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中物理
第十一章 电路及其应用
第1节 电源和电流
静电场中的能量
电场强度和电势差
静电力做功
电势能
推磨
电势和电势差
UAB = E d
W=EqL
与路径无关
WAB=EPA-EPB
WAB>0,EPA>EPB
φ=EP/q
电容器
电闪雷鸣时，强大的电流使天空不时发出耀眼的闪光，但它只能存在于一瞬间，而手电筒中的小灯泡却能持续发光，这是为什么
瞬间的闪光
持续的发光
课堂引入
闪电
-
B
A
-
A
+
+
+
+
+
+
+
+
_
B
_
_
_
_
_
_
_
当导体两端存在电压时，导体内建立了电场，导体中的自由电荷在电场力的作用下发生定向移动，形成电流。
一、电源
自由电子的定向移动使两个带电体成为等势体，达到静电平衡，导线中会产生一个瞬时电流。
A
B
连通器
水势A
水势B
抽水机
水流
正极
负极
怎么才能让导线中有持续电流呢？
1.电源：能把自由电子从正极搬到负极的装置；
2.作用:保持导体两端的电势差(电压),使电路有持续的电流。
电源相当于抽水机
一、电源
-
-
-
+
A
+
+
+
+
+
+
_
_
_
B
_
_
_
_
_
P
-
-
+
电源中电势高的一极是正极，电势低的一极是负极。
一、电源
太阳电池
干电池
铅蓄电池
锂电池
常 见 电 源
导体中自由电荷定向移动的原因
-
-
+
A
+
+
+
+
+
+
+
_
_
_
B
_
_
_
_
_
P
M
N
E0
F
Fn
Ft
二、恒定电场
M
N
E0
E
E′
M
N
E
导线内很快形成沿导线方向的稳定电场
1.恒定电场：导线内的电场是由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成的。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，电场的分布也稳定——恒定电场。
二、恒定电场
2.特点：任何位置的电荷分布和电场强度都不会随时间变化，基本性质与静电场相同;
3.适用情况：在静电场中所讲的电势、电势差及其与电场强度的关系同样适用于恒定电场。
由于恒定电场的作用,导体中自由电荷定向运动的速率增加;而在运动过程中会与导体内不动的粒子碰撞从而减速,因此自由电荷定向运动的平均速率不随时间变化.如果我们在这个电路中串联一个电流表,电流表的读数保持恒定。
恒定电流：大小、方向都不随时间变化的电流
三、恒定电流
3.公式：
2.物理意义:表示电流的强弱程度
1.定义:通过导体横截面的电荷量q跟通过这些电荷量所用时间t的比值叫做电流。（单位时间内通过导体横截面积的电荷量）
4.单位:
国际单位
安培(A) 1A=1C/s
常用单位：毫安（mA）、微安（μA）
定义式：适用于任何电荷定向移动形成的电流
三、恒定电流
5.说明:
（1）电流方向：规定正电荷定向移动的方向为电流方向。
在电源外部,电流从正极流向负极；电源的内部,电流从负极流向正极；
（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。
（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：
（4）电流强度虽然有大小和方向，是标量。
I
三、恒定电流
1.建立模型
一段粗细均匀的导体长为l，两端加一定的电压，自由电荷定向移动的速率为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，每个自由电荷量为q。
四、电流的微观表达式
2. 理论推导
故导体AB中的电流
导体中的自由电荷数
总电荷量
所有这些电荷通过横截面所需要的时间
l
S
【例题】有一条横截面积S=1 mm2的铜导线,通过的电流I=1 A,已知铜的密度ρ=8.9×103kg/m3,铜的摩尔质量M=6.4×10-2 kg/mol,阿伏加德罗常数NA=6.02×1023 mol-1,电子的电量e=-1.6×10-19 C,求铜导线中自由电子定向移动的速率。可认为铜导线中平均每个铜原子贡献一个自由电子。
