第1講電流[目標定位]1.知道持續電流產生的條件，并能進行微觀解釋.2.了解電流速度(傳導速度)、自由電子熱運動的平均速度和電子漂移速度(即電子定向移動速度).3.理解電流的定義，知道電流的單位、方向的確定，會用公式q＝It分析相關問題．一、電流的形成1．形成電流的條件：(1)自由電荷；(2)電壓．2．形成持續電流的條件：導體兩端有持續電壓．二、電流的速度1．電流的速度：等于電場的傳播速度，它等于3.0×1082．自由電子的運動速率：常溫下，金屬內的自由電子以105_m/s的平均速率在無規則的運動．3．電子定向移動的速率：數量級大約是10－5m/s，被形象的稱為“電子漂移”想一想導線內自由電子的定向移動速率等于電流的傳導速率嗎？為什么？答案不等于，事實上電子定向移動的速率是很慢的，而且跟導體材料有關，只是導體中自由電子的定向移動是產生電流的原因．電流的速率可以認為等于光速．三、電流的方向1．電流的方向：正電荷的定向移動的方向規定為電流的方向；2．在電源外部的電路中電流的方向：從電源正極流向負極；在電源內部的電路中電流的方向：從電源負極流向正極．想一想金屬導體中電流的方向與自由電荷的移動方向一致嗎？為什么？答案不一致，電流的方向是指正電荷定向移動的方向，而金屬導體中自由電荷是電子，電子的定向移動方向與電流方向相反．四、電流的大小和單位1．定義：在單位時間內通過導體任一橫截面的電荷量稱為電流．2．定義式：I＝eq\f(q,t).3．單位：國際單位：安培，符號A；常用單位：mA、μA換算關系為1A＝103mA＝106μA.4．直流電：方向不隨時間改變的電流叫做直流電．恒定電流：方向和強弱都不隨時間改變的電流叫做恒定電流．想一想電流是有大小和方向的物理量，電流是矢量嗎？答案不是．電流的計算不滿足平行四邊形定則.一、電流形成條件及三種速率的理解1．電流的形成條件(1)回路中存在自由電荷①金屬導體的自由電荷是電子．②電解液中的自由電荷是正、負離子．(2)導體兩端有電壓：電場對電荷有力的作用，例如兩個導體間存在電勢差，當用一導線連接時，導線中的自由電子會在電場力的作用下運動，形成電流．(3)導體兩端有持續電壓是導體中形成持續電流的條件．導體兩端有了持續電壓，導體中的自由電子就會在電場力的持續作用下形成持續不斷的電流．2．電路中三種速率的比較(1)電子熱運動的速率：構成導體的電子在不停地做無規則熱運動，由于熱運動向各個方向運動的機會相等，故不能形成電流，常溫下電子熱運動的速率數量級為105(2)電子定向移動的速率：電子定向移動的速率很小，數量級為10－5m/s.自由電子在很大的無規則熱運動的速率上又疊加上了一個很小的定向移動的速率(3)電流傳導速率：等于光速，閉合開關的瞬間，電路中各處以真空中光速c建立恒定電場，電路中各處的自由電子幾乎同時開始定向移動而形成了電流．例1在導體中有電流通過時，下列說法正確的是()①電子定向移動速率很小②電子定向移動速率即是電場傳導速率③電子定向移動速率是電子熱運動速率④在金屬導體中，自由電子只不過在速率很大的無規則熱運動上附加了一個速率很小的定向移動A．①③ B．② C．③ D．①④答案D解析電子定向移動的速率很小，數量級為10－5m/s，自由電子只不過在速率很大的熱運動上附加了很小的定向移動的速率．故①、④正確．電場的傳導速率為光速c＝3×108m/s，無規則熱運動速率的數量級為105m/s.故②、③錯誤，故選D.借題發揮電荷定向移動的速率很小，當電路閉合后，并不是電荷瞬間從電源運動到用電器，而是瞬間在系統中形成電場，使導體中所有自由電荷同時定向移動形成電流．二、電流的表達式1．電流雖然有方向但是標量．2．I＝eq\f(q,t)是電流的定義式，電流與電量無正比關系，電流與時間也無反比關系．3．在應用I＝eq\f(q,t)計算時注意：要分清形成電流的自由電荷的種類．對金屬來講，是自由電子的定向移動，電量q為通過橫截面的自由電子的電量．