導(dǎo)體中的電場(chǎng)和電流

1、 電閃雷鳴時(shí)電閃雷鳴時(shí), ,強(qiáng)大的電流使天空發(fā)強(qiáng)大的電流使天空發(fā) 出耀眼的閃光出耀眼的閃光, ,但它只能存在于一瞬但它只能存在于一瞬 間間, ,而手電筒中的小燈泡卻能持續(xù)發(fā)而手電筒中的小燈泡卻能持續(xù)發(fā) 光光, ,這是為什么這是為什么? ? 電流的形成電流的形成 1 1電流：電流： 電荷的熱運(yùn)動(dòng)，從宏觀上看，不能電荷的熱運(yùn)動(dòng)，從宏觀上看，不能 形成電流形成電流 電荷的定向移動(dòng)形成電流電荷的定向移動(dòng)形成電流 - B A - A + + + + + + _ B _ _ _ _ _ _ _ 等勢(shì)體等勢(shì)體 導(dǎo)體中產(chǎn)生電流的條件導(dǎo)體中產(chǎn)生電流的條件: :導(dǎo)體兩端存在導(dǎo)體兩端存在電勢(shì)差電勢(shì)差 A B 水池

2、導(dǎo)體中自由電子的定向移導(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)動(dòng)使兩個(gè)帶電體成為等勢(shì) 體，達(dá)到靜電平衡，導(dǎo)線體，達(dá)到靜電平衡，導(dǎo)線 R R中會(huì)產(chǎn)生一個(gè)中會(huì)產(chǎn)生一個(gè)瞬時(shí)瞬時(shí)電流電流 抽水機(jī)抽水機(jī) - - - + A + + + + + _ _ _ B _ _ _ _ _ P - - 一.電源 1. 1.能把自由電子從能把自由電子從正極正極搬到搬到負(fù)極負(fù)極的裝置的裝置. . 2.2.作用作用: :保持保持導(dǎo)體兩端的電勢(shì)差導(dǎo)體兩端的電勢(shì)差( (電壓電壓), ),使電使電 路有路有持續(xù)持續(xù)的電流的電流. . 形成電流的條件形成電流的條件： （1 1）存在）存在自由電荷自由電荷 金屬導(dǎo)體金屬導(dǎo)體自

3、由電子自由電子 電解液電解液正、負(fù)離子正、負(fù)離子 （2 2）導(dǎo)體兩端存在）導(dǎo)體兩端存在電壓電壓 當(dāng)導(dǎo)體兩端存在電壓時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)建立當(dāng)導(dǎo)體兩端存在電壓時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)建立 了電場(chǎng)，導(dǎo)體中的自由電荷在電場(chǎng)力的作了電場(chǎng)，導(dǎo)體中的自由電荷在電場(chǎng)力的作 用下發(fā)生定向移動(dòng)，形成電流用下發(fā)生定向移動(dòng)，形成電流 電源的作用是電源的作用是保持保持導(dǎo)體兩端的導(dǎo)體兩端的電壓電壓，使，使 導(dǎo)體中有導(dǎo)體中有持續(xù)持續(xù)的電流的電流 - - + A + + + + + _ _ _ B _ _ _ _ _ P 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)線極之間連一根導(dǎo)線 M N E0 F Fn Ft 二二. .導(dǎo)線中的電場(chǎng)導(dǎo)線中

