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第十一章 电路及其应用
第1节 电源和电流
A
B
如图，将水池A、B用一水管连起来，水管中的水在压力差的作用下定向移动，形成从左向右的水流。 但A、B之间的高度差很快消失，水管中的水随即停止流动。
请思考：怎样才能在水管中有源源不断的水流呢？
保持水池A、B的水面有一定的高度差.
思考：将两个带正、负电荷的导体用导线连接起来，导线中有没有电流通过？为什么？如果有，这个电流能持续下去吗？
导体中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，导线中只会产生一个瞬时电流.
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A
+
+
+
+
+
+
+
+
B
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B
A
等势体
请思考：怎样才能在导线中有持续的电流呢？
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+
A
+
+
+
+
+
+
+
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B
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某装置
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能保持导体两端的电势差(电压)，使电路有持续的电流.
电源
A
B
连通器
水势A
水势B
抽水机
水流
正极
负极
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。
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+
A
+
+
+
+
+
+
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B
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电源
-
-
+
相当于抽水机
（其它形式能转化为电能）
一、电源
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+
A
+
+
+
+
+
+
+
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B
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P
M
N
E0
F
Fn
Ft
M
N
E0
E
E0
E′
M
N
E
假设在电源正、负极之间连一根导线，导线内将形成怎样的电场？
思考：
导线内很快形成沿导线方向的电场（恒定电场）
恒定电场作用下，自由电荷做定向运动，不断加速，同时，自由电荷与电路中固定的原子等碰撞减速，整体上看，自由电荷定向运动的速率不随时间变化；
由于自由电荷定向移动的速率不变，电流大小也不变，我们把大小、方向都不随时间变化的电流称为恒定电流。
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）。
2.物理意义:表示电流的强弱程度
3.公式式:
(比值定义法)
6.电流是标量
5.方向:
正电荷定向移动的方（电子流动的反方向）
4.国际单位:
安培(A) 1A=1C/s
常用单位：毫安（mA）、微安（μA）
＋
＋
＋
二、电流
7、说明
（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.
在电源外部的电路中,电流从电源的正极流向负极；在电源的内部,电流是从电源的负极流向正极；形成闭合回路。
（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：
即：公式中的q 为正电荷总电荷量和负电荷总电荷量的绝对值之和。
I
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，求导体中的电流大小。
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
三、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
三种不同速率
电池放电时能输出的总电荷量叫做电池的容量。通常以安时（A·h）或毫安时（mA·h）作为单位。
电池容量
练习1、关于电源的以下说法，正确的是(　B　)
A． 电源的作用是在电源内部把电子由负极不断地搬运到正极，从而保持两极之间有稳定的电势差
B． 电源的作用是在电源内部把电子由正极不断地搬运到负极，从而保持两极之间有稳定的电势差
C． 只要电路中有电源，电路中就一定有电流
D． 电源实质上也是一个用电器，也需要外界提供能量
练习2、某电解质溶液，如果在1s内共有5.0×1018个二价正离子和1.0×1019个一价负离子通过某横截面，那么通过电解质溶液的电流是多大？
解析：1s内通过横截面正离子的电荷量为q1=2n1e，负离子的电荷量绝对值为q2=n2e，则电流为
将n1=5×1018个，n2=1×1019个，e=1.6×10-19C 代入解得，I=3.2A。
练习3、(多选)下列关于电流方向的说法中，正确的是( BCD 　)
A.电流的方向就是自由电荷定向移动的方向
B.电流的方向就是正电荷定向移动的方向
C.在金属导体中，电流的方向与自由电子定向移动的方向相反
D.在电解液中，电流的方向与正离子定向移动的方向相同
练习4、一段粗细均匀的导线的横截面积为S，导线内自由电子的电荷量为e，导线单位长度内自由电子数为n，自由电子做无规则运动的速率为v，单位时间内通过某一横截面的自由电子数为N。则导线中的电流为( D　 )
A.neSv B.nev
C.N D.Ne
1、电源的作用：提供持续的电压
2、导线中的电场：导线内的电场线保持和导线平行. (恒定电场)
3、恒定电流：大小方向都不随时间变化的电流.
4、电流：表示电流的强弱程度的物理量.
（1）定义式 I=q / t
（2）金属导体中电流的计算式
n 为单位体积内自由电荷数目，S 为导体横截面积，v为电荷定向移动速率，q为每个自由电荷的电量
小结

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