第二章 恒定电流
2.1 电源和电流
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,这是为什么?
一、电流的形成
1、电流：电荷的定向移动形成电流
电荷的热运动，从宏观上看，不能形成电流．
金属导体——自由电子
电 解 液——正、负离子
_
水流
导体中产生电流的条件:
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
_
水流
导体中产生电流的条件:
导体两端存在电势差
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
2、电流的形成条件：
（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
二、电源
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.
拓展:电源P把电子从A搬运到B的过程中,电子的电势能如何变化?从能量的角度看发挥了怎样的作用？
水流
导线中电子为什么能从电源的负极
沿导线定向移到正极?
思考
在有电源的电路中,
导线内部的电场又有何特点?
-
-
+
A
+
+
+
+
+
+
+
_
_
_
B
_
_
_
_
_
P
假设在电源正、负极之间连一根导线
导线中的电场
-
-
+
A
+
+
+
+
+
+
+
_
_
_
B
_
_
_
_
_
P
假设在电源正、负极之间连一根导线
M
N
E0
F
Fn
Ft

导线内很快形成沿导线方向的电场
导体内的电场线保持和导线平行
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
由稳定分布的电荷产生的稳定的电场称为恒定电场.
三、恒定电场
恒定电场
电场强度不变
串一个电流表,读数不会变
自由电子定向运动的
平均速率不变
由于恒定电场的作用,导体中自由电荷定向运动的速率增加;而在运动过程中会与导体内不动的粒子碰撞从而减速,因此自由电荷定向运动的平均速率不随时间变化.如果我们在这个电路中串联一个电流表,电流表的读数保持恒定.
大小方向都不随时间变化的电流称为恒定电流
四、恒定电流
表示电流的强弱程度
1、定义:通过导体横截面的电量q跟通过这些电量所用时间t的比值叫做电流
2、定义式:I= q / t
3、单位:国际单位 安培(A) 1A=1C/s
常用单位：毫安（mA）、微安（μA）
4、方向:正电荷定向移动的方向
注意：电流是标量
它的运算不遵循平行四边形定则
五、电流
1、在金属导体中，若10s内通过横截面的电量为10C，则导体中的电流为________A
课堂练习
2、一条导线中的电流为1.6A，在1秒内通过这条导线某一横截面积的电子有 个
解： q=It=1.6c
n=q/e=1.6/1.6x10-19=1019个
讨论
正电荷向左通过横截面S
负电荷向右通过横截面S
在t时间内
通过横截面S的等效电流I=？
课堂练习
3、某电解槽横截面积为0.5m2，若10s内沿相反方向通过横截面的正负离子的电量均为10C，则电解液中的电流为_______A
（1）适用于任何电荷的定向移动形成的电流。
（2）在金属导体中，电流方向与自由电荷（电子）的定向移动方向相反；
（3）在电解液中，电流方向与正离子定向移动方向相同，与负离子走向移动方向相反．导电时，是正负离子向相反方向定向移动形成电流，电量q表示通过截面的正、负离子电量绝对值之和。
注意：
理论探究：决定电流大小的微观量
在加有电压的一段粗细均匀的导体AD上选取两个截面B和C，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，每个电荷的电荷量为q，电荷的定向移动速率为v
则在时间t 内处于相距为 vt 的两截面B、C间的所有自由电荷将通过截面C ．
知： S为导线的横截面积
n为单位体积内自由电荷的个数
q为每个自由电荷的电荷量
v为自由电荷的定向移动速率
求：通过导体的电流I?
解：在时间t内通过导体
某截面的电量为: Q=(vts)nq
所形成的电流为: I=Q/t=nqSV
4、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=6.4×10-2kg/mol,阿伏加德罗常数NA=6.02×1023mol-1,电子的电量e=-1.6×10-19C,求铜导线中自由电子定向移动的速率.可认为铜导线中平均每个铜原子贡献一个自由电子.
课堂练习
三个速率
思考：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？
电子定向移动的速率约 10-5 m/s，
电子热运动的平均速率 10 5 m/s，
电场的传播速率 3×10 8 m/s.
1、电流的形成条件：
（1）存在自由电荷;（2）存在电压.
2、电源:把自由电子从正极搬到负极的装置.
电源的作用：提供持续的电压.
3、恒定电场:由稳定分布的电荷产生稳定的电场.
4、恒定电流:大小方向都不变的电流.
5、电流:表示电流的强弱程度的物理量.
（1）定义式 I=q / t
（2）决定式
小结
n为单位体积内自由电荷个数 S为导体横截面积
v为自由电荷定向移动速率 q为每个自由电荷的电量
2.1 电源和电流
5、关于电流的方向，下列叙述中正确的是
A．金属导体中电流的方向就是自由电子定向移动的方向
B．在电解质溶液中有自由的正离子和负离子，电流方向不能确定
C．不论何种导体，电流的方向规定为正电荷定向移动的方向
D．电流的方向有时与正电荷定向移动的方向相同，有时与负电荷定向移动的方向相同
C
课堂练习
6、某电解质溶液，如果在1 s内共有5.0×1018个二价正离子和1.0×1019个一价负离子通过某横截面，那么通过电解质溶液的电流强度是多大？
3.2 A
课堂练习
7、氢原子的核外只有一个电子，设电子在离原子核距离为R的圆轨道上做匀速圆周运动。已知电子的电荷量为e，运动速率为v，求电子绕核运动的等效电流多大？
课堂练习
a、手电筒中小灯泡的工作电流是0.25A。
b、电子手表工作时，液晶显示屏的电流为 0.2μA左右。
c、彩色电视机工作时， 屏幕为21吋，电源的工作电流为0.4A左右； 屏幕为29 吋, 电源的工作电流为1A左右。
d、50Hz的交流电，人能感触到的触电电流为 1mA，能够自行摆脱电源的触电电流为 10mA，触电电流达到50mA以上，将引起心 室颤动。因此，国际电工委员会规定的安全电流（摆脱电流）为10mA。
你知道吗?
作业：P43 2、3
8、来自质子源的质子（初速度为零），经一加速电压为800kV的直线加速器加速，形成电流强度为1mA的细柱形质子流。已知质子电荷e=1.60×10-19C。这束质子流每秒打到靶上的质子数为_________。假定分布在质子源到靶之间的加速电场是均匀的，在质子束中与质子源相距L和4L的两处，各取一段极短的相等长度的质子流，其中的质子数分别为n1和n2，则n1∶n2=_______。
课堂练习