4、的電場(chǎng) - - + A + + + + + _ _ _ B _ _ _ _ _ P 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)線極之間連一根導(dǎo)線 M N E0 F Fn Ft M N E0 E0 E M N E 導(dǎo)線內(nèi)很快導(dǎo)線內(nèi)很快 形成沿導(dǎo)線形成沿導(dǎo)線 方向的電場(chǎng)方向的電場(chǎng) 二二. .導(dǎo)線中的電場(chǎng)導(dǎo)線中的電場(chǎng) 導(dǎo)體內(nèi)的電場(chǎng)線保持和導(dǎo)線平行導(dǎo)體內(nèi)的電場(chǎng)線保持和導(dǎo)線平行 我們?cè)谏弦徽轮性?jīng)得出結(jié)論我們?cè)谏弦徽轮性?jīng)得出結(jié)論: : 在在靜電平衡靜電平衡時(shí)時(shí), ,導(dǎo)體內(nèi)部的導(dǎo)體內(nèi)部的場(chǎng)強(qiáng)為場(chǎng)強(qiáng)為 零零, ,導(dǎo)體上任意兩點(diǎn)之間的電勢(shì)差導(dǎo)體上任意兩點(diǎn)之間的電勢(shì)差 為零為零( (等勢(shì)體等勢(shì)體). )

5、.這與我們現(xiàn)在的說(shuō)法這與我們現(xiàn)在的說(shuō)法 有矛盾嗎有矛盾嗎? ?為什么為什么? ? 思考題思考題 導(dǎo)線內(nèi)的電場(chǎng)，是由電源、導(dǎo)線內(nèi)的電場(chǎng)，是由電源、 導(dǎo)線導(dǎo)線 等電路元件所積累的電等電路元件所積累的電 荷共同形成的。盡管這些電荷荷共同形成的。盡管這些電荷 也在運(yùn)動(dòng)，但也在運(yùn)動(dòng)，但有的流走了，另有的流走了，另 外的又來(lái)補(bǔ)充外的又來(lái)補(bǔ)充，所以電荷的分，所以電荷的分 布是穩(wěn)定的，電場(chǎng)的分布也穩(wěn)布是穩(wěn)定的，電場(chǎng)的分布也穩(wěn) 定。定。-恒定電場(chǎng)恒定電場(chǎng) 恒定電場(chǎng)恒定電場(chǎng) 由由穩(wěn)定分布穩(wěn)定分布的電荷產(chǎn)生的電荷產(chǎn)生 穩(wěn)定穩(wěn)定的電場(chǎng)稱為恒定電場(chǎng)的電場(chǎng)稱為恒定電場(chǎng). . 恒定電場(chǎng)恒定電場(chǎng) 電場(chǎng)強(qiáng)度不變電場(chǎng)強(qiáng)度不變 自

6、由電子在各個(gè)位置的定向運(yùn)動(dòng)自由電子在各個(gè)位置的定向運(yùn)動(dòng)速率速率也不變也不變 串一個(gè)電流表串一個(gè)電流表, ,讀數(shù)不會(huì)變讀數(shù)不會(huì)變 恒定電流恒定電流 三三. .恒定電流恒定電流 1. 1.大小方向都大小方向都不隨時(shí)間變化不隨時(shí)間變化的電流稱為的電流稱為 恒定電流恒定電流. . 2. 2.電流電流( (I I): ):表示電流的強(qiáng)弱程度表示電流的強(qiáng)弱程度. . 定義定義: :通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電量通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電量q q跟通過(guò)這些跟通過(guò)這些 電量所用時(shí)間電量所用時(shí)間t t的比值叫做電流的比值叫做電流 . . 公式公式: :I I= q / t= q / t 單位單位: :國(guó)際單位國(guó)際單位 安培安培(

7、A) 1A=1C/s(A) 1A=1C/s 常用單位：毫安（常用單位：毫安（mAmA）、微安（）、微安（AA） 方向方向: :正電荷定向移動(dòng)的方向正電荷定向移動(dòng)的方向 （1 1）適用于）適用于任何電荷任何電荷的定向移動(dòng)形成的電流。的定向移動(dòng)形成的電流。 （2 2）在）在金屬導(dǎo)體金屬導(dǎo)體中，電流方向與中，電流方向與自由電荷（電自由電荷（電 子）子）的定向移動(dòng)方向的定向移動(dòng)方向相反相反； （3 3）在）在電解液中電解液中，電流方向與正離子定向移動(dòng)，電流方向與正離子定向移動(dòng) 方向方向相同，與相同，與負(fù)離子負(fù)離子走向移動(dòng)方向走向移動(dòng)方向相反相反導(dǎo)電導(dǎo)電 時(shí)，是正負(fù)離子向相反方向定向移動(dòng)形成電流，時(shí)，是

