第四章稳恒电流电磁学教案.docVIP

第四章 稳恒电流 一、目的要求 （1）掌握电流、稳恒电流、电流强度、电流密度等概念。 （2）深刻理解电流连续性方程、电流稳恒条件、电阻定律、欧姆定律、电功定律和电热定律。 （3）求解电流强度、电流密度、电阻、电功和电热。 二、教学内容 第一节 电流的基本概念（2学时） 第二节 均匀电路的欧姆定律 电热定律（2学时） 第三节 电动势 非均匀电路的欧姆定律 第四节 基尔霍夫定律 三、教材分析 本章主要从电场和电路两个角度介绍了稳恒电流的基本概念，基本定律和基本原理。 四、重点难点 本章的重点和难点都是静电平衡的特性及其应用。 第一节 电流的稳恒条件 一、教学内容 （1）电流及其产生的条件 （2）电流强度 （3）电流密度 （4）电流连续性方程 二、教学方式 讲授 三、讲课提纲 1。电流强度和电流密度 (1)电流 导体中电荷作定向运动形成电流，方向和大小都不随时间变化的电流叫做稳恒电流。 形成传导电流的条件是： ①物体中有可移动的电荷，即载流子； ②物体两端有电势差或物体内有电场。例如在金属导体内就有可以自由移动的电荷——自由电子，所以在金属导体的两端加上电压时就可在其内形成电流，因而金属是导电的，称为导体。 （2）电流强度 电流的强弱用电流强度来表示，其定义为：单位时间通过导体任一截面的电量。假定在dt时间内，通过导体截面的电量为dq，用I表示电流强度，则有 其单位是安培(用A表示)，1安培＝1库仑／秒。电流强度是标量，通常所说的电流方向是指电荷在导体内移动的方向，并非电流是矢量。当I = dq/dt =常数时，即电流强度的大小和方向都不随时间发生变化时，这种电流称为稳恒电流，也叫直流电流；当I随时间发生周期性变化时，称为交变电流；当I随时间作正弦规律的变化时，称为正弦交流电。 (3)电流密度 应该注意：电流虽然是电荷的定向移动形成的，但电流的传递速度与电荷定向移动的速度是完全不同的。一般来说，导体内各点的电流分布是不相同的，为了描述电流分布的详细情况，我们引入一个新的物理量——电流密度。 在电流通过的导体中的某处取一小面元dS ，使dS的法线单位矢量n的方向和该处的电流方向一致，设垂直通过dS的电流强度为dI，则电流密度定义为： j = n 该式表明，电流密度的大小等于垂直通过单位面积的电流强度，方向与该处小面元dS的法线方向即电流方向一致，单位是安培／米（A/m）。 由上式还可求出通过任一有限面积S的电流强度。在S上任取一面积元dS，其法向方向与该处的j夹－角度为θ角，则通过dS的电流强度 j·dS 2．电流连续性方程 在导体内任取一个闭合曲面S，因为闭合曲面S的法线正方向总是规定向外的，所以通过该闭合曲面的j通量，就是面内向外流出的电流强度，亦即单位时间向外流出的电量。根据电荷守恒定律，从曲面内流出的电量应等于面内电量的减少量。设闭合曲面内的电量为q，则有 试式称为电流连续性方程。对于稳恒电流，由于I的大小和方向都不随时间发生变化，这样形成电流的电场就必须是一个稳定场，产生电场的电荷就必须是一个稳定的分布，这样对于任一闭合曲面S，必有 此即为稳恒电流的连续性方程，也叫电流的稳恒条件。如果取导体的两个截面S和S以及导体的侧面 构成一个闭合曲面，则由(8.5)式知，单位时间内通过S面的电量一定等于单位时间内通过S的电量，即 这是稳恒电流连续性方程的另一种表达形式。 四、板书设计 （见多媒体光盘） 五、练习作业 思考题：1－4 作 业：1－9 第二节 均匀电路的欧姆定律 电热定律 一、教学内容 （1）均匀电路的欧姆定律 （2）电阻定律 （3）欧姆定律的微分形式 （4）电功及电热定律 二、教学方式 讲授 三、讲课提纲 1. 均匀电路的欧姆定律 所谓均匀电路，就是一段不含电源的稳恒电路，比如给导体两端加上恒定的电势差，导体中相应地就存在着稳恒电流，电势差  该式称为均匀电路的欧姆定律。式中R是常数，称为导体的电阻，在国际制单位中的单位为欧姆(用Ω表示)。 2．电阻定律 一般金属导体电阻的大小与导体的材料和几何形状有关。实验指出，对由一定材料制成的横截面均匀的导体的电阻 该式称为电阻定律。当导体的横截面积不均匀或电阻率不均匀时，导体的电阻 3．半导体和超导体 一般把电阻率小于Ω·m的材料叫导体，电阻率大于Ω·m的材料叫绝缘体，电阻率在～Ω·m之间的材料叫半导体，锗和硅是最常见的半导体。 当温度降到某一特定热力学温度Tc时，某些金属、合金以及金属化合物的电阻率会几乎减小到零，这种现象叫