11.1 電源和電流
一般的導(dǎo)體內(nèi)部,電荷做無(wú)規(guī)則的自由運(yùn)動(dòng).
若使導(dǎo)體處于電場(chǎng)內(nèi),電荷會(huì)在電場(chǎng)的作用下做定向移動(dòng),形成電流.
——電荷的定向移動(dòng)形成了電流
思考:用導(dǎo)線連接兩個(gè)分別帶等量正負(fù)電荷的導(dǎo)體,導(dǎo)體中有沒(méi)有電流?
A得到電子,B失去電子,周圍電場(chǎng)迅速減弱.
自由電子的定向移動(dòng)使兩個(gè)帶電體成為等勢(shì)體,達(dá)到靜電平衡,導(dǎo)線中產(chǎn)生一個(gè)瞬時(shí)電流.
情形1.導(dǎo)體中的自由電荷在電場(chǎng)力的作用下定向移動(dòng)形成電流.情形2.導(dǎo)體中自由電子的定向移動(dòng)使兩個(gè)帶電體成為等勢(shì)體,達(dá)到靜電平衡,導(dǎo)線中會(huì)產(chǎn)生瞬時(shí)電流.導(dǎo)體中電流形成的條件: ①存在自由電荷(金屬導(dǎo)體中為自由電子,電解液中為正負(fù)離子) ②導(dǎo)體兩端存在電勢(shì)差.
如圖,若在水池A、B之間用一個(gè)細(xì)管連起來(lái),則水在重力的作用下從水池A到水池B做定向移動(dòng),A、B之間的高度差很快消失,水管中只可能有一個(gè)瞬間的水流.
措施:可將B中的水用抽水機(jī)抽到A中,保持水池A、B的水面有一定的高度差.
思考:如何產(chǎn)生持續(xù)的電流?
怎樣才能使水管中有持續(xù)的水流呢?
如果在A、B之間接上一個(gè)裝置P,它能把經(jīng)過(guò)導(dǎo)線流到A的電子取走,補(bǔ)充給B,使A、B始終保持一定數(shù)量的正、負(fù)電荷,則導(dǎo)體兩端始終具有電勢(shì)差,電路能產(chǎn)生持續(xù)的電流.
(1)定義:能把自由電子從正極搬到負(fù)極的裝置.(2)作用:保持導(dǎo)體兩端的電勢(shì)差(電壓),使電路有持續(xù)的電流.
思考:電源P把電子從A搬運(yùn)到B的過(guò)程中,電子的電勢(shì)能如何變化?從能量的角度看發(fā)揮了怎么樣的作用?
——電子的電勢(shì)能增大.從能量角度看,電源是通過(guò)非靜電力做功把其它形式的能轉(zhuǎn)化為電勢(shì)能的裝置.