8、正負(fù)離子向相反方向定向移動(dòng)形成電流， 電量電量q q表示通過(guò)截面的正、負(fù)離子表示通過(guò)截面的正、負(fù)離子電量電量絕對(duì)值絕對(duì)值 之和之和。 注意注意 1 1、在金屬導(dǎo)體中，若、在金屬導(dǎo)體中，若10s10s內(nèi)通過(guò)橫截面的電量?jī)?nèi)通過(guò)橫截面的電量 為為10C10C，則導(dǎo)體中的電流為，則導(dǎo)體中的電流為_A_A； 1A1A 2 2、某電解槽橫截面積為、某電解槽橫截面積為0.5m0.5m2 2，若，若10s10s內(nèi)沿相反內(nèi)沿相反 方向通過(guò)橫截面的正負(fù)離子的電量均為方向通過(guò)橫截面的正負(fù)離子的電量均為10C10C， 則電解液中的電流為則電解液中的電流為_A_A 2A2A 課堂訓(xùn)練課堂訓(xùn)練 3 3決定電流大小的微觀量

9、決定電流大小的微觀量 在加有電壓的一段粗細(xì)均勻的導(dǎo)體在加有電壓的一段粗細(xì)均勻的導(dǎo)體ADAD上選取兩個(gè)上選取兩個(gè) 截面截面B B和和C C，設(shè)導(dǎo)體的橫截面積為設(shè)導(dǎo)體的橫截面積為S S導(dǎo)體每單位體積導(dǎo)體每單位體積 內(nèi)的自由電荷數(shù)為內(nèi)的自由電荷數(shù)為n n，每個(gè)電荷的電荷量為每個(gè)電荷的電荷量為q q，電荷電荷 的定向移動(dòng)速率為的定向移動(dòng)速率為v v 則在時(shí)間則在時(shí)間t t內(nèi)處于相距為內(nèi)處于相距為 vtvt 的兩截面的兩截面B B、C C間的所有間的所有 自由電荷將通過(guò)截面自由電荷將通過(guò)截面C C 已知：已知：n n為單位體積為單位體積內(nèi)的自由電荷的個(gè)數(shù)，內(nèi)的自由電荷的個(gè)數(shù)， S S為導(dǎo)線的橫截面積，為

10、導(dǎo)線的橫截面積，v v為自由電荷的為自由電荷的 定向移動(dòng)速率定向移動(dòng)速率 . . 在時(shí)間在時(shí)間t t內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體某截面的電量為內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體某截面的電量為: : Q=( Q=(VtS)nqVtS)nq 所形成的電流為所形成的電流為: : I I=Q/t=Q/t=nqSVnqSV 例題例題: :有一條橫截面積有一條橫截面積S=1mmS=1mm2 2的銅導(dǎo)線的銅導(dǎo)線, ,通過(guò)的電通過(guò)的電 流流I I=1A,=1A,已知銅的密度已知銅的密度=8.9=8.910103 3kg/mkg/m3 3, ,銅的摩銅的摩 爾質(zhì)量爾質(zhì)量M=6.4M=6.41010-2 -2kg/mol, kg/mol,阿伏加德羅常數(shù)阿

11、伏加德羅常數(shù) NNA A=6.02=6.02101023 23mol mol-1 -1, ,電子的電量電子的電量e=-1.6e=-1.61010-19 -19C C, , 求銅導(dǎo)線中自由電子定向移動(dòng)的速率求銅導(dǎo)線中自由電子定向移動(dòng)的速率. .可認(rèn)為銅可認(rèn)為銅 導(dǎo)線中平均每個(gè)銅原子貢獻(xiàn)一個(gè)自由電子導(dǎo)線中平均每個(gè)銅原子貢獻(xiàn)一個(gè)自由電子. . vt v s v A IM v SN e 5 7.5 10/m s 思考題思考題 如果認(rèn)為電子的定向運(yùn)動(dòng)速率就如果認(rèn)為電子的定向運(yùn)動(dòng)速率就 是電流的傳導(dǎo)速率，和我們的生活是電流的傳導(dǎo)速率，和我們的生活 經(jīng)驗(yàn)是否相符？怎樣解釋？經(jīng)驗(yàn)是否相符？怎樣解釋？ 電子定向

