线，通过的电流I=1A 。已知铜的密度ρ =8.9×103kg/m3，铜的摩尔质量M=6.4×102kg/mol，阿伏加德罗常数N =6.62 × 1023mol-1，电子的电量 A e=-1.6 × 10-19C。求铜导线中自由电子定向移动的速率。
解：设自由电子定向移动的速率是v 通过横截面的电荷量是 由 I q
q I t
－ －
单位：安培（A）
I
E
－
－
－
－
+
-
安培是基 本单位。
5 电流分类： ①直流电：电流方向不随时间变化的电流。 ②交流电：大小、方向随时间作周期变化的电流。
电流大小和方向都不随时间 变化的电流——恒定电流。
说明
（1）电流为标量，电流虽有方向但是标量 （2）电解液中正负离子定向移动方向虽然相反，但正、负离 子定向移动形成的电流方向是相同的，此时q为正电荷总电荷 量和负电荷总电荷量的绝对值之和。
思考题
我们在上一章中曾经得出结论:在 静电平衡时,导体内部的场强为零, 导体上任意两点之间的电势差为零 (等势体).这与我们现在的说法有 矛盾吗?为什么?
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，所以电荷的 分布是稳定的，电场的分布也 稳定。-----恒定电场
小结:
n 为单位体积内自由电荷数目，S 为导体横截面积， v为电荷定向移动速率,q为每个自由电荷的电量
电池种类
1干电池： 在没有接入外电路时，两极间电压都是1.5V 2蓄电池： 在没有接入外电路时，两极间电压都是2.0V 3纽扣电池： 扣式电池，是指外形尺寸象一颗小纽扣的电池，一 蓄电池能够对外电 般来说直径较大，厚度较薄（相对于柱状电池如市 路提供持续电压的 场上的5号 AA等电池）. 本领比干电池大！
ρ vtS q ne N Ae M
t
得
ρ vSN A e I M
从中解出
IM v ρ SN Ae
v =7.5 ×10-5 m/s
代入数值后得
例与练
• 2、在稀CuSO4溶液中插入两碳棒极板， 在两极板上加一定的电压，在10s内有 5×1018个Cu离子通过某截面，则碳棒中 的电流强度为多大？
物理选修3-1第二章恒定电流
2.1电源和电流
雷鸣电闪时,强大的电流使天 空发出耀眼的闪光,但它只能存在 于一瞬间,而手电筒中的小灯泡却 能持续发光,这是为什么?
一、电源
1、电流的形成
导体中的自由电荷在电场力的作用下发生 定向移动形成电流. (瞬时电流)
2、持续电流的形成
倘若在A,B之间连接一个装置P,作用是不断地 把电子从A搬运到B，使AB之间始终存在一定的 电场，从而保持持续电流。
1．对于金属导体，还必须满足下列哪一个条件，才能在导体中 产生恒定的电流（ D） A．有可以自由移动的电荷； B．导体两端有电压； C．导体两端有方向不变的电压； D．导体两端有方向不变，且 大小恒定的电压。 2．一架半导体收音机，电池供电的电流是8mA，也就是说 （B） A．1h电池供给1C的电量 B．1000s电池供给8C的电量 C．1s电池供给8C的电量 D．1min电池供给8C的电量 3．关于电流，下列说法中哪些是正确的 （D ） A、通电导线中自由电子定向移动的速率等于电流的传导速率； B、金属导线中电子运动的速率越大，导线中的电流就越大； C、电流是一个矢量，其方向就是正电荷定向移动的方向； D、国际单位制中，电流是一个基本物理量，其单位“安培”是 基本单位。
q 5 10 1.6 10
18
19
2 2C 3.2C
q I 0.32A t
例与练
• 3、原子中电子绕原子核的圆周运动可以等 效为环形电流。设氢原子的电子以速率v在 半径为r的圆周轨道上运动，电子的电量为 e，等效电流有多大？
设电子圆周运动的周期为T：
ຫໍສະໝຸດ Baidu
2r T v
装置P电源
导体中产生电流的条件:导体两端存在电势差
+ + + + A + + ++ _ _ _ _ B _ _ _ _
-
A
B
等势体
A
抽水机 水池
导体中自由电子的定向 B 移动使两个带电体成为 等势体,达到静电平衡， 导线R中会产生一个瞬时 电流
电源 1.能把自由电子从正极搬到负极的装置. 2.作用:保持导体两端的电势差(电压), 使电路有持续的电流. + + + _ __ + A + _ _ B + ++ __ _ P
二.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 _ _ _ _
-
二.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 _ _ _ _
恒定电场
由稳定分布的电荷产生 稳定的电场称为恒定电场.
