高中物理选修3—1恒定电流压缩版教材.docVIP

 PAGE 9 恒定电流 电流 　　形成电流的条件 　　电荷的定向移动形成电流．这就是说，要形成电流，必须有能够自由移动的电荷——自由电荷．金属中的自由电子，电解液（酸、碱、盐的水溶液）中的正、负离子，都是自由电荷．在什么条件下，自由电荷才能发生定向移动呢？ 　　当导体内没有电场时，导体中大量的自由电荷就像气体中的分子一样，不停地做无规则的热运动．自由电荷向各个方向运动的机会都相等，因而对导体的任一横截面来说，在一段时间内从两侧穿过这个截面的自由电荷是相等的．从宏观角度来看，导体中的自由电荷没有定向移动，所以没有电流． 　　电源正极的电势高，负极的电势低，两极之间有电压．把导体的两端分别接到电源的两极上，导体中有了电场，两端也有了电压，于是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．所以，导体中产生电流的条件是：导体两端存在电压． 　　干电池、蓄电池、发电机等都是电源，它们的作用是保持导体两端的电压，使导体中有持续的电流． 　　电流的方向 　　导体中的电流可以是正电荷的定向移动，也可以是负电荷的定向移动，还可以是正、负电荷沿相反方向的定向移动．习惯上规定正电荷的定向移动方向为电流的方向．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．在电解液中，电流的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． 　　正电荷在电场力作用下从电势高处向电势低处运动，所以电流的方向是从电势高的一端流向电势低的一端，即在电源外部的电路中，电流的方向是从电源的正极流向负极． 　　电流的强弱 　　电流有强弱的不同，电流的强弱用电流这个物理量来表示．通过导体横截面的电荷量q跟通过这些电荷量所用的时间t的比值称为电流.用I表示电流，则有 　　在国际单位制中，电流的单位是安培，简称安，符号是A．如果在1s内通过导体横截面的电荷量是1C，导体中的电流就是1A．电流的常用单位还有毫安（mA）和微安（μA）： 1mA＝10-3A 1μA＝10-6A． 　　图示AD表示粗细均匀的一段导体,两端加以一定的电压.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,每个自由电荷所带的电荷量为q，自由电荷沿导体定向移动的速率为v，则导体中的电流I的微观表达式： I＝nqvS． 　　方向不随时间而改变的电流叫做直流．方向和强弱都不随时间而改变的电流叫做恒定电流．通常的直流电常常是指恒定电流． 　　　*自由电子定向移动的速率 　　常温下金属中自由电子热运动的平均速率约为105 m/s．可见，在金属导体中，自由电子只不过在速率巨大的无规则热运动上附加了一个速率很小的定向移动． 　　既然自由电子的定向移动的速率很小，为什么合上开关，电流会立即传到远处，使那里的用电器开始工作呢？这是因为“电流的传播速率”不是自由电子的定向移动速率，而是电场的传播速率．电场的传播速率是很大的，它等于光速（3.0×108 m/s）．金属导线中各处都有自由电子，电路一旦接通，导线中便以3.0×108 m/s的速率在各处迅速地建立起电场，在这个电场的作用下，导线各处的自由电子几乎同时开始做定向移动，整个电路中几乎同时形成了电流． 　　有人认为，电路接通后，自由电子从电源出发，以定向移动的速率在金属导线中传播，等到它们传到用电器，那里才有电流．这种看法是不正确的. 欧姆定律 　　欧姆定律 电阻 　　既然需要在导体的两端加上电压，导体中才能有电流通过，那么，导体中的电流跟导体两端的电压有什么关系呢？ 　　德国物理学家欧姆（1787－1854）通过实验研究得出结论：导体中的电流I跟导体两端的电压U成正比，即I∝U．通常把这个关系写成 　　　　 　　上两式中的R是电压与电流的比值．实验表明，对同一个导体来说，不管电压和电流的大小怎样变化，比值R都是恒定的．对不同的导体来说，R的数值一般是不同的．这表明，R是一个跟导体本身有关的量．导体的R值越大，在同一电压下通过的电流越小．可见，比值R反映导体对电流的阻碍作用，叫做导体的电阻． 　　体两端的电压U成正比，跟导体的电阻R成反比．这就是我们在初中学过的欧姆定律． 　　电阻的单位是欧姆，简称欧，符号是Ω．它是根据欧姆定律规定的：如果在某段导体的两端加上1V的电压，通过的电流是1A，那么，这段导体的电阻就是1Ω．所以，1Ω＝1V/A．常用的电阻单位还有千欧（kΩ）和兆欧（MΩ）： 1kΩ＝103Ω． 1MΩ＝106Ω． 导体的伏安特性 　　导体中电流I和电压U的关系可以用图线来表示．用纵轴表示电流I，用横轴表示电压U，画出的I－U图线叫做导体的伏安特性曲线． 在金属导体中，