對電解液來講，是正、負離子同時向相反方向定向移動，電量q為正、負離子電荷量絕對值之和．例2在某種帶有一價離子的水溶液中，正、負離子在定向移動，方向如圖1所示．如果測得2s內分別有1.0×1018個正離子和1.0×1018個負離子通過溶液內部的橫截面M，則溶液中電流的方向如何？電流多大？圖1答案由A指向B0.16A解析水溶液中導電的是自由移動的正、負離子，它們在電場的作用下向相反方向定向移動．電學中規定，電流的方向為正電荷定向移動的方向，所以溶液中電流的方向與正離子定向移動的方向相同，即由A指向B.每個離子的電荷量是e＝1.60×10－19C．該水溶液導電時負離子由B向A運動，負離子的定向移動可以等效看做是正離子反方向的定向移動．所以，一定時間內通過橫截面M的電荷量應該是正、負兩種離子電荷量的絕對值之和．I＝eq\f(q,t)＝eq\f(|q1|＋|q2|,t)＝eq\f(1.0×1018×1.6×10－19＋1.0×1018×1.6×10－19,2)A＝0.16A.借題發揮電流的定義式I＝eq\f(q,t)中，q是時間t內通過某一截面的電荷量，而不是單位截面積內的電荷量．三、電流強度的微觀表達式1．建立模型：如圖2所示，導體長為l，兩端加一定的電壓，導體中的自由電荷沿導體定向移動的速率為v，設導體的橫截面積為S，導體每單位體積內的自由電荷數為n，每個自由電荷的電荷量為q.圖22．理論推導：AD導體中的自由電荷總數：N＝nlS.總電荷量Q＝Nq＝nlSq.所有這些電荷都通過橫截面D所需要的時間：t＝eq\f(l,v).根據公式q＝It可得：導體AD中的電流：I＝eq\f(Q,t)＝eq\f(nlSq,\f(l,v))＝nqSv.3．結論：從微觀上看，電流決定于導體中單位體積內的自由電荷數、每個自由電荷的電荷量、定向移動速率的大小，還與導體的橫截面積有關．例3一段粗細均勻的金屬導體的橫截面積為S，導體單位體積內的自由電子數為n，金屬導體內的自由電子的電荷量為e，自由電子做無規則熱運動的速率為v0，導體中通過的電流為I，以下說法中正確的有()A．自由電子定向移動的速率為v0B．自由電子定向移動的速率為v＝eq\f(I,neS)C．自由電子定向移動的速率為真空中的光速cD．自由電子定向移動的速率為v＝eq\f(I,ne)答案B解析I＝nevS，所以v＝eq\f(I,neS)v為自由電子定向移動的速率.電流形成條件及三種速率的理解1．關于電流，以下說法正確的是()A．通過截面的電荷量多少就是電流的大小B．電流的方向就是電荷定向移動的方向C．在導體中，只要自由電荷在運動，就一定會形成電流D．導體兩端沒有電壓就不能形成電流答案D解析根據電流的概念，電流是單位時間內通過截面的電荷量，知A項錯．規定正電荷定向移動的方向為電流方向，知B項錯．自由電荷持續的定向移動才會形成電流，知C錯、D對．2．在導體中有電流通過時，下列說法正確的是()A．電子定向移動速率很小B．電子定向移動速率即是電場傳導速率C．電子定向移動速率是電子熱運動速率D．在金屬導體中，自由電子只不過在速率很大的無規則熱運動上附加了一個速率很小的定向移動答案AD解析電子定向移動的速率很小，數量級為10－5m/s，自由電子只不過在速率很大的熱運動上附加了速率很小的定向移動．故A、D正確．電場的傳導速率為光速c＝3×108m/s，無規則熱運動速率的數量級為105m/s.故B、C錯．公式I＝eq\f(q,t)的理解與應用3．電路中有一電阻，通過電阻的電流為5A，當通電5分鐘時，通過電阻橫截面的電子數為()A．1500個 B．9.375×1019個C．9.375×1021個 D．9.375×1020個答案C解析q＝It，n＝eq\f(q,e)＝eq\f(It,e)＝9.375×1021個．電流強度的微觀表達4．如圖3所示，一根橫截面積為S的均勻長直橡膠棒上帶有均