導(dǎo)體中的電場與電流2

1、一、導(dǎo)體中的電場和電流 上一章我們學(xué)習(xí)了電荷在沒有定向移動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的現(xiàn)象、規(guī)律及應(yīng)用，從這一章開始我們就要進(jìn)一步來學(xué)習(xí)電荷在有定向移動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的現(xiàn)象、規(guī)律及應(yīng)用，以進(jìn)一步加深對(duì)電的認(rèn)識(shí)，因此本章是電學(xué)部分的重點(diǎn)章，它不但為后面的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)，而且還有較大的實(shí)用價(jià)值，是學(xué)習(xí)電工學(xué)和電子技術(shù)的基礎(chǔ)，對(duì)日常生活和生產(chǎn)實(shí)際中正確使用電器也很有用。和上一章一樣，本章同樣是在初中所學(xué)知識(shí)基礎(chǔ)上加以提高和擴(kuò)展的，故仍須十分重視才能學(xué)好它。 那么，電荷為什么會(huì)發(fā)生定向移動(dòng)從而形成電流？要形成電流到底需要什么條件呢？下面我們利用上一章學(xué)過的知識(shí)來分析、討論這些問題。MNE0FFnFtAB假設(shè)在電源正、負(fù)假設(shè)在電源正

2、、負(fù)極之間連一根導(dǎo)線極之間連一根導(dǎo)線 導(dǎo)體導(dǎo)體A A、B B間存在電場，間存在電場，有電勢差。有電勢差。 導(dǎo)線中的自由電子在靜電導(dǎo)線中的自由電子在靜電力作用下由力作用下由B B向向A A移動(dòng)，最移動(dòng)，最后使后使A A、B B成為一個(gè)等勢成為一個(gè)等勢體。體。有有瞬時(shí)電流瞬時(shí)電流。 要使電路中有持續(xù)電要使電路中有持續(xù)電流，應(yīng)怎辦？流，應(yīng)怎辦？ 可在可在A A、B B間接一間接一電源電源P P，把電子從把電子從A A搬運(yùn)到搬運(yùn)到B B。有了電源，電路中產(chǎn)生的電流有了電源，電路中產(chǎn)生的電流大小是恒定的還是變化的？大小是恒定的還是變化的？MNE0FFnFt 假設(shè)在電源正、負(fù)假設(shè)在電源正、負(fù)極之間連一根導(dǎo)

3、線極之間連一根導(dǎo)線ABMNE0MNEEE0E定向移動(dòng)的電荷不會(huì)側(cè)移積定向移動(dòng)的電荷不會(huì)側(cè)移積聚，使導(dǎo)線內(nèi)很快形成沿導(dǎo)聚，使導(dǎo)線內(nèi)很快形成沿導(dǎo)線方向的恒定電場。線方向的恒定電場。附加電場附加電場E E/ /和電源電場和電源電場E E0 0的疊加使得的導(dǎo)線的疊加使得的導(dǎo)線中的電場線方向變得更接近于和導(dǎo)線平行。中的電場線方向變得更接近于和導(dǎo)線平行。垂直導(dǎo)線方向達(dá)垂直導(dǎo)線方向達(dá)靜電平衡時(shí)，合靜電平衡時(shí)，合場強(qiáng)為零。場強(qiáng)為零。F Ft t 使使電子電子沿導(dǎo)沿導(dǎo)線作線作定向定向移動(dòng)移動(dòng)形成形成電流；電流；F Fn n使使電電子側(cè)子側(cè)聚。聚。 1 1、電流：電荷的定向移動(dòng)形成電流。、電流：電荷的定向移動(dòng)形成

4、電流。（2 2）條件：導(dǎo)體（有自由電子）兩端有電壓（內(nèi)部）條件：導(dǎo)體（有自由電子）兩端有電壓（內(nèi)部 形成電場）。形成電場）。（3 3）電源的作用：保持電路兩端有電勢差，使電路）電源的作用：保持電路兩端有電勢差，使電路 中存在持續(xù)電流。中存在持續(xù)電流。（1 1）方向：跟）方向：跟正電荷正電荷定向移動(dòng)的方向相同。定向移動(dòng)的方向相同。 2 2、恒定電場：由穩(wěn)定分布的電荷所產(chǎn)生的穩(wěn)、恒定電場：由穩(wěn)定分布的電荷所產(chǎn)生的穩(wěn)定定 的電場。的電場。電流電流直流電直流電交流電交流電恒定電流：恒定電流：大小、方向都不隨時(shí)間變化的電流大小、方向都不隨時(shí)間變化的電流脈動(dòng)電流：脈動(dòng)電流：大小變、方向不變的電流。大小變、

