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电源和电流


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一、电源

1.定义:电源是不断把负电荷从正极搬运到负极从而维持正负极之间存在一定电势差的装置。

2.电源的作用

(1)从电荷移动角度看

电源的作用就是移送电荷(如下图,电源在内部能把电子从正极A搬运到负极B),维持电源正、负极间有一定的电势差,从而保持电路中有持续电流.

(2)从能量转化的角度看

搬运电荷的过程就是克服静电力做功的过程,是将其他形式的能转化为电能的过程.

电源维持电源正、负极间有一定的电势差后,在电源(外部)的正负极之间连一条电线,电源两极激发的电场使导线内部的一些负电荷聚集在一侧,导线另一侧就积累了正电荷,与电源两极的电场共同作用,形成新的电场就顺着导线。

这个顺着导线的电场就驱使导线中的自由电荷在导线中移动。

这样就形成了电流了

这个过程可以类比于水的流动

如图,水池A、B的水面有一定的高度差,若在A、B之间用一细管连起来,则水在重力的作用下定向运动,从水池A流动到水池B。A、B之间的高度差很快消失,在这种情况下,水管中只可能有一个瞬时水流。

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。

二、电流

1.电荷的定向移动形成电流

2.形成电流的条件:

(1)电路中有电源.(导体两端存在电压)

(2)电路还必须是闭合的(即必须用导体将电源两极连接起来).

3.电流的定义:通过导体横截面的电荷量q与通过这些电荷量所用时间t的比值.

4.定义式:I=q/t

5.单位:国际单位:安培(A),1A=1C/s。常用单位:毫安(mA)、微安(μA

6.电流的方向:规定为正电荷定向移动的方向

注意:

①电流是标量

②在金属导体中,电流的方向与自由电子的定向移动方向相反.在电解液中,电流的方向与正离子定向移动方向相同,与负离子定向移动方向相反,电荷量q表示通过截面的正、负离子电荷量 值之和

7.恒定电流:大小方向都不随时间变化的电流称为恒定电流.

8.电流的微观表达式:I=nqSV

建立模型: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,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,每个自由电荷的电荷量为q.

导体中的电流

=nqSV

结论:由此可见,从微观上看,电流决定于导体中单位体积内的自由电荷数、每个自由电荷的电荷量、定向移动速率的大小,还与导体的横截面积有关.

I=nqSV

n表示导体中单位体积内的自由电荷数,v表示自由电荷定向移动速率

电荷运动的时候,有三种速率,注意区分:

自由电荷定向移动速率

自由电荷定向移动形成电流,其中电荷定向移动的速率一般为10-5m/s的数量级

无规则热

运动速率

导体中的自由电子在不停地做无规则运动,由于沿各个方向无规则运动的机会相等,故不能形成电流.常温下自由电子热运动的速率的数量级为

m/s

电场传播速

率(或电流

传导速率)

等于光速,闭合开关的瞬间,电路中各处以真空中的光速c形成恒定电场,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

例题1:关于电流的概念,下列说法中正确的有()

A.导体中有电荷运动就形成电流

B.电流是一个矢量,其方向就是正电荷定向移动的方向

C.在国际单位制中,电流是一个基本物理量,其单位安培是基本单位

D.对于导体,只要其两端电势差为零,电流也必为零

导体中有大量的自由电子,总在不停地做无规则运动,没有定向运动,在一段时间t内,通过导体某一截面的电荷是双向的,其数值又是相等的,电流是0,故A错.电流是一个标量,因为其运算不符合矢量运算法则.为了便于研究电流,人们规定正电荷定向移动的方向为电流的正方向,以区别于负电荷的定向移动,故B错.在国际单位制中,共有七个基本量,电流是其中之一,故C正确.对于导体,其两端电势差是0时,导体内无电场,电子不能定向移动,故电流是0,D正确.

CD

例题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“V 60W”的白炽灯正常发光时的电流为mA,则20s内通过灯丝的横截面的电子数目是多少个?

练习:

1.以下说法正确的是(   )

A.只要有可以自由移动的电荷,就能存在持续电流

B.金属导体内的持续电流是自由电子在导体内的电场作用下形成的

C.电流的传导速率就是导体内自由电子的定向移动速率

D.在金属导体内当自由电子定向移动时,它们的热运动就消失了

1.解析:要有持续电流必须有持续的电压,A不对;导体中形成电流的原因是导体两端加上电压,于是在导体内形成了电场,导体内的自由电子将在电场力作用下定向移动,形成电流,B正确;电流的传导速度等于光速,电子定向移动的速率很小,C不对;在形成电流时电子定向移动,但是热运动并没有消失,其实电子仍然做无规则的热运动,D不对.答案:B

3.下列叙述中正确的有(B)

A.导体中电荷运动就形成电流

B.电流的单位是安

C.电流是一个标量,其方向是没有意义的

D.对于导体,如果两端电势差不为零,则电流一定不为零

2.关于电流,下列说法正确的是(C)

A.根据I=q/t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荷量相等,则导体中的电流是恒定电流

C.电流有方向,电流是标量

D.电流的单位“安培”不是国际单位制

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