课件38张PPT。第二章 恒定电流 第1节 电源和电流 栏目链接电流对人体的危害
小于0.01 A有麻刺感或无感觉，0.02 A有疼痛感，0.03 A使呼吸紊乱，0.07 A使呼吸极度困难，0.1 A因心肌纤维震颤而死亡，大于0.2 A无心肌纤维震颤，但有严重烧伤及呼吸困难． 栏目链接 通常电流在0.1～0.2 A之间是最致命的，因为这个电流强度会引起心肌纤维震颤．这种震颤是一种心肌失去控制的痉挛性抽搐，其结果是血流停止，并导致迅速死亡．可是超过0.2 A的电流造成心脏停跳，经常规急救措施就能使心脏重新跳动，因此有控制的电击是使心肌纤维震颤停止的唯一办法．可见，0.1～0.2 A之间的电流与较大的电流相比，更易引起死亡． 栏目链接 通过触电者的电流大小，一般是取决于皮肤的电阻，湿皮肤与干皮肤电阻范围在1～500 kΩ之间．足够大的电流能引起手脚肌肉收缩，触电者往往有抓住不放的现象．起初，电流往往还未达到致命的大小，但因皮肤的电阻是随时间增加而减小的，当电流强度达到0.1 A时，便可置人于死地．电流通过人体要放热，因此，人触电死亡，实际上是电流通过人体(尤其是心脏)时把人烧死的．如果发现某人触电而被粘在电线上，应该用干木棒或干衣服、绳索等将触电者尽快与电线分离． 栏目链接 栏目链接1．分别带正、负电荷的A、B两个导体，若用导线R连接，导线R中可能存在一个________电流．若要保持持续的电流，A、B间需维持着一定的________．能使A、B间维持一定的电势差的装置称为________．
2．达到稳定状态时，导线内的电场是由____________、____________等电路元件所积累的电荷共同形成的．电荷的分布是________的，电场的分布也是________的且导线内的电场线保持和导线________．瞬时电势差电源电源导线稳定稳定平行 栏目链接3．由稳定分布的________所产生的稳定的________，称为恒定电场．
静电场中的电势、电势差及其与电场强度的关系等在恒定电场中________适用．
4．我们把___________都不随时间变化的电流称为恒定电流．
5．I表示电流、q表示在时间t内通过导体横截面的电荷量，它们间的关系式为：________.电荷电场同样大小、方向q＝It 栏目链接 栏目链接一、电源1．导体中的自由电荷在电场力作用下发生定向移动形成电流．
有A、B两个导体，分别带正、负电荷．如果在它们之间连接一条导线R，如下图(a)所示，导线R中的自由电子便会在静电力的作用下定向运动，B失去电子，A得到电子，周围电场迅速减弱，A、B之间的电势差很快就消失，两导体成为一个等势体，达到静电平衡，如下图(b)所示． 栏目链接 栏目链接2．电源可使电路中保持持续电流．
在上述情况中，导线R中的电流只是一个瞬时电流．倘若在A、B之间连接一个装置P，它能源源不断地把经过导线R流到A的电子取走，补充给B，使A、B始终保持一定数量的正、负电荷，这样，A、B周围空间(包括导线之中)始终存在一定的电场，A、B之间便维持着一定的电势差．由于这个电势差，导线中的自由电子就能不断地在静电力作用下由B经过R向A定向移动，使电路中保持持续的电流．如下图所示，能把电子从A搬运到B的装置P就是电源． 栏目链接 栏目链接 例1 下列关于电源的说法正确的是( )
A．电源是将其他形式的能转化为电能的装置
B．电源的作用是使电源的正负极保持一定量的正、负电荷，维持一定的电势差
C．与电源相连的导线中的电场是由电源正、负极上的电荷形成的
D．在电源内部正电荷由负极流向正极，负电荷由正极流向负极 栏目链接解析：在电源内部由非静电力做功(如洛伦兹力等，后面将学到)将正电荷由负极搬到正极，将负电荷由正极搬到负极，使正、负极维持一定的电势差；同时将其他形式的能转化为电能，故A、B、D正确．导线中的电场是由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成的，故C错．
答案：ABD 栏目链接二、导线中的电场恒定电场．
