电源和电流

第一节 电源和电流

一、电源(阅读教材第41页第2段至第3段)

1．定义：能把电子从正极搬运到负极的装置．2．作用：(1)维持电路两端有一定的电势差．

(2)使闭合电路中保持持续的电流．

1．从电荷移动角度看，电源的作用就是移动电荷，维持电源正负极间有一定的电势差，从而保持电路中有持续电流．

2．从能量转化角度看，搬运电荷的过程就是克服静电力做功的过程，从而将其他形式的能转化为电能．

二、恒定电流(阅读教材第41页第4段至第42页最后) 1．恒定电场

(1)恒定电场：当电路达到稳定时，导线中的电场是由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成的．这种由稳定分布的电荷所产生的稳定的电场，叫恒定电场．

(2)特点：任何位置的电荷分布和电场强度都不随时间变化． 2．恒定电流

(1)定义：大小、方向都不随时间变化的电流称为恒定电流．

(2)公式：I ＝q t

或q ＝It ，其中：I 表示电流，q 表示在时间t 内通过导体横截面的电荷量．

(3)单位：安培，符号A ；常用的电流单位还有：毫安(mA)、微安(μA)． 1 A ＝103 mA ；1 A ＝106 μA. 1．电流的形成

(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．电流虽然有方向，但是它遵循代数运算法则，所以电流不是矢量而是标量．

3．I ＝q t

是电流的定义式，不能说I 与q 成正比，与t 成反比．

4．用I ＝q t

计算出的电流是时间t 内的平均值．对于恒定电流，电流的瞬时值与平均值相等．

5．利用I ＝q t

的变形式q ＝It 可计算t 时间内通过导体某横截面的电荷量．

对公式I ＝q /t 的理解和应用 不同导体中电流的计算方法

1．金属导体中的自由电荷只有自由电子，运用I ＝q t

计算时，q 是某一时间内通过金属

导体横截面的电子的电荷量．

2．电解液中的自由电荷是正、负离子，运用I ＝q t

计算时，q 应是同一时间内正、负两

种离子通过横截面的电荷量的绝对值之和．

3．处于电离状态的气体中的自由电荷既有正、负离子，也有自由电子，利用公式I ＝q t

求气体导电电流时，q 应是三种带电粒子通过横截面的电荷量的绝对值之和．

——————————(自选例题，启

迪思维)

1.如图所示，在NaCl 溶液中，正、负电荷定向移动，方向如图中所示，若测得2 s 内分别有1.0×1018个Na ＋和Cl －通过溶液内部的横截面M ，溶液中的电流方向如何？电流为多大？

[思路探究] (1)电流的方向是如何规定的？ (2)2 s 内通过M 的电荷量是多少？

[解析] NaCl 溶液导电是靠自由移动的Na ＋和Cl －，它们在电场力作用下向相反方向运动．因为电流方向为正电荷定向移动的方向，故溶液中电流方向与Na ＋定向移动的方向相同，即由A 流向B .Na ＋和Cl －都是一价离子，每个离子的电荷量为e ＝1.6×10－19 C ，

NaCl 溶液导电时，Na ＋由A 向B 定向移动，Cl －由B 向A 定向移动，负离子的运动可以等效地看做正离子沿相反方向的运动，可见，每秒钟通过横截面M 的电荷量为两种离子电荷量的绝对值之和，则有I ＝q t

＝

q 1＋q 2t

＝1.0×1018×1.6×10－19＋1.0×1018×1.6×10－19

2

A ＝0.16 A.[答案]由A 流向

B 0.16

A

2.(2015·江西临川一中月考)某一探测器因射线照射，内部气体电离，在时间t 内有n 个二价正离子到达阴极，有2n 个电子到达探测器的阳极，则探测器电路中的电流为( )

A ．0

B ．2ne /t

C ．3ne /t

D ．4ne /t

[解析] 由题意可知，在时间t 内通过某横截面的电荷量为n ·2e ＋2n ·e ＝4ne ，故根据电流的定义可知探测器电路中的电流为I ＝q t

＝

4ne t

，故选项D 正确．

3. 电路中有一电阻，通过电阻的电流为5 A ，当通电5分钟时，通过电阻横截面的电子数为( )

A ．1 500个

B ．9.375×1019个

C ．9.375×1021个

D ．9.375×1020个 [解析] q ＝It ，n ＝q e

＝It e

＝9.375×1021个．[答案] C

[借题发挥] 计算电流时，要分清形成电流的电荷种类，是只有正电荷或负电荷，还是正、负电荷同时定向移动．

等效电流的求解

有些电流，并不是导体内电荷的定向移动形成的，如电子绕核运动，经电场加速的粒子流、带电体的运动等，可以通过等效方法用I ＝q t

求解等效电流．

——————————(自选例题，启

迪思维)

1.已知电子的电荷量为e ，质量为m .氢原子的电子在原子核的静电力吸引下做半径为r 的匀速圆周运动，则电子运动形成的等效电流大小为多少？

[思路探究] 电子绕原子核运动，一个周期T 内电子过某截面一次，等效电流由I ＝e

T

求出．

[解析] 在电子运动轨道上取一截面，在电子运动一周的时间T 内，通过这个横截面的电荷量q ＝e ，则有I ＝q t

＝e T

.再由库仑力提供向心力，有

ke 2r 2

＝m

4π2

T 2

r ，得T ＝

2πr

e

mr k

.

解得I ＝

e 2kmr

2πr 2m

.[答案]

e 2 kmr

2πr 2m

2.(2015·福建宁德一中高二检测)半径为 R 的橡胶圆环均匀带正电，总电荷量为Q ，现使圆环绕垂直环所在平面且通过圆心的轴以角速度ω匀速转动，则由环产生的等效电流应满足( )

A ．若ω不变而使电荷量Q 变为原来的2倍，则电流也将变为原来的2倍

B ．若电荷量Q 不变而使ω变为原来的2倍，则电流也将变为原来的2倍

C ．若使ω、Q 不变，将橡胶环拉伸，使环半径增大，电流将变大

D ．若使ω、Q 不变，将橡胶环拉伸，使环半径增大，电流将变小 [解析] 截取圆环的任一截面S ，如图所示，在橡胶圆环运动一周的时间 T 内，通过这个截面的电荷量为Q ，则有：I ＝q t

＝Q T

，又 T ＝2πω

，

所以I ＝

Q ω

2π

.分析各选项可知本题选AB.[答案] AB

[规律总结] 对于等效电流的求解问题，一定要找出一段时间内通过某一横截面的电荷量，才能运用电流的定义式求电流．而求解的关键就是确定通过某一横截面的电荷量和时间．