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第二章 恒定电流
2.1 电源和电流
闪 电正负电荷分别在云的不同部位积聚。当
电荷积聚到一定程度，就会在云与云之间或云与
地之间发生正负电荷中和，瞬时产生几十万安培
2021的/3/1电流。电流生热使空气发光，叫闪电
1
电闪雷鸣时, 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,
N
E0
E′M
E E0
导线内很 N 快形成沿
导线方向 的电场
M
E
8
二.导线中的电场
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
恒定电场
由稳定分布的 电荷产生的稳 定的电场称为 恒定电场。
4、单位：安培（简称安），符号：A
2021/3/1
1 A 13m 0 A 16u 0A
10
三、恒定电流
5、说明
（1）电流方向的规定：规定正电荷定向移动的方向为电流 方向。
（2）金属导体中电流的方向与自由电子定向移动的方向相反。
（3）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：
I q1 q2 t
（4）电流强度虽然有大小和方向，但不是矢量，而是一个 标量。
2021/3/1
11
四、电流的微观意义
一个粗细均匀的，长为L的导体，两端加一定电压，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 个自由电荷所带电量为q，求此导体中的电流是多少？
2021/3/1
-
++ +
+ A +-
+ + +
-
-
_ __
_ B _
_ __
P
9
三、恒定电流
1、恒定电流：大小、方向都不随时间变化的电流。
2、电流：物理上把通过导体横截面的电荷量q跟通过这些 电荷量所用的时间t的比值称为电流。表示电流强弱程度的物理 量。
3、公式：
电流
Iq t
平均电流
qIt
表示在时间t内通过导体横截面的电荷量。
这是为什么?
2021/3/1
2
一、电流的形成
1、什么是电流：导体中电荷的定向移动形成电流。
条件1：存在自由电荷→ 金属导体——自由电子 电解液——正、负离子．
问：有自由电荷就形成电流吗？
2021/3/1
3
导体中产生电流的条件:
-
-
+ ++ + A+ + ++
___
_ _
B _
_ _
A
B
水势A
A
2021/3/1
四、电流的微观意义
3、三种微观速度的区别
电流传导速率、电子定向移动速率、电子热运动速率
（1）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的作用而定向移动形 成电流。（对整体而言） （2）电子定向移动速率，其大小与电流有关，一般 数量级10－5m/s。（对每个电子而言）
（3）电子的热运动速率，任何微观粒子都做无规 则的运动，其速率与温度有关，通常情况为105m/s。
水势B
下发生定向移动，形成电
流．
水流
2021/3/1
5
一、电流的形成
1、导体中电荷的定向移动形成电流。
条件1：存在自由电荷。 条件2：导体两端存在电势差。
－
+ + +
A +++
++ － + +
－
－
B －－－－－－
－－－ － －
P－
2021/3/1
6
1、电源：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) 使导体中有持续的电流.
q510181.610192 2C3.2C
I q0.32A t
2021/3/1
16
五、典型例题讨论
3、（天津高考）在显像管的电子枪中，从 炽热的金属丝不断放出的电子进入电压为U的加 速电场，设其初速度为零，经加速后形成横截面 积为S、电流为I的电子束。已知电子的电荷量为 e、质量为m，则在刚射出加速度时，一小段长
连通器
B
水势B
水流
导体中自由电子的定向移 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
4
导体中产生持续电流的条件:
条件2、导体两端存在电势差
-
-
+ ++ + A+ + ++
___
_ _
B _
_ _
A
B
水势A
当导体两端存在电势差时，
抽水机
导体内建立了电场，导体中
A
连通器
B 的自由电荷在电场力的作用
2021/3/1
14
五、典型例题讨论
1、如图示，电解液接入电路后，在t秒内有n1个一价正离子 通过溶液内截面S，有n2个二价负离子通过溶液内截面S，设e为
元电荷，则以下关于通过该截面电流的说法正确的是（ D ）
A、当n1=n2时，电流大小为零
B、当n1>n2时，电流方向由A指向B，电流：
I(n12n2)e
由电子定向移动的速率v？
S vt
2021/3/1
解析：设自由电子定向移动的速度为v，任意取 一段导线，自由电子从左断移到右端时间为t， 则这段导线长度为vt，体积为vtS，质量为ρvtS。 这段导体中的原子个数为：
NM vt SNA （也为导线中的自由电子个数）
定向移动Q 速 率N 非常 e小M v ! tv S N A eS IM IA N te7.515 0 m /s13
vS L
2021/3/1
NnL（S这段导体中的自由电荷个数）
Q N e nLq S （总电荷量）
t L v
（这段导体中的自由电荷个数通过 横截面积S所需要的时间）
IQ t nLLSqnvSq（电流）
v
12
四、电流的微观意义
例题
有一个横截面积S=1mm2的铜导线，通过的电流I=1A。已知铜
的密度为ρ=8.9×103kg/m3,铜的摩尔质量为6.4×10－2kg/mol, 阿佛加德罗常数为NA= 6.02×1023mol-1，电子的电量为e。在这 个问题中可以认为每个铜原子贡献一个自由电子。求铜导线中自
-
+ ++
+ A + 电源
+ +- +
+ F PP
正极
2021/3/1
－
-Fra Baidu bibliotek
_ __
_ _
B _
_ _
--
负极
电源: 把其他形式
的能转换成电能。 利用非静电力!