12、移動(dòng)的速率約電子定向移動(dòng)的速率約10 10 -5 -5 m/s m/s， 電子熱運(yùn)動(dòng)的平均速率電子熱運(yùn)動(dòng)的平均速率10 10 5 5 m/sm/s， 電場(chǎng)的傳播速率電場(chǎng)的傳播速率3 310 10 8 8 m/sm/s. . 1 1、形成電流的條件：、形成電流的條件： （1 1）存在自由電荷（）存在自由電荷（2 2）導(dǎo)體兩端存在電壓）導(dǎo)體兩端存在電壓 2 2、電源的作用：提供持續(xù)的電壓、電源的作用：提供持續(xù)的電壓 3 3、導(dǎo)線中的電場(chǎng)、導(dǎo)線中的電場(chǎng): :導(dǎo)線內(nèi)的電場(chǎng)線保持和導(dǎo)線平導(dǎo)線內(nèi)的電場(chǎng)線保持和導(dǎo)線平 行行.( .(恒定電場(chǎng)恒定電場(chǎng)) ) 4 4、恒定電流、恒定電流: :大小方向都不隨時(shí)間變

13、化的電流大小方向都不隨時(shí)間變化的電流. . 5 5、電流、電流: :表示電流的強(qiáng)弱程度的物理量表示電流的強(qiáng)弱程度的物理量. . （1 1）定義式）定義式 I I=q / t=q / t （2 2）金屬導(dǎo)體中電流的計(jì)算式）金屬導(dǎo)體中電流的計(jì)算式 小結(jié): nqsvI n n 為單位體積內(nèi)自由電荷數(shù)目，為單位體積內(nèi)自由電荷數(shù)目，S S 為導(dǎo)體橫截面積，為導(dǎo)體橫截面積， v v為電荷定向移動(dòng)速率為電荷定向移動(dòng)速率 q q為每個(gè)自由電荷的電量為每個(gè)自由電荷的電量 課堂訓(xùn)練課堂訓(xùn)練 3 3、關(guān)于電流的方向，下列敘述中正確的是、關(guān)于電流的方向，下列敘述中正確的是 A A金屬導(dǎo)體中電流的方向就是自由電子定金屬

14、導(dǎo)體中電流的方向就是自由電子定 向移動(dòng)的方向向移動(dòng)的方向 B B在電解質(zhì)溶液中有自由的正離子和負(fù)離在電解質(zhì)溶液中有自由的正離子和負(fù)離 子，電流方向不能確定子，電流方向不能確定 C C不論何種導(dǎo)體，電流的方向規(guī)定為正電不論何種導(dǎo)體，電流的方向規(guī)定為正電 荷定向移動(dòng)的方向荷定向移動(dòng)的方向 D D電流的方向有時(shí)與正電荷定向移動(dòng)的方電流的方向有時(shí)與正電荷定向移動(dòng)的方 向相同，有時(shí)與負(fù)電荷定向移動(dòng)的方向相向相同，有時(shí)與負(fù)電荷定向移動(dòng)的方向相 同同 C C 課堂訓(xùn)練課堂訓(xùn)練 4 4、某電解質(zhì)溶液，如果在、某電解質(zhì)溶液，如果在1 s1 s內(nèi)共有內(nèi)共有 5.05.0101018 18個(gè)二價(jià)正離子和 個(gè)二價(jià)正離子和1.01.0101019 19個(gè) 個(gè) 一價(jià)負(fù)離子通過(guò)某橫截面，那么通過(guò)一價(jià)負(fù)離子通過(guò)某橫截面