恒定电场 电场强度不变
自由电子在各个位置的定向运动速率也不变 串一个电流表,读数不会变 (恒定电流)
三 恒定电流
（1）形成： 电荷的定向运动形成电流。 （2）产生电流的条件： ① 自由电荷
内因
－ －
②保持电势差
外因
－
－
－
－
+
E
-
3 电流方向： 规定为正电荷定向运动的方向 。 4 电流强度： 单位时间内通过导体横截面的电量。
-
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
小结:形成电流的条件
（1）存在自由电荷 金属导体——自由电子 电解液——正、负离子 （2）导体两端存在电压 当导体两端存在电压时，导体内建立 了电场，导体中的自由电荷在电场力的作 用下发生定向移动，形成电流． 电源的作用是保持导体两端的电压， 使导体中有持续的电流．
思考题
如果认为电子的定向运动速率就 是电流的传导速率，和我们的生活 经验是否相符？怎样解释？
1.电子定向移动的速率约10 -5 m/s， （对每个电子而言） 2.电子热运动的平均速率10 5 m/s， 3.电流的传导速率3×10 8 m/s. （对整体而言）
1、形成电流的条件： （1）存在自由电荷（2）导体两端存在电压 2、电源的作用：提供持续的电压 3、导线中的电场:导线内的电场线保持和导线平行. (恒定电场) 4、恒定电流:大小方向都不随时间变化的电流. 5、电流:表示电流的强弱程度的物理量. （1）定义式 I=q / t （2）金属导体中电流的计算式 I nqsv
e ev I T 2r
四、电流的微观表达式
一段粗细均匀的导体长为l,两端加一定的电压， 推导： 自由电荷定向移动的速率为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， B 每个自由电荷量为q。 A
总电量 电荷总数
l
Q Nq nlSq nqSv I t l/v l/v
例题
有一条横截面积S=1mm2的铜导线，通过的电流I=1A 。已知铜的密度ρ =8.9×103kg/m3，铜的摩尔质量M=6.4×102kg/mol，阿伏加德罗常数N =6.62 × 1023mol-1，电子的电量 A e=-1.6 × 10-19C。求铜导线中自由电子定向移动的速率。
解：设自由电子定向移动的速率是v 通过横截面的电荷量是 由 I q
q I t
－ －
单位：安培（A）
I
E
－
－
－
－
+
-
安培是基 本单位。
5 电流分类： ①直流电：电流方向不随时间变化的电流。 ②交流电：大小、方向随时间作周期变化的电流。
电流大小和方向都不随时间 变化的电流——恒定电流。
说明
（1）电流为标量，电流虽有方向但是标量 （2）电解液中正负离子定向移动方向虽然相反，但正、负离 子定向移动形成的电流方向是相同的，此时q为正电荷总电荷 量和负电荷总电荷量的绝对值之和。
思考题
我们在上一章中曾经得出结论:在 静电平衡时,导体内部的场强为零, 导体上任意两点之间的电势差为零 (等势体).这与我们现在的说法有 矛盾吗?为什么?
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，所以电荷的 分布是稳定的，电场的分布也 稳定。-----恒定电场
小结:
n 为单位体积内自由电荷数目，S 为导体横截面积， v为电荷定向移动速率,q为每个自由电荷的电量
电池种类
1干电池： 在没有接入外电路时，两极间电压都是1.5V 2蓄电池： 在没有接入外电路时，两极间电压都是2.0V 3纽扣电池： 扣式电池，是指外形尺寸象一颗小纽扣的电池，一 蓄电池能够对外电 般来说直径较大，厚度较薄（相对于柱状电池如市 路提供持续电压的 场上的5号 AA等电池）. 本领比干电池大！
ρ vtS q ne N Ae M
t
得
ρ vSN A e I M
从中解出
IM v ρ SN Ae
v =7.5 ×10-5 m/s
代入数值后得
例与练
• 2、在稀CuSO4溶液中插入两碳棒极板， 在两极板上加一定的电压，在10s内有 5×1018个Cu离子通过某截面，则碳棒中 的电流强度为多大？
物理选修3-1第二章恒定电流
2.1电源和电流
雷鸣电闪时,强大的电流使天 空发出耀眼的闪光,但它只能存在 于一瞬间,而手电筒中的小灯泡却 能持续发光,这是为什么?
一、电源
1、电流的形成
导体中的自由电荷在电场力的作用下发生 定向移动形成电流. (瞬时电流)
2、持续电流的形成
倘若在A,B之间连接一个装置P,作用是不断地 把电子从A搬运到B，使AB之间始终存在一定的 电场，从而保持持续电流。