導(dǎo)線內(nèi)很快形成沿導(dǎo)線方向的電場(chǎng)
導(dǎo)體內(nèi)的電場(chǎng)線保持和導(dǎo)線平行
導(dǎo)線內(nèi)的電場(chǎng),是由電源、導(dǎo)線等電路元件所積累的電荷共同形成的.盡管這些電荷也在運(yùn)動(dòng),但有的流走了,另外的又來(lái)補(bǔ)充,所以電荷的分布是穩(wěn)定的,電場(chǎng)的分布也穩(wěn)定.——恒定電場(chǎng)(動(dòng)態(tài)平衡)由穩(wěn)定分布的電荷產(chǎn)生穩(wěn)定的電場(chǎng)稱為恒定電場(chǎng).特點(diǎn):在恒定電場(chǎng)中,任何位置的電荷分布和電場(chǎng)強(qiáng)度都不隨時(shí)間變化,它的基本性質(zhì)與靜電場(chǎng)相同.
由于恒定電場(chǎng)的作用,導(dǎo)體中自由電荷定向運(yùn)動(dòng)的速率增加;而在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中會(huì)與導(dǎo)體內(nèi)不動(dòng)的粒子碰撞從而減速,因此自由電荷定向運(yùn)動(dòng)的平均速率不隨時(shí)間變化.如果我們?cè)谶@個(gè)電路中串聯(lián)一個(gè)電流表,電流表的讀數(shù)保持恒定.
大小、方向都不隨時(shí)間變化的電流稱為恒定電流.
(1)定義:大小、方向都不隨時(shí)間變化的電流稱為恒定電流.
(2)用電流(I),表示電流的強(qiáng)弱程度. 定義:通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電量q跟通過(guò)這些電量所用時(shí)間t的比值叫做電流.
(3)公式:I=q/t
(4)單位:國(guó)際單位——安培(A) 1A=1C/s; 常用單位——毫安(mA)、微安(μA)
電流是標(biāo)量,方向規(guī)定為正電荷的定向移動(dòng)方向.
1.一太陽(yáng)能電池對(duì)一用電器供電時(shí),在1min時(shí)間內(nèi),通過(guò)該用電器的電荷量為1.2C,則通過(guò)該用電器的電流為( ) A.10mA B.20mA C.40mA
2.某電解池中,若在2s內(nèi)有5.0×1015個(gè)二價(jià)正離子和1.0×1016個(gè)一價(jià)負(fù)離子通過(guò)某橫截面M,其中正離子水平向右移動(dòng),那么通過(guò)這個(gè)截面的電流的大小和方向是( ) ,水平向左 ,水平向左 ,水平向右 ,水平向右
正離子電荷量是多少?負(fù)離子電荷量是多少?總電荷量是多少?
(5)注意: ①適用于任何電荷的定向移動(dòng)形成的電流. ②在電解液中,電流方向與正離子定向移動(dòng)方向相同,與負(fù)離子走向移動(dòng)方向相反.導(dǎo)電時(shí),是正負(fù)離子向相反方向定向移動(dòng)形成電流,電量q表示通過(guò)截面的正、負(fù)離子電量絕對(duì)值之和.
一段粗細(xì)均勻的導(dǎo)體長(zhǎng)為L(zhǎng),兩端加一定的電壓,自由電荷定向移動(dòng)的速率為v,設(shè)導(dǎo)體的橫截面積為s,導(dǎo)體每單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)為n,每個(gè)自由電荷量為q.
問(wèn)題探究:既然電子的定向運(yùn)動(dòng)速率很小,為什么閉合開關(guān)時(shí)電路中的電燈立刻就亮了呢?
閉合開關(guān)的瞬間,電路中的各個(gè)位置迅速建立了恒定電場(chǎng),在恒定電場(chǎng)的作用下,電路中各處的自由電子幾乎同時(shí)開始定向移動(dòng),整個(gè)電路也就幾乎同時(shí)產(chǎn)生了電流. 電路接通時(shí)電燈中的電流并不是電源中的自由電子跑過(guò)去了,而是燈絲自己的自由電子定向移動(dòng)產(chǎn)生的.
1.電子定向移動(dòng)的速率約10-5m/s
2.電子熱運(yùn)動(dòng)的平均速率105m/s
3.電場(chǎng)的傳播速率 3×108m/s.
電子定向移動(dòng)速率,其大小與電流有關(guān)
電子熱運(yùn)動(dòng)速率,任何微觀粒子都做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng),其速度與溫度有關(guān)
電流傳導(dǎo)速率等于光速,電路一接通,導(dǎo)體中的電子立即受到電場(chǎng)力作用而定向移動(dòng)形成電流.(對(duì)整體而言)
1.有一橫截面為S的銅導(dǎo)線,流經(jīng)其中的電流為I,設(shè)單位體積的導(dǎo)線有n個(gè)自由電子,電子電量為e,電子的定向移動(dòng)速度為v,在t時(shí)間內(nèi),通過(guò)導(dǎo)體橫截面的自由電子數(shù)目N可表示為( ) A.nvSt 　　　B.nvt C.It/e 　　　D.It/Se
2.氫原子的核外只有一個(gè)電子,設(shè)電子在離原子核距離為R的圓軌道上做勻速圓周運(yùn)動(dòng).已知電子的電荷量為e,運(yùn)動(dòng)速率為v,求電子繞核運(yùn)動(dòng)的等效電流多大?
變式.已知電子的電荷量為e,質(zhì)量為m的氫原子的電子在核的靜電力吸引下做半徑為r的勻速圓周運(yùn)動(dòng),則電子運(yùn)動(dòng)形成的等效電流大小為多少?

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1 電源和電流

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