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第十一章 电路及其应用
1. 电源和电流
问题引入： 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？
观察并能识别电源，了解其在电路中的作用
1.了解电源的形成过程，明确电源在直流电路中的作用。（物理观念）
2.理解导线中恒定电场的建立，掌握恒定电场和恒定电流的形成过程。（科学思维）
3.知道描述电流强弱程度的物理量——电流。（科学思维）
体会课堂探究的乐趣，
汲取新知识的营养，
让我们一起 吧！
进
走
课
堂
【探究一：产生电流的条件】
问题1：什么是电流？
电荷的定向移动形成电流
　金属导体——自由电子，
电解液——正、负离子。
问题2：哪里存在自由电荷呢？
问题3：有自由电荷就形成电流吗？
无电压时，导体中的自由电荷做无规则运动，在一段时间内向左、向右穿过横截面的自由电荷数相等，从宏观上看，不能形成电流。
-
A
+
+
+
+
+
+
+
+
_
B
_
_
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_
_
_
_
导体A、B之间有电势差
当导体两端存在电势差时，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。
-
B
A
-
A
+
+
+
+
+
+
+
+
_
B
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_
_
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。
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。
怎么才能让电路中有持续电流呢
？
【探究二：导体中产生持续电流的条件】
A
B
连通器
水势A
水势B
抽水机
水流
-
-
P
-
+
A
+
+
+
+
+
+
+
_
_
_
B
_
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_
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_
-
-
1.能把电子从A搬运到B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。
这个装置就是电源。A、B就是电源的两个极。
正极
负极
电源
－
－
－
－
－
－
+
-
E
① 有自由移动的电荷
② 两端有电势差
内因
外因
一、电流形成的条件：
【探究结论】
问题1：导线中电子为什么能从电源的负极沿导线定向移到正极 在有电源的电路中,导线内部的电场又有何特点
【探究三：电路中电场分布规律】
-
-
+
A
+
+
+
+
+
+
+
_
_
_
B
_
_
_
_
_
P
M
N
E0
Fn
Ft
F
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，电场的分布也是稳定的。
【探究结论】由稳定分布的电荷所产生的稳定的电场，称为恒定电场。
二、恒定电场
在静电场中所学的电势、电势差及电场强度的关系，在此同样适用。
-
-
+
A
+
+
+
+
+
+
+
_
_
_
B
_
_
_
_
_
P
M
N
E0
F
Fn
Ft
M
N
E0
E0
E′
M
N
E
导线内很快形成沿导线方向的电场
【探究归纳】导体内的电场线保持和导线平行
导线中的电场
【理论探究】
1.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。
2.在运动过程中会与导体内不动的粒子碰撞从而减速。
3.因此自由电荷定向运动的平均速率不随时间变化。
【探究四：恒定电流形成】
4.在这个电路中串联一个电流表,其读数保持恒定。
恒定电场
电场强度不变
自由电子在各个位置的定向运动速率不变
串联一个电流表,读数不会变
恒定电流
三、恒定电流
1.大小、方向都不随时间变化的电流称为恒定电流。
2.电流(I)：表示电流的强弱程度。
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。
公式：
单位:国际单位 安培(A) 1 A=1 C/s
常用单位：毫安（mA）、微安（μA）
方向：正电荷定向移动的方向
（1）适用于任何电荷定向移动形成的电流。
（2）在金属导体中，电流方向与自由电荷（电子）定向移动的方向相反。
（3）在电解液中，电流方向与正离子定向移动的方向相同，与负离子定向移动的方向相反。导电时，是正、负离子向相反方向定向移动形成电流，电荷量q表示通过横截面的正、负离子电荷量的绝对值之和。
注意：
四、电流的微观表达
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。
【互动探究】决定电流大小的微观量
AB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
故导体AB中的电流
由此可见，从微观上看，电流取决于导体中自由电荷数、每个自由电荷所带的电荷量、定向移动速率，还与导体的横截面积有关。
vt
v
S
v
【例1】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=8.9×103 kg/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。
【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是
把这个式子代入 ,得
解得
vt
v
v
如果认为电子的定向移动速率就是电流的传导速率，这和我们的生活经验是否相符？怎样解释？
电子定向移动的速率约为10-5 m/s，
电子热运动的平均速率约为105 m/s，
电场的传播速率为3×108 m/s。
恒定电流
维持正负极之间存在一定电势差的装置。
1.存在自由电荷
2.导体两端有电压
定义
方向和大小都不随时间变化
数学表达式：I=
标量
方向规定：正电荷移动的方向
产生
电源
1.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百分之一运动而形成10mA的电流时，则环中运行的电子数目为（　　）
A．5×1012个 B．5×1011个 C．1×1012个 D．1×1014个
A
2.安培提出了著名的分子电流假说，根据这一假说， 电子绕原子核运动可等效为一环形电流。如图为一分子电流模型，电量为e的电子以角速度ω绕原子核沿顺时针方向做匀速圆周运动，则该环形电流的大小和方向为（　　）
A． ，逆时针 B． ，顺时针
C． ，逆时针 D． ，顺时针
A
3.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．
D
【正确答案】D
4.宏观现象是由微观机制所决定的。对同一个物理问题，常常可以从宏观与微观两个不同角度研究，找出其内在联系，从而更加深刻地理解其物理本质。经典电磁理论认为：当金属导体两端电压稳定后，导体中产生恒定电场，这种恒定电场的性质与静电场相同。金属导体中的自由电子在电场力的作用下开始定向移动形成电流。如图所示为一块均匀的长方体金属导体，长为a，宽为b，厚为c。在导体EF两侧加上电压U，导体中的自由电子在电场力的作用下开始定向移动，形成电流。根据电荷守恒定律，单位时间内通过导体横截面的电荷量应相同。设电子的带电量为e，单位体积内的自由电子数为n，自由电子定向移动的平均速率为v，则在时间 内，通过长方体金属导体样品的自由电子数目N为（　　）
A． B．
C．N=nvabΔt D．N=nvbcΔt
A
我们总是梦想着天边的一座奇妙的玫瑰园，却不去欣赏今天就开在我们窗口的玫瑰。
名言警句

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