一、电源和电流

高安中学 孙经华

上一章我们学习了电荷在没有定向移动时产生的现象、规律及应用，从这一章开始我们就要进一步来学习电荷在有定向移动时产生的现象、规律及应用，以进一步加深对电的认识，因此本章是电学部分的重点章，它不但为后面的学习打下基础，而且还有较大的实用价值，是学习电工学和电子技术的基础，对日常生活和生产实际中正确使用电器也很有用。和上一章一样，本章同样是在初中所学知识基础上加以提高和扩展的，故仍须十分重视才能学好它。

• 那么，电荷为什么会发生定向移动从而形成电流？要形成电流到底需要什么条件呢？下面我们利用上一章学过的知识来分析、讨论这些问题。

M

N

E0

F

Fn

Ft

A B假设在电源正、负极之间连一根导线

导体 A 、 B 间存在电场，有电势差。

导线中的自由电子在静电力作用下由 B 向 A 移动，最后使 A 、 B 成为一个等势体。——有瞬时电流。

要使电路中有持续电流，应怎办？

可在 A、 B间接一电源P，把电子从 A搬运到 B。

有了电源，电路中产生的电流大小是恒定的还是变化的？

M

N

E0

F

Fn

Ft

假设在电源正、负极之间连一根导线

A B

M

N

E0 M

N

E

E

E0

E′

定向移动的电荷不会侧移积聚，使导线内很快形成沿导线方向的恒定电场。

附加电场 E/ 和电源电场 E0 的叠加使得的导线中的电场线方向变得更接近于和导线平行。

垂直导线方向达静电平衡时，合场强为零。

Ft 使电子沿导线作定向移动形成电流；Fn

使电子侧聚。

• 1 、电流：电荷的定向移动形成电流。

（ 2 ）条件：导体（有自由电子）两端有电压（内部 形成电场）。（ 3 ）电源的作用：保持电路两端有电势差，使电路 中存在持续电流。

（ 1 ）方向：跟正电荷定向移动的方向相同。

• 2 、恒定电场：由稳定分布的电荷所产生的稳定的电场。

电流直流电

交流电

恒定电流：大小、方向都不随时间变化的电流

脉动电流：大小变、方向不变的电流。

• 由恒定电场产生的电流叫恒定电流。

• 3 、电流强度：表示电流强弱的物理量。常简称为“电流”。

电流既有大小又有方向，其大小叫“电流强度”，故“电流强度”是标量。

（ 1 ）定义式：t

qI

（ 2 ）单位：安培（ A ）（ 3 ）决定式： nqvsI

如上图所示表示粗细均匀的一段导体，两端加以一定的电压，设导体中的自由电子电荷量为 q 、定向移动速率为 v 、导体横截面积为 s 、导体每单位体积内的自由电子数为 n 。则 t 时间内通过导体横截面的电荷量 Q=n·vts·q ，电流 I=Q/t=nvsq

• 例题 1 、（ P42 ）• 分析：因为 I=nvse ， 而 n= ρNA/ M

• 故 v=IM/ （ ρseNA ）• 电子定向移动速率、热运动平均速率、电流传导速率

是三个不同的概念，它们的数量级依次为： 10-5m/s 、105m/s 和 3×108m/s 。电子定向移动速率是很小的。

• 例题 2 、（ P41“ 思考与讨论”）• 没有矛盾。垂直导线方向达到静电平衡，其合场强为

零，任意两点间没有电势差；沿导线方向不会达到静电平衡（有电流），其合场强不为零，导线两端有电势差。

小结：• 1 、形成电流的条件是：导体两端有电势差；

产生持续电流的条件是：保持导体两端有电势差。若导体两端电压为零，电荷的定向移动就会终止。

• 2 、电源的作用就是要保持导体两端有电势差。它就像一台抽水机一样，没有抽水机，水就会从高处自动流到低处，液面很快就会没有高度差而相平，水也就不会再流动。

巩固练习：1 、下列关于电流的说法中，正确的是（ ） A. 只要导体中有电荷运动，就有电流； B. 导体中没有电流时，导体内的电荷是静止的； C. 导体中的电流一定是自由电子定向移动形成的； D. 电流可能是由正电荷或负电荷的定向移动形成的。

D

2 、下列说法中错误的是：（ ）A. 金属导体导电，只是自由电子作定向移动；B. 电解液导电，正负离子都作定向移动；C. 气体导电，一定只有正离子作定向移动；D. 气体导电，正、负离子和自由电子都作定向移动。

C

3 、关于电源的作用，下列说法中正确的是（ ） A. 它能为电路持续地提供自由电荷； B. 它能直接释放出电能； C. 它能保持导体两端的电压，使电路中有持续的电流； D. 它能使自由电荷运动起来。

C

4 、关于导体中的电场，下列说法中正确的是（ ） A. 它是由电源两极在空间直接形成的； B. 它是导线上的堆积电荷所形成的； C. 导线内的电场线最终和导线平行； D. 它的分布随着电荷的移动而随时间变化。

C

5 、有一电解池，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一横截面，则通过 这个截面的电流是：（ ） A. 0 B. 0.8A C. 1.6A D. 3.2A

D

AA 231

10611001106121005 19191918

.).(...

t

QI解：

< 点评 >：应用电流的定义式进行计算时，若是电子导 电， q 为通过导体横截面的电子电量的绝对 值；若为离子导电（如气体或液体导电），q 为通过（气体放电管或电解槽液体）截面 正、负离子电量的绝对值之和绝对值之和。

一个电子绕氢原子核以半径为 R做匀速圆周运动，其等效电流为多少？（已知电子质量为 m ，带电量为 e)

作业：