5、方向不變的電流。 由恒定電場產(chǎn)生的電流叫恒定電流。由恒定電場產(chǎn)生的電流叫恒定電流。 3 3、電流強(qiáng)度：表示電流強(qiáng)弱的物理量。常簡、電流強(qiáng)度：表示電流強(qiáng)弱的物理量。常簡稱稱 為為“電流電流”。 電流既有大小又有方向，其大小叫電流既有大小又有方向，其大小叫“電流強(qiáng)度電流強(qiáng)度”，故，故“電流電流強(qiáng)度強(qiáng)度”是標(biāo)量。是標(biāo)量。（1 1）定義式：）定義式：t tq qI（2 2）單位：安培（）單位：安培（A A）（3 3）決定式：）決定式：n nq qv vs sI I 如上圖所示表示粗細(xì)均勻的一段導(dǎo)體，兩端加以一定的電壓，如上圖所示表示粗細(xì)均勻的一段導(dǎo)體，兩端加以一定的電壓，設(shè)導(dǎo)體中的自由電子設(shè)導(dǎo)體中的自

6、由電子電荷量為電荷量為q q、定向移動(dòng)速率為定向移動(dòng)速率為v v、導(dǎo)體、導(dǎo)體橫截面橫截面積為積為s s、導(dǎo)體每、導(dǎo)體每單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)為單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)為n n。則。則t t時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量橫截面的電荷量Q=Q=nvtsnvtsqq，電流，電流I=Q/t=nvsI=Q/t=nvsq q 例題例題1 1、（、（P42P42） 分析：因?yàn)榉治觯阂驗(yàn)镮=nvseI=nvse， 而而n= n= N NA A/ M/ M 故故v=IM/v=IM/（seNseNA A） 電子定向移動(dòng)速率、熱運(yùn)動(dòng)平均速率、電流傳導(dǎo)速率電子定向移動(dòng)速率、熱運(yùn)動(dòng)平均速率、電流傳導(dǎo)速率是三個(gè)

7、不同的概念，它們的數(shù)量級(jí)依次為：是三個(gè)不同的概念，它們的數(shù)量級(jí)依次為：1010-5-5m/sm/s、10105 5m/sm/s和和3 310108 8m/sm/s。電子定向移動(dòng)速率是很小的。電子定向移動(dòng)速率是很小的。 例題例題2 2、（、（P P4141“思考與討論思考與討論”） 沒有矛盾。沒有矛盾。垂直導(dǎo)線方向達(dá)到靜電平衡，其合場強(qiáng)為垂直導(dǎo)線方向達(dá)到靜電平衡，其合場強(qiáng)為零，任意兩點(diǎn)間沒有電勢差；沿導(dǎo)線方向不會(huì)達(dá)到靜零，任意兩點(diǎn)間沒有電勢差；沿導(dǎo)線方向不會(huì)達(dá)到靜電平衡（有電流），其合場強(qiáng)不為零，導(dǎo)線兩端有電電平衡（有電流），其合場強(qiáng)不為零，導(dǎo)線兩端有電勢差。勢差。小結(jié)： 1 1、形成電流的條件

8、是：導(dǎo)體兩端有電勢差；、形成電流的條件是：導(dǎo)體兩端有電勢差；產(chǎn)生持續(xù)電流的條件是：保持導(dǎo)體兩端有電勢產(chǎn)生持續(xù)電流的條件是：保持導(dǎo)體兩端有電勢差。若導(dǎo)體兩端電壓為零，電荷的定向移動(dòng)就差。若導(dǎo)體兩端電壓為零，電荷的定向移動(dòng)就會(huì)終止。會(huì)終止。 2 2、電源的作用就是要保持導(dǎo)體兩端有電勢差。、電源的作用就是要保持導(dǎo)體兩端有電勢差。它就像一臺(tái)抽水機(jī)一樣，沒有抽水機(jī)，水就會(huì)它就像一臺(tái)抽水機(jī)一樣，沒有抽水機(jī)，水就會(huì)從高處自動(dòng)流到低處，液面很快就會(huì)沒有高度從高處自動(dòng)流到低處，液面很快就會(huì)沒有高度差而相平，水也就不會(huì)再流動(dòng)。差而相平，水也就不會(huì)再流動(dòng)。鞏固練習(xí)：1 1、下列關(guān)于電流的說法中，正確的是：（、下列關(guān)