导线与电源连通后，导线内部很快形成沿导线切线方向的电场，这个电场是由电源、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，电场的分布也不会随时间变化．这种由稳定分布的电荷所产生的稳定的电场,称为恒定电场。 栏目链接由于在恒定电场中，任何位置的电场强度都不随时间变化，所以它的基本性质与静电场相同．在静电场中所讲的电势、电势差及其与电场强度的关系等，在恒定电场中同样适用．
栏目链接例2 在由电源、导线等电路元件所组成的电路中，以下说法不正确的是( )
A．导线中的电场强度处处为零
B．导线中的电场强度方向跟导线方向平行
C．导线中的电场基本性质与静电场相同
D．导线内沿电流方向各点的电势逐渐降低 栏目链接 解析：在电源和导线中感应电荷的共同作用下，垂直导线方向的电场相互抵消，在导体中形成了沿导线方向的电场，即导线中的电场强度方向跟导线方向平行，B正确、A错误；导体内的电场由稳定分布的电荷产生，所以其性质与静电场相同，C对；沿电场方向电势逐渐降低，电场方向就是正电荷的受力方向，也就是电流的方向，即导线内沿电流方向各点的电势逐渐降低，D正确．
答案：A 栏目链接变 式
迁 移1．把一个金属导体的两端与具有不同电势的带电物体接触，导体中的电荷将怎样运动？ 答案：金属导体中能够自由移动的电荷是带负电荷的电子，而负电荷在电场力作用下，将由低电势处向高电势处移动，因此金属导体中的电荷(电子)将从低电势的物体向高电势的物体运动． 栏目链接三、电流
1．电流：通过导体横截面的电荷量跟通过这些电荷量所用时间的比值．
2．物理意义：表示电荷定向移动快慢程度，在数值上等于单位时间内通过导体某一横截面上的电荷量．
3．公式：I＝ ，其中q是在时间t内通过导体某一横截面上的电荷量． 栏目链接 4．单位：安培，符号A，其他单位：毫安(mA)、微安(μA)，1 A＝103 mA＝106 μA.
注意：无论是正电荷定向移动形成的电流还是负电荷定向移动形成的电流，电荷量都取其绝对值进行计算．如果正、负电荷同时定向移动形成电流时(如电解液导电)，I＝ 中的q为通过导体横截面的正、负两种电荷电荷量的绝对值之和，而不能取正负电荷抵消的代数和，这是因为负电荷定向移动形成的电流方向与正电荷定向移动形成的电流方向相同． 栏目链接 5．恒定电流：方向不随时间变化的电流是直流电，方向和大小都不随时间而变化的电流是恒定电流．
6．五点说明诠释电流概念．
(1)电流方向的规定：规定正电荷定向移动的方向为电流方向．
(2)金属导体中电流的方向与自由电子定向移动的方向相反． 栏目链接 (3)电解液中正、负离子定向移动方向虽然相反，但正、负离子定向移动形成的电流方向是相同的，此时I＝中，q为正电荷总电荷量和负电荷总电荷量的绝对值之和．
(4)电流虽有大小和方向，但不是矢量．
(5)q＝It是求电荷量的重要公式，其变形公式I＝ 求出的是电流在时间t内的平均值，对恒定电流来说，其瞬时值与平均值相等． 栏目链接例3 一硫酸铜电解槽的横截面积为2 m2，在0.4 s内若相向通过同一横截面的铜离子和硫酸根离子分别为5.625×1018个和4.735×1018个，则电解槽中的电流是多大？方向如何？ 解析：电解槽中的电流是铜离子和硫酸根离子分别向相反的方向运动形成的．所以电流的方向与铜离子定向移动的方向相同．
铜离子和硫酸根离子都是二价离子，每个离子的电荷量为q1＝q2＝2×1.6×10－19 C. 栏目链接答案：8.3 A 方向与铜离子定向移动的方向相同
点评：在电解液中，形成电流的自由电荷是正负离子，通过某一横截面的电荷量为正负电荷迁移电荷量的绝对值之和． 栏目链接（ ）变 式
迁 移2．如图所示，将左边的铜导线和右边的铝导线连接起来，已知截面积S铝＝2S铜．在铜导线上取一截面A，在铝导线上取一截面B，若在1 s内垂直地通过它们的电子数相等，那么，通过这两截面的电流的大小关系是( ) 栏目链接变 式
迁 移A．IA＝IB B．IA＝2IB
C．IB＝2IA D．不能确定 解析：这个题目中有很多干扰项，例如两个截面的面积不相等，导线的组成材料不同等等．但关键是通过两截面的电子数在单位时间内相等，根据I＝ 可知电流强度相等．
答案：A 栏目链接四、电流的微观表达式1．电流的微观表达式为I＝nqSv. 栏目链接 推导：如右图所示，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.
