2.1 导体中的电场和电流
欧姆定律(高中物理)
二、电阻（R）
1.定义：导体两端的电压和通过导体的电流的比值.
U R=
I
（定义式）
2.单位：欧姆（） 千欧（Ｋ） 兆欧（Ｍ）
1 1V/A 1M 103 k 106
3.物理意义：反映导体对电流阻碍作用的大小.
三、欧姆定律
1、内容：导体中的电流 I 跟导体两端的电压 U 成正比，跟导体的电阻 R 成反比．
等于光速，闭合开关的 瞬间，电路中各处以光 速c建立恒定电场，在 恒定电场的作用下，电 路中各处的自由电子几 乎同时开始定向移动， 整个电路也几乎同时形 成了电流
大小 10－5 m/s
105 m/s
3×108 m/s
特别提醒：电流的形成是电子在速率很大的无规则热运动上附加 一个速率很小的定向移动，电路闭合时，瞬间在系统中形成电场， 使导体中所有自由电荷在电场力的作用下同时定向移动，并不是 电荷瞬间从电源运动到用电器。
3.二极管的伏安特性曲线
二极管具有单向 导电性； 理想二极管正向 电阻趋于零，反 向电阻无穷大
I 负向电流
正向电流 I
备选：
• 例1：已知电子的电荷量为e，质量为m，氢原子的 核外电子在原子核的电场力吸引下做半径为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？已知静电力常量k
例2、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 电子的电量为e、质量为m，则在刚射出加速电场时，
由直线斜率的倒数求电阻.
3.非线性元件: 伏安曲线不是直线.
2 1
U
IU图线(伏安特性曲线)
线性 元件的
图线
R1>R2
导体中的电流分布与电场
导体中的电流分布与电场在学习电学的过程中，我们经常会遇到导体中的电流分布和电场的概念。
导体是一种能够导电的材料，其中的电子能够自由移动，形成电流。
导体中的电场则是由电荷分布引起的力场。
导体中的电流分布与电场之间存在着密切的关系。
首先，让我们来了解导体中的电流分布。
当一个导体中有电势差存在时，电子就会在导体内部移动，形成电流。
然而，导体中的电流并不是均匀分布的，而是集中在导体表面附近的区域。
这是因为导体内部的电场为零，电子在内部受到的力是平衡的，无法形成流动的电流。
而导体表面附近的电场较强，能够将电子从高电势区域移动到低电势区域，从而产生电流。
因此，导体内部的电流密度远小于导体表面附近的电流密度。
导体中的电场与电流分布有着密切的联系。
电场是由电荷分布引起的力场，定义为单位正电荷所受到的力。
在导体表面附近，由于电荷分布相对较密集，导致电场强度较大。
而在导体内部，电荷分布较为均匀，所以电场强度较小。
当导体表面附近的电场强度足够大时，电子就会被电场力推到导体表面，形成电流。
因此，导体表面附近的电场强度与电流分布密切相关。
在某些特殊情况下，导体内部仍然存在电场。
当导体内部存在有电场时，电子会在导体内部受到电场力的作用而移动。
这种情况一般发生在导体中存在局部非均匀的电荷分布或者导体被连接在外部电源上。
在导体内部存在电场时，电子会受到电场力的作用，沿着电场线的方向移动。
由于导体内部电场的存在，导致电流不仅在导体表面附近存在，而且可以进一步在导体内部扩散。
因此，在某些情况下，导体内部可以出现较强的电流分布。
除了导体内部的电流分布与电场的关系，导体的几何形状和材料的导电性也会对电流分布和电场产生影响。
导体的几何形状会影响导体表面附近的电场强度，从而影响电流分布。
例如，当导体的形状变得尖锐时，导致电场集中在尖锐的部分，导致电流在尖锐部分更集中。
导体材料的导电性也会影响电流分布。
导电性较好的材料，如金属，可以更容易形成电流，导致电流分布更密集。
2.1导体中的电场和电流
6/13/2020
课堂训练
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； 1A
2、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． 2A
6/13/2020
3.2 A
3．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 ．
6/13/2020
取电子运动轨道上任一截面，在电子运动一周的
时间T内，通过这个截面的电量q=e，由圆周运动
的知识有： 2πR
T= 根据电流的定义
V
I
q t
ev
2R
6/13/2020
课堂训练
7、关于电流的方向，下列叙述中正确的是 C
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
导线中平均每个铜原子贡献一个自由电子.