四、电流的微观表达式
【解析】设自由电子在导线内定向移动的速率是v。取一段导线（如图），自由电子从它的左端定向移动到右端的时间为t，则这段导线的长度为vt，体积为vtS，质量为ρvtS，则这段导线中的原子数为
则这段导线中的自由电子数也为n，
t时间内通过导体横截面的电荷量:
把这个式子代入 ,得
解得
vt
v
S
v
四、电流的微观表达式
思考：既然电子的定向运动速率很小，为什么闭合开关时电路中的电灯立刻就亮了呢？
实际上，闭合开关的瞬间，电路中的各个位置以光速迅速建立了电场。随着电场的建立，电路中各处的自由电子在静电力的作用下几乎同时开始做定向移动，整个电路也就几乎同时形成了电流。
电子定向移动的速率约10-5m/s
电子热运动的平均速率105m/s
电场的传播速率3×108m/s
五、三种速率
液晶显示电子计算器约 130μA
半导体收音机 10 ～100 mA
台灯约 150 mA
家用电风扇约 300 mA
电动汽车中的电池
电池放电时能输出的总电荷量叫作电池的容量，通常以"安时"（A·h）或"毫安时"（mA·h）作单位。单体锂离子电池的容量极为有限，为了满足需要，常用由若干单体锂离子电池构成的电池组。
STSE
课堂小结
电源
和
电流
电源
能把自由电子从正极搬到负极的装置
恒定电场
M
N
E
微观表达
vt
v
S
v
电流
电荷的定向移动
定义式：
【典例1】（2021·招远市第二中学高二月考）如图所示，在水平放置的金属导体中，10s内有20C的负电荷向右通过导体某一横截面。关于导体内电流的大小和方向，以下判断正确的是（　　）
A．0.5A 向右 B．0.5A 向左
C．2.0A 向右 D．2.0A 向左
典例分析
【正确答案】D
【典例2】（2021·山东高二月考）某电解池中，若在2s内各有1.0×1019个一价正离子和2.0×1019个二价负离子通过某截面，那么通过这个截面的电流是（　　）
A．0.8A B．3.2A C．2.4A D．4.0A
典例分析
【正确答案】D
【典例3】（2021·山东师范大学附中高二月考）北京正负电子对撞机的储存环是周长为240m的近似圆形轨道。当环中电子以光速的 流动而形成10mA的电流时，环中运行的电子数目的数量级为（已知光速c = 3×108m/s，电子电荷量e=1.6×10- 19C）（ ）
A．102 B．104 C．1010 D．1011
典例分析
【正确答案】D
典例分析
【正确答案】D
【典例4】纯电动汽车使用的能源不是汽油，而是电能，提供电能的是锂离子电池。锂离子电池以碳材料为负极，以含锂的化合物为正极。在充电的过程中，通过化学反应，电池的正极有锂离子生成，锂离子通过电解液运动到电池的负极。负极的碳材料有很多微孔，到达负极的锂离子就嵌在这些微孔中，嵌入的锂离子越多，电池中充入的电荷量也就越多。当汽车开动时，在负极的锂离子又会通过电解液返回正极，回到正极的锂离子越多，则放出的电荷量也就越大。电池放电时能输出的总电荷量叫作电池的容量。单体锂离子电池的容量极为有限，为了满足需要，常用由若干单体锂离子电池构成的电池组。下列说法中错误的是（　　）
A．“安时”（Ah）或“毫安时”（mAh）是电量的单位
B．“千瓦时”（kWh）是能量的单位
C．图中锂离子的移动情况表明电池处于放电状态
D．图中锂离子是在电场力的作用下从负极返回正极的
典例分析
【正确答案】D
【典例5】（2021·重庆市万州第二高级中学）某些肿瘤可以用“质子疗法”进行治疗。在这种疗法中，为了能让质子进入癌细胞，首先要实现质子的高速运动，该过程需要一种被称作“粒子加速器”的装置来实现。质子先被加速到较高的速度，然后轰击肿瘤并杀死癌细胞。如图所示，来自质子源的质子（初速度为零），经加速电压为U的加速器加速后，形成细柱形的质子流。已知细柱形的质子流横截面积为S，其等效电流为I；质子的质量为m，其电量为e。那么这束质子流内单位体积的质子数n是
A． B． C． D．
典例分析
【正确答案】D
典例分析
【正确答案】D
THANKS
“
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