AD导体中的自由电荷总数：N＝nlS.
总电荷量Q＝Nq＝nlSq.
所有这些电荷都通过横截面D所需要的时间：t＝ . 栏目链接 栏目链接 2．三种速率的区别．
电流传导速率、电子定向移动速率、电子热运动速率．
(1)电流传导速率等于光速，电路一接通，导体中的电子立即受到电场力作用而定向移动形成电流．(对整体而言)
(2)电子定向移动速率，其大小与电流有关，一般数量级为10－5 m/s.(对每个电子而言)
(3)电子热运动速率，任何微观粒子都做无规则运动，其速度与温度有关，通常情况为每秒几百米． 栏目链接例4 导体中电流I的表达式I＝nqSv，其中S为导体的横截面积，n为导体每单位体积内的自由电荷数，q为每个自由电荷所带的电荷量，v是( )
A．导体运动的速率
B．导体传导的速率
C．电子热运动的速率
D．自由电荷定向移动的速率 栏目链接 解析：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，还与导体的横截面积有关，故选D.公式I＝nqSv中的v就是自由电荷定向移动的速率．
答案：D 栏目链接变 式
迁 移3．如果导线中的电流为1 mA，那么1 s内通过导体横截面的自由电子数是多少？若算得“220 V,60 W”的白炽灯正常发光时的电流为273 mA，则20 s内通过灯丝的横截面的电子是多少个？ 栏目链接变 式
迁 移 栏目链接变 式
迁 移 栏目链接物理·选修3－1(人教版)
电源和电流
?基础巩固
1．关于电流的说法中正确的是( )
A．根据I＝，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，电流是矢量
D．电流的单位“安培”是国际单位制中的基本单位
解析：依据电流的定义式可知，电流与q、t皆无关，显然选项A是错误的；虽然电流是标量，但是却有方向，因此在任何相等的时间内通过导体横截面的电荷量虽然相等，方向变化，电流也不是恒定电流，所以，选项B也是错误的．电流是标量，故选项C也不对．
答案：D
2．电路中每分钟有60万亿个自由电子通过横截面积为0.64×10－6 m2的导线，那么电路中的电流是(电子带电量为1.6×10－19 C)( )
A．0.016 μA B．1.6 mA
C．16 μA D．0.16 μA
解析：由电流的定义式I＝可知，电流大小与横截面积无关，代入数据可求得电路中的电流为0.16 μA.
答案：D
3．关于电流的方向，下列说法中正确的是( )
A．在金属导体中电流的方向是自由电子定向移动的方向
B．在电解液中，电流的方向为负离子定向移动的方向
C．无论在何种导体中，电流的方向都与负电荷定向移动的方向相反
D．在电解液中，由于是正负电荷定向移动形成电流，所以电流有两个方向
解析：电流的方向与正电荷定向移动的方向相同，与负电荷定向移动的方向相反，故选项C正确．
答案：C
4．一台半导体收音机，电池供电的电流是8 mA，也就是说( )
A．1 h电池供给8 C的电荷量
B．1 000 s电池供给8 C的电荷量
C．1 s电池供给8 C的电荷量
D．1 min电池供给8 C的电荷量
解析：由公式，供给8 C电荷量时的通电时间＝1 000 s．故选B.