v IM
SN Ae
7.5105m / s
6/13/2020
v sv vt
补充：三种速度的区别
自由电荷定 向移动速率
自由电荷定向移动形成电流，其中 电荷定向移动速率的数量级一般为 10-5m/s
无规则热运 动速率
导体中的自由电子在不停的做无规 则热运动，其速度与温度有关，常 温下电子热运动速率数量级为105m/s。
高中物理选修3-1优质教案7：2.1电源和电流教学设计
2.1电源和电流
两个导体球，如果用一条导线将它们连接起来，
思考与讨论：怎样才能使水管中有源源不断的水流呢？
结论：可在A、B之间连接一台抽水机，将水池B中的水抽到水池A中，这样可保持A、B之间的高度差，从而使水管中有源源不断的水流.
思维拓展：电源的作用与抽水机相似就是把自由电子从正极搬迁到负极的装置，使得导体两端保持电势差(电压)，电路中就会有持续的电流。
结论：电源能使电路中产生持续电流。
介绍图中各部分的意义，取出图中方框中的一小段导线及电场线放大后
讨论与交流：
导线中的电场将如何变化，最终又会达到怎样的状态？
请你用以上物理量表示电流I。
导线左端的自由电子经过时间t到达右端
自由电子从它的左端定向移动到右端所用的时间记为。
2020学年高中物理 专题2.1 电源和电流试题 新人教版选修3-1
第1节电源和电流一、电源和恒定电场1．电源的概念电源就是把从正极搬迁到负极的装置。
从能量的角度看，电源是一种能够不断地把其他形式的能量转变为的装置。
2．电源的作用保持导体两端的（电压），使电路有持续的电流。
3．导线内的电场有电源的电路中，导线内的电场，是由电源、导线等电路元件所积累的共同形成的。
详尽的分析说明：尽管这些电荷也在运动，有的流走了，但是另外的又来补充，所以电荷的分布是稳定的，电场的分布也是稳定的，故称。
4．恒定电场由稳定分布的电荷所产生的电场称为恒定电场。
二、电流及其微观表达式1．电流通过导体横截面的跟通过这些电荷量所用的时间的。
2．电流的定义式。
3．电流的单位安（安培），。
1 mA= A，1 μA= A。
自由电子电能电势差电荷恒定电场稳定的电荷量比值 A 10-3 10-6电流的微观表达式取一段粗细均匀的导体，两端加一定的电压，设导体中的自由电子沿导体定向移动的速率为v。
设想在导体中取两个横截面B和C，横截面积为S，导体中每单位体积的自由电荷数为n，每个自由电荷带的电荷量为q，则在时间t内处于相距为v t的两截面B、C间的所有自由电荷将通过截面C。
体积为V=vtS电荷数为N=nV总电荷量为Q=nVq=nvtSq电流为I=Q/t=nvqS此即电流的微观表达式。
【例题】如图所示是静电除尘器示意图，A接高压电源正极，B接高压电源的负极，AB之间有很强的电场，空气被电离为电子和正离子，电子奔向正极A的过程中，遇到烟气中的煤粉，使煤粉带负电吸附到正极A上，排出的烟就成为清洁的了，已知每千克煤粉会吸附n mol电子，每昼夜除尘的质量为m，计算高压电源的电流I （电子电荷量设为e，阿伏伽德罗常数为N，一昼夜时间为t）。
A参考答案：试题解析：根据电流定义式，只要能够计算出一昼夜时间内通过的电荷量Q，就可以求出电流。
由于电离出的气体中电子和正离子同时导电，煤粉吸附的电荷量为总电荷量的一半。
，，，。
规律总结：1．当正、负电荷同时参与导电时，电流定义式中的电荷量是正、负电荷的电荷量的绝对值之和；2．电流与横截面积结无关，电流的方向与自由电子定向移动的方向相反；3．等效思想：将电荷的绕核运动等效为电荷沿着一个环形导体定向运动，从而形成环形电流，再结合电流的定义式求解。
选修3-1 2.1电源和电流(最后)
A 等势体
B
形成持续电流的条件 形成持续电流的条件 持续电流
闭合电路和电源
二、电源
1.能把自由电子从正极搬到负极的装置. 1.能把自由电子从正极搬到负极的装置. 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), 作用: 导体两端的电势差( ),使电 2.作用:保持导体两端的电势差(电压),使电 路有持续的电流. 持续的电流 路有持续的电流.
