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。
2.1 导体中的电场和电流
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。
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。
电流与电场的作用：电流在电场中的作用和电场对电流的影响
电流与电场的作用：电流在电场中的作用和电场对电流的影响电流和电场是电磁学中的两个重要概念，它们之间有着密切的关系。
电流是电荷在导体中的移动形式，而电场则是由电荷引起的电势差的分布。
电流在电场中的行为和电场对电流的影响有着重要的意义。
本文将介绍电流在电场中的作用以及电场对电流的影响。
首先，让我们来看看电流在电场中的作用。
电流在电场中的行为可以通过欧姆定律来描述。
欧姆定律指出，电流强度与电压之间的关系是线性的，即I = U/R，在一段导线中的电流强度与电压成正比，而与电阻成反比。
这意味着电流在导线中的流动会受到电场力的驱动，电场力会使电荷在导线中运动。
其次，电场对电流的影响需要从宏观和微观两个层面来进行讨论。
从宏观角度看，电场对电流的影响体现在电阻和导体的选择上。
电场会引起导体中的电荷运动，但如果导体的电阻过大，电流的流动就会受到阻碍。
因此，在设计电路时需要考虑导体的电阻。
另外，电场还会导致导体中的电荷分布不均匀，形成电势差，进而产生电场力。
这种电场力会使电子在导体中流动，并且在一定程度上与热运动相互作用，从而导致电阻的产生。
从微观角度看，电场对电流的影响体现在对电荷的作用力上。
根据库仑定律，带电粒子在电场中会受到电场力的作用。
当电荷在电场中移动时，电场力将加速电荷的运动，从而形成电流。
电场的强度和方向会影响电流的大小和流动方向。
如果电场与电流方向相同，则电场会增加电流的流动速度；如果电场与电流方向相反，则电场会减慢电流的流动速度。
因此，通过改变电场强度和方向，可以对电流的流动进行控制。
此外，电场还可以通过电势差的形式对电流产生影响。
电场力是由电势差引起的，电势差指的是电荷在电场中移动时所获得的能量变化。
电流在电场中流动时，会受到电势差的驱动，从而完成能量转换。
在电场中，电势差与电荷的移动方向相对应，电势差越大，电流的流动速度越快。
因此，通过改变电场的电势差，可以调节电流的大小和速度。
总之，电流在电场中的作用和电场对电流的影响是密不可分的。
2.1 电源和电流
2.1电源和电流导学案一、电源1、导体中的自由电荷在电场力作用下发生___________形成电流注意：金属导体中的自由电荷是，带电。
2、电源的作用：类比：电源——抽水机电源的正极——水池A电源的负极——水池B二、恒定电场1、导线中电场的形成金属导线本身由许多带电粒子（电子和质子）组成，当它和电源连通后，在电源两极上的正、负电荷产生的电场作用下，导线中的电子在电场力作用下发生定向移动，但是导线的形状是多种多样的，电源提供的电场并不一定沿着导线方向，因此导线的表面处就会有电荷积累，这些电荷会产生另一个电场，所以导线中的电场是电源两极电荷与导线表面堆积电荷分别产生电场的合电场。
注意：形成过程是在接通电源后的极短时间内（以光速）完成。
2、定义：3、基本性质：4、导线中合电场沿方向，电场线和导线。
三、电流1．形成电流的条件：（1）；（2）2．物理意义：3、定义：通过导体某一横截面的电荷量q跟所用时间t的比值I叫做电流。
定义式：4．单位：国际单位：，符号；常用单位：毫安( )、微安( )1 A＝ mA＝μA.5．电流方向：规定电荷定向移动的方向为电流方向．注意：①金属导体中电流的方向与自由电子定向移动的方向；电解液中正、负离子定向移动的方向，但正负离子定向移动形成的电流方向是的，此时I=q/t中，q为正电荷总电荷量和负电荷总电荷量。
②电流虽有大小和方向，但电流是。
6．电流的种类（1）直流电：不随时间而改变的电流。
直流电又分为恒定电流和脉动直流电两类，其中大小和方向都不随时间而改变的电流叫；方向不随时间改变而大小随时间改变的电流叫脉动直流电。
（2）交流电：方向和大小都随时间做周期变化的电流。
四、电流的微观表达式1．电流的微观表达式为I ＝推导：如图所示，AD 表示粗细均匀的一段长为l 的导体，两端加一定的电压，导体中的自由电荷沿导体定向移动的速率为v ，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 ，每个自由电荷的电荷量为q.设A 端自由电荷经过时间t 到达D 端，t= ， 该t 也是AD 段导体中所有电荷通过D 端的所用时间AD 导体中自由电荷的总个数： AD 导体中自由电荷的总电荷量：Q= 导体中的电流I= / =2．三种速率的区别(1)电流传导速率：等于光速（3×108m/s ）。
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7.5 10 m / s
vt
5
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？
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.
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 I nqsv
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
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
电流是标量．它的运算不遵循平行四边形定则．
注意
（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。
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.
v
v IM
s
v
SN Ae
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 ．
已知：n为单位体积内的自由电荷的个数， S为导线的横截面积，v为自由电荷的 定向移动速率 . 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
例题:有一条横截面积S=1mm2的铜导线,通过的电
第二章 恒定电流
2.1 导体中的电场和电流
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?
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．
导体中产生电流的条件:导体两端存在电势差
+ + + + A + + ++ _ _ _ _ B _ _ _ _ -
C
课堂训练
4、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
课堂训练
5、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？ q ev I t 2R
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
课堂训练
3、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
思考题
我们在上一章中曾经得出结论: 在静电平衡时,导体内部的场强为 零,导体上任意两点之间的电势差 为零(等势体).这与我们现在的说法 有矛盾吗?为什么?
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
A
B
等势体
A
抽水机
B
水池
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
一.电源
1.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),使电 路有持续的电流.
+ + + + A + + + + P
_ _ _ _ B _ _ _ _ -
F
Ft
N
Fn
M
E0
+ + + + A + + + + P
_ _ _ _ B _ _ _ _
-
二.导线中的电场
Ft
NБайду номын сангаас
假设在电源正、负 极之间连一根导线
F Fn
M N
E0
E0
+ + + + A + + + + P
_ _ _ _ B _ _ _ _
-
E′
M
E0
N
导线内很快 形成沿导线 方向的电场
E
M
导体内的电场线保持和导线平行
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． 电源的作用是保持导体两端的电压，使 导体中有持续的电流．
二.导线中的电场
假设在电源正、负 极之间连一根导线
恒定电场 由稳定分布的电荷产生 稳定的电场称为恒定电场.
恒定电场 电场强度不变
自由电子在各个位置的定向运动速率也不变 串一个电流表,读数不会变
恒定电流
三.恒定电流
1.大小方向都不随时间变化的电流称为 恒定电流. 2.电流(I):表示电流的强弱程度. 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 . 公式:I= q / t 单位:国际单位 安培(A) 1A=1C/s 常用单位：毫安（mA）、微安（μA） 方向:正电荷定向移动的方向