9、于電流的說法中，正確的是：（ ） A.A.只要導(dǎo)體中有電荷運(yùn)動(dòng)，就有電流；只要導(dǎo)體中有電荷運(yùn)動(dòng)，就有電流； B.B.導(dǎo)體中沒有電流時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)的電荷是靜止的；導(dǎo)體中沒有電流時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)的電荷是靜止的； C.C.導(dǎo)體中的電流一定是自由電子定向移動(dòng)形成的；導(dǎo)體中的電流一定是自由電子定向移動(dòng)形成的； D.D.電流可能是由正電荷或負(fù)電荷的定向移動(dòng)形成的。電流可能是由正電荷或負(fù)電荷的定向移動(dòng)形成的。D2 2、下列說法中錯(cuò)誤的是：（、下列說法中錯(cuò)誤的是：（ ）A.A.金屬導(dǎo)體導(dǎo)電，只是自由電子作定向移動(dòng)；金屬導(dǎo)體導(dǎo)電，只是自由電子作定向移動(dòng)；B.B.電解液導(dǎo)電，正負(fù)離子都作定向移動(dòng)；電解液導(dǎo)電，正負(fù)離子都作定

10、向移動(dòng)；C. C. 氣體導(dǎo)電，一定只有正離子作定向移動(dòng)；氣體導(dǎo)電，一定只有正離子作定向移動(dòng)；D. D. 氣體導(dǎo)電，正、負(fù)離子和自由電子都作定向移動(dòng)。氣體導(dǎo)電，正、負(fù)離子和自由電子都作定向移動(dòng)。C3 3、關(guān)于電源的作用，下列說法中正確的是：（、關(guān)于電源的作用，下列說法中正確的是：（ ） A.A.它能為電路持續(xù)地提供自由電荷；它能為電路持續(xù)地提供自由電荷； B. B. 它能直接釋放出電能；它能直接釋放出電能； C.C.它能保持導(dǎo)體兩端的電壓，使電路中有持續(xù)的電流；它能保持導(dǎo)體兩端的電壓，使電路中有持續(xù)的電流； D.D.它能使自由電荷運(yùn)動(dòng)起來。它能使自由電荷運(yùn)動(dòng)起來。C4 4、關(guān)于導(dǎo)體中的電場，下列

11、說法中正確的是：（、關(guān)于導(dǎo)體中的電場，下列說法中正確的是：（ ） A.A.它是由電源兩極在空間直接形成的；它是由電源兩極在空間直接形成的； B.B.它是導(dǎo)線上的堆積電荷所形成的；它是導(dǎo)線上的堆積電荷所形成的； C.C.導(dǎo)線內(nèi)的電場線最終和導(dǎo)線平行；導(dǎo)線內(nèi)的電場線最終和導(dǎo)線平行； D.D.它的分布隨著電荷的移動(dòng)而隨時(shí)間變化。它的分布隨著電荷的移動(dòng)而隨時(shí)間變化。C5、有一電解池，如果在1s內(nèi)共有5.01018個(gè)二價(jià)正離子 和1.01019個(gè)一價(jià)負(fù)離子通過某一橫截面，則通過 這個(gè)截面的電流是：（ ） A. 0 B. 0.8A C. 1.6A D. 3.2ADAA2311061100110612100519191918.).(.t tQ QI I解解： ：應(yīng)用電流的定義式進(jìn)行計(jì)算時(shí)，若是電子導(dǎo)：應(yīng)用電流的定義式進(jìn)行計(jì)算時(shí)，若是電子導(dǎo) 電，電，q q為通過導(dǎo)體橫截面的電子電量的絕對(duì)為通過導(dǎo)體橫截面的電子電量的絕對(duì) 值；若為離子導(dǎo)電（如氣體或液體導(dǎo)電