3．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 和C，设导体的横截 上选取两个截面B和 ， 上选取两个截面 面积为S． 面积为 ．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， 数为 ，每个电荷的电荷量为 ，电荷的 定向移动速率为v 定向移动速率为
例题:有一条横截面积 的铜导线,通过的电流 通过的电流I=1A,已知铜的 例题 有一条横截面积S=1mm2的铜导线 通过的电流 有一条横截面积 已知铜的 密度ρ=8.9×103kg/m3,铜的摩尔质量 铜的摩尔质量M=6.4×10-2kg/mol,阿伏加德 密度 × 铜的摩尔质量 × 阿伏加德 罗常数N 电子的电量e=-1.6×10-19C,求铜导线中 罗常数 A=6.02×1023mol-1,电子的电量 × 电子的电量 × 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 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. 一个自由电子 设自由电子定向移动的速率是v 解：设自由电子定向移动的速率是 通过横截面的电荷量是
E′ M ′
E0
高二物理选修3-1第二章恒定电流
第二章、恒定电流知识点一、导体中的电场和电流1. 导线中的电场⑴形成因素：是由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成的。
⑵方向：导线与电源连通后，导线内很快形成了沿导线方向的恒定电场。
⑶性质：导线中恒定电场的性质与静电场的性质不同。
恒定电场：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。
尽管导线中的电荷在运动，但有的流走，另外的又来补充，所以电荷的分布是稳定的，电场的分布也不会随时间变化。
这种由稳定分布的电荷所产生的稳定电场称为恒定电场。
2. 电流⑴导体形成电流的条件：①要有自由电荷②导体两端形成电压。
⑵电流定义：通过导体横截面的电量跟这些电荷量所用时间的比值叫电流。
公式：⑶电流是标量但有方向，规定正电荷定向移动的方向为电流的方向（或与负电荷定向移动的方向相反）。
单位：A， 1A=103 mA=106μA恒定电流：大小方向不随时间的变化而变化的电流.我们生活中能使电器正常的电流就是恒定电流；⑷电流微观表达式:I=nqvs，n是单位体积内的自由电荷数，q是每个自由电荷电荷量，s是导体的横截面积，v是自由电荷的定向移动速率。
（适用于金属导体）说明：导体中三种速率（定向移动速率非常小约10-5m/s，无规律的热运动速率较大约105 m/s，电场传播速率非常大为光速例如电路合上电键远处的电灯同时亮）例1．某电解池中，若在 2 s内各有×1019个二价正离子和×1019个一价负离子通过某截面，那么通过这个截面的电流是( )．A．O B． A C． A D． A解析：电荷的定向移动形成电流，但“+”“一”电荷同时向相反方向定向移动时，通过某截面的电量应是两者绝对值的和。
故由题意可知，电流由正、负离子定向运动形成，则在 2 s 内通过截面的总电量应为：q=×10-19×2××1019C+×10-19×1××1019C=。
高中物理恒定电流典型例题
2.1 导体中的电场和电流电动势例1、关于电流的说法正确的是（）A、根据I=q/t，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例2、如果导线中的电流为1mA，那么1s内通过导体横截面的自由电子数是多少？若算得“220V，60W”的白炽灯正常发光时的电流为273mA，则20s内通过灯丝的横截面的电子是多少个？例3、关于电动势，下列说法正确的是（）A、电源两极间的电压等于电源电动势B、电动势越大的电源，将其它形式的能转化为电能的本领越大C、电源电动势的数值等于内、外电压之和D、电源电动势与外电路的组成无关2.2 串、并联电路的特点电表的改装例1. 有一个电流表G，内阻Rg=10Ω满偏电流Ig=3mA。