答案：B
5．如果在导体中产生了电流，则下列说法中正确的是( )
A．导体两端的电压为0，导体内部的场强不为0
B．导体两端的电压为0，导体内部的场强为0
C．导体两端的电压不为0，导体内部的场强不为0
D．导体两端的电压不为0，导体内部的场强为0
解析：在导体内产生了电流，说明自由电荷在静电力的作用下发生定向移动，因此导体内部的场强不为零，导体两端的电压也不为零，选项C正确．
答案：C
6．如下图所示的电解液接入电路后，在t s内有n1个一价正离子通过溶液内截面S，有n2个二价负离子通过溶液内截面S，设e为元电荷，则以下关于通过该截面电流的说法正确的是( )
A．当n1＝n2时，电流大小为零
B．当n1＞n2时，电流方向由A指向B，电流
I＝
C．当n1＜n2时，电流方向由B指向A，电流
I＝
D．电流方向由A指向B，电流I＝
解析：电荷的定向移动形成电流，习惯上规定正电荷定向移动的方向为电流的方向，在电解液导电时，定向移动的电荷有正离子和负离子，它们同时向相反方向移动形成电流，负离子定向移动，等效于等量的正离子向反方向定向移动．电流方向按规定应是由A指向B，电流大小为：
答案：D
?能力提升
7．如下图所示，一根横截面积为S的均匀长直橡胶棒上带有均匀负电荷，每米电荷量为q，当此棒沿轴线方向做速度为v的匀速直线运动时，由于棒运动而形成的等效电流大小为( )
A．vq B. C．qvS D.
解析：1 s内棒通过的长度l＝vt，总电荷量Q＝ql＝qvt.
由I＝＝＝qv，故选项A正确．
答案：A
8．铜的相对原子质量为m，密度为ρ，每摩尔铜原子有n个自由电子，今有一根横截面积为S的铜导线，当通过的电流为I时，电子平均定向移动的速率为( )
A．光速c B. C. D.
解析：假设电子定向移动的速率为v，那么在t秒内通过导体横截面的自由电子数相当于在体积vt·S中的自由电子数，而体积为vtS的铜的质量为vtSρ，摩尔数为，所以电荷量.
因电流，解得：.
答案：D
9．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0，经加速后形成横截面积为S、电流为I的电子束．已知电子的电荷量为e、质量为m，则在刚射出加速电场时，一小段长为Δl的电子束内的电子个数是( )
A. B.
C. D.
解析：根据动能定理得得到， ①
在刚射出加速电场时，一小段长为Δl的电子束内电子电量为 ②
电子数 ③
联立①②③得到：
答案：B
10．电子绕核运动可等效为一个环形电流，设氢原子中的电子以速率v在半径为R的圆轨道上运动，用e表示电子的电荷量，则其等效电流为I＝__________.
解析：氢原子核外只有一个电子，电子绕核运动时，可认为环绕方向不变，由于每经过一个周期，电子就能过核外某点一次，故认为形成环形电流．电子的运动周期，由得到等效电流.
答案：
11．(双选)通常一次闪电过程历时约0.2～0.3 s，它由若干个相继发生的闪击构成．每个闪击持续时间仅40～80 μs，电荷转移主要发生在第一个闪击过程中．在某一次闪电前云地之间的电势差约为1.0×109 V，云地间距离约为1 km；第一个闪击过程中云地间转移的电荷量约为6 C，闪击持续时间约为60 μs.假定闪电前云地间的电场是均匀的．根据以上数据，下列判断正确的是( )
A．闪电电流的瞬时值可达到1×105 A
B．整个闪电过程的平均功率约为1×1014 W
C．闪电前云地间的电场强度约为1×106 V/m
D．整个闪电过程向外释放的能量约为6×106 J
解析：由电流的定义式I＝知I＝A＝1×105 A，A正确；整个过程的平均功率W＝3×1010 W(t代0.2或0.3)，B错误；由E＝＝V/m＝1×106 V/m，C正确；整个闪电过程向外释放的能量为电场力做的功W＝qU＝6×109 J，D错．
答案：AC