7
二.导线中的电场
Ft
N
假设在电源正、负
F
极之间连一根导线
Fn M
E0
+ ++ + A+
+ +- +
_ __
_ _
B _
_ _
P
-
2021/3/1
A
t
+
C、当n1<n2时，电流方向由A指向B，电
－
流：I(2n2n1)e
t
D、电流方向由A指向B，电流：
I(n12n2)e
t
2021/3/1
B
15
五、典型例题讨论
• 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？
2.1 电源和电流
闪 电正负电荷分别在云的不同部位积聚。当
电荷积聚到一定程度，就会在云与云之间或云与
地之间发生正负电荷中和，瞬时产生几十万安培
2021的/3/1电流。电流生热使空气发光，叫闪电
1
电闪雷鸣时, 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,
N
E0
E′M
E E0
导线内很 N 快形成沿
导线方向 的电场
M
E
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二.导线中的电场
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
恒定电场
由稳定分布的 电荷产生的稳 定的电场称为 恒定电场。
4、单位：安培（简称安），符号：A
2021/3/1
1 A 13m 0 A 16u 0A
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三、恒定电流
5、说明
（1）电流方向的规定：规定正电荷定向移动的方向为电流 方向。
（2）金属导体中电流的方向与自由电子定向移动的方向相反。
（3）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：
I q1 q2 t
（4）电流强度虽然有大小和方向，但不是矢量，而是一个 标量。
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四、电流的微观意义
一个粗细均匀的，长为L的导体，两端加一定电压，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 个自由电荷所带电量为q，求此导体中的电流是多少？
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+ A +-
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三、恒定电流
1、恒定电流：大小、方向都不随时间变化的电流。
2、电流：物理上把通过导体横截面的电荷量q跟通过这些 电荷量所用的时间t的比值称为电流。表示电流强弱程度的物理 量。
3、公式：
电流
Iq t
平均电流
qIt
表示在时间t内通过导体横截面的电荷量。
这是为什么?
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一、电流的形成
1、什么是电流：导体中电荷的定向移动形成电流。
条件1：存在自由电荷→ 金属导体——自由电子 电解液——正、负离子．
问：有自由电荷就形成电流吗？
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导体中产生电流的条件:
-
-
+ ++ + A+ + ++
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B _
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水势A
A
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四、电流的微观意义
3、三种微观速度的区别
电流传导速率、电子定向移动速率、电子热运动速率
（1）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的作用而定向移动形 成电流。（对整体而言） （2）电子定向移动速率，其大小与电流有关，一般 数量级10－5m/s。（对每个电子而言）
（3）电子的热运动速率，任何微观粒子都做无规 则的运动，其速率与温度有关，通常情况为105m/s。
水势B
下发生定向移动，形成电
流．
水流
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一、电流的形成
1、导体中电荷的定向移动形成电流。
条件1：存在自由电荷。 条件2：导体两端存在电势差。
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+ + +
A +++
++ － + +
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B －－－－－－
－－－ － －
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1、电源：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) 使导体中有持续的电流.
q510181.610192 2C3.2C
I q0.32A t
2021/3/1
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五、典型例题讨论
3、（天津高考）在显像管的电子枪中，从 炽热的金属丝不断放出的电子进入电压为U的加 速电场，设其初速度为零，经加速后形成横截面 积为S、电流为I的电子束。已知电子的电荷量为 e、质量为m，则在刚射出加速度时，一小段长
连通器
B
水势B
水流
导体中自由电子的定向移 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
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导体中产生持续电流的条件:
条件2、导体两端存在电势差
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水势A
当导体两端存在电势差时，
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导体内建立了电场，导体中
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连通器
B 的自由电荷在电场力的作用
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五、典型例题讨论
1、如图示，电解液接入电路后，在t秒内有n1个一价正离子 通过溶液内截面S，有n2个二价负离子通过溶液内截面S，设e为
元电荷，则以下关于通过该截面电流的说法正确的是（ D ）
A、当n1=n2时，电流大小为零
B、当n1>n2时，电流方向由A指向B，电流：
I(n12n2)e
由电子定向移动的速率v？
S vt
2021/3/1
解析：设自由电子定向移动的速度为v，任意取 一段导线，自由电子从左断移到右端时间为t， 则这段导线长度为vt，体积为vtS，质量为ρvtS。 这段导体中的原子个数为：
NM vt SNA （也为导线中的自由电子个数）
定向移动Q 速 率N 非常 e小M v ! tv S N A eS IM IA N te7.515 0 m /s13
vS L
2021/3/1
NnL（S这段导体中的自由电荷个数）
Q N e nLq S （总电荷量）
t L v
（这段导体中的自由电荷个数通过 横截面积S所需要的时间）
IQ t nLLSqnvSq（电流）
v
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四、电流的微观意义
例题
有一个横截面积S=1mm2的铜导线，通过的电流I=1A。已知铜
的密度为ρ=8.9×103kg/m3,铜的摩尔质量为6.4×10－2kg/mol, 阿佛加德罗常数为NA= 6.02×1023mol-1，电子的电量为e。在这 个问题中可以认为每个铜原子贡献一个自由电子。求铜导线中自
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+ +- +
+ F PP
正极
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负极
电源: 把其他形式
的能转换成电能。 利用非静电力!
7
二.导线中的电场
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极之间连一根导线
Fn M
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C、当n1<n2时，电流方向由A指向B，电
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流：I(2n2n1)e
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D、电流方向由A指向B，电流：
I(n12n2)e
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五、典型例题讨论
• 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？