电源和电流

通过本章学习要学会处理以下几类问题：
(1)电路的简化：对复杂的电路，画出等效电路图， 这是一项基本功，也是电路分析和计算的基础．(2) 动态直流电路的分析：电路中某些元件(如滑动变阻 器的阻值)的变化，会引起电流、电压、电阻、电功 率等相关物理量的变化，解决这类问题涉及的知识点 多，要掌握一定的思维方法．(3)非纯电阻电路的分 析与计算．(4)稳态、动态电阻和电容电路的分析与 计算．(5)故障电路的分析与判断．此类问题紧密联 系实际，对灵活运用知识的能力要求较高．
（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:（指电流的流向)正电荷定向移动的方向
电流是标量．它的运算不遵循平行四边形定则
①说明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，
B
2mnNAe I
A
t
小结:
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
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
例2、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？
I q ev t 2R
答案 AB
例题3: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.
七个基本单位： 米（m长度） 千克（Kg质量） 秒（s时间）
安培（I电流） 开尔文 （K热力学） 摩尔 （mol物质的量） 坎德拉（cd)（发光强度 的单位）
例．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判断正确的是 A．若ω不变而使电荷量Q变为原来的2倍，则等效电流 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，则等效电流 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， 等效电流将变大 D．若使ω、Q不变，将橡胶环拉伸，使环半径增大， 等效电流将变小
流，其中的质子数分别为n1和n2，则
n1∶n2=_____。
V1
V2
质子源
L 4L
• 解：按定义有：
I
ne , n
I
6.25 1015.
t te
• 由于各处电流相同，设所取质子流长度为L，
其中的质子数为n个，则由
I ne 和t l 得I nev , n 1
t
v
l
v
•而
v2 2as, v
s, n1 n2
I=nqsv
公式意义 定义式
决定式
电流意义 t时间的平均电流 某时刻的瞬时电流
描述角度 大量电荷定向运动的 形成电流的微观实
宏观表现
质
联系
有I=Q/t 推出I=nqsv
例1、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
v sv
vt
IM
v
7.5 10 5m / s
SN Ae
• 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)电荷定向移动的速率约10-4-10-5 m/s， （2）电荷无规则热运动的平均速率105 m/s， （3）电场的传播速率（或电流的传导速度）等于光速 3×108 m/s.
s2 2 s1 1
V1
V2
质子源
L 4L
例5．有一横截面积为S的铜导线，流经其中的电流为
I，设每单位体积的导线中有n个自由电子，每个自由
电子的电荷量为q，此时电子定向移动的速率为v，则
在Δt时间内，通过导体横截面的自由电子数目可表
示为( )
A．nvSΔt B．nvΔt
It C. q
D. I t sq
+ +- +
_ __
_ _
B _
_ _
P
-
E′M
E0
N 导线内很快 形成沿导线 方向的电场
M
导体内的电场线保持和导线平行 E
二.恒定电流
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。 1、 这种由稳定分布的电荷所产生的稳定的电场 --恒 定电场 （1） 在恒定电场中，基本性质与静电场相同，在静电 场中所讲的电势、电势差以及与电场强度的关系等， 在恒定电场中同样适用。 （2） 导线内部的场强沿导线方向 （3）自由电荷定向运动的平均速率不随时间变化 恒定电流-大小和方向都不随时间变化的电流称为恒定 电流
体,达到静电平衡，导线R中会产生一个瞬时电流
2、 导体中产生电流的条件:导体两端存在电势差
一.电源
-
+++
+ A-+
++ +
--
P
___
_B _-
___
A 抽水
机 水池
B
1.电源（干电池、蓄电池、发电机）能把自由电子从
正极搬到负极的装置,保持导体两端的电势差(电压),
使电路有持续的电流.
2 能量转化角度：非静电力做功从而把其他形式的能
(6)非线性电路的分析与求解．
本章的核心内容是欧姆定律；重点是电路的分 析和计算；难点是电路的设计；高考热点是电 路动态分析和实验．
学习目标：1.了解形成电流的条件，知道电源的作用 和导体中的恒定电场，初步体会动态平衡的思想． 2．理解电流的定义，知道电流的单位、方向的规定； 理解恒定电流，会用公式
q＝It分析相关问题．
3．能从微观的角度理解导体中电荷的定向移动与电流 之间的关系．
重点难点：导体中电流的形成原因．
易错问题：应用I＝q/t求电解液中的电流 时，q应为正、负电荷的绝对值之和．
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。
例 某电解液中，若在2s内有1.0x1019个二价正离子和 2.0x1019个一价负离子通过某截面,那么通过这个截面 的电流是？
6.4c 3.2A
三 金属导体内电流的微观解释
在加有电压的一段粗细均匀的导体AD上选取两个截面B
例题4：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
而形成的等效电流大小为
A．qv
q B.v
C ．qvS
D ．qv/S
解析 1 s 内棒通过的长度 l＝vt，总电荷量 Q＝ql＝qvt. 由 I＝Qt ＝qvt t＝qv，故选项 A 正确．
A
例7 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nmol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NA，一昼夜时间为t.)
I
nqsv
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
例 同一根导线分别通以不同的电流，并保持温度不变， 当电流较大时，以下说法正确的是 A单位体积数较多自由电子 B自由电子定向移动速率较大 C自由电子热运动速率较大 D电流传导速率较大
答案B
本章主要内容有电阻的串并联、欧姆定律、电阻定律、 焦耳定律、闭合电路的欧姆定律、电路中的能量守恒 定律、多用电表、简单的逻辑电路等．
转化为电能
3 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．
导线中的电场
假设在电源正、负极之 间连一根导线
Ft
N
F
Fn M
E0
N
E0
+ ++ + A+
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e，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 ．
Q=(VtS)ne
所形成的电流为:I=Q/t=neSV