要把它改装成量程0 —3V的电压表，要串联多大的电阻？改装后电压表的内阻是多大？例2．有一个电流表G，内阻Rg=25Ω满偏电流Ig=3mA。
要把它改装成量程0 —0.6mA的电流表，要并联多大的电阻？改装后电流表的内阻是多大？例3．一安培表由电流表G与电阻R并联而成。
若在使用中发现此安培表读数比准确值稍小些，下列可采取的措施是A.在R上串联一个比R小得多的电阻B. 在R上串联一个比R大得多的电阻C. 在R上并联一个比R小得多的电阻D. 在R上并联一个比R大得多的电阻2.3欧姆定律电阻定律焦耳定律例1如图1所示的图象所对应的两个导体（1）电阻之比R1：R2_____；（2）若两个导体的电流相等（不为零）时电压之比U1：U2为______；（3）若两个导体的电压相等（不为零）时，电流之比为______。
例2如图2所示，用直流电动机提升重物，重物的质量m=50kg，电源供电电压为110V，不计各处摩擦，当电动机以v=0.9m/s的恒定速度向上提升重物时，电路中的电流为5A，则电动机线圈的电阻为多少？（g取10m/s2）例3有两根不同材料的金属丝，长度相同，甲的横截面的圆半径及电阻率都是乙的2倍。
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2.1 导体中的电场和电流
导体中的电场和电流是固体物质中电子运动的重要性质。
在物质中存在自由电子，当外加电场作用于导体时，自由电子会受到电场力的作用而产生电流。
本文将详细介绍导体中的电场和电流的相关概念和特性。
1. 导体中的电场
导体中存在大量自由电子，这些自由电子能够在导体内自由移动。
当导体外加电场时，电场力会作用于自由电子，使得电子在导体内发生漂移。
导体中的电场主要通过电子的漂移来展现。
导体中的电场强度与导体内自由电子的密度和电子的漂移速度相关。
当外加电场的电场强度增加时，自由电子的漂移速度也会增加，导致电流密度增大。
此时，导体中的电阻会产生一定的电压降，使得电流得以流动。
2. 导体中的电流
导体中的电流是指带电粒子（一般为电子）在导体中的移动。
导体中的电流主要是由外电场作用于导体内的自由电子而产生的。
当外加电场作用于导体中时，电场力会作用于自由电子，使得它们在导体内发生漂移。
自由电子在导体内的漂移形成了电流。
导体中的电流方向与电场方向相反。
具体来说，当外加电场方向为正方向时，导体内的电流方向为负方向。
导体中的电流通过单位横截面积的电荷量来表示，单位为安培（A）。
电流大
小与电荷量和电流流动的时间相关。
根据欧姆定律，导体中的电流与电压和电阻之间存在线性关系。
当给定电压情况下，导体的电阻越小，电流就越大。
3. 导体中的电场和电流关系
导体中的电场和电流之间存在着密切的关系。
外加电场会使导体内的自由电子发生漂移，产生电流。
导体中的电流会使得导体内部形成一个电场分布，该电场与外加电场方向相反，抵消外加电场对导体内电子的作用。
导体中的电场分布可以用导体内的电势分布来描述。
在稳态下，导体内各点的电势相等。
这是因为在稳态下，导体内的自由电子已经达到了平衡状态。
通过电位移定义电场强度，可以得出导体内各点的电势相等。
导体中的电场分布和导体内的电流分布存在一定的关系。
在导体中存在一种现象，即导体内的电流主要在导体表面流动。
这是因为导体内部的电荷分布情况使得在表面形成一个电场，使得电流主要集中在表面导体。
此外，导体的形状和材料对电场和电流的分布也有影响。
不同形状和材料的导体对电场和电流的分布及电阻特性有所差异。
总结
导体中的电场和电流是固体物质中电子运动的重要性质。
导体中存在大量自由电子，外加电场作用于导体时，自由电子会受到电场力的作用而产生电流。
导体中的电场强度与电子的漂移速度相关，电流密度与电场强度和电阻有关。
导体中的电流是由外电场作用于导体内的自由电子而产生的。
导体中的电流与电压和电阻之间存在线性关系。
导体的形状和材料对电场和电流的分布及电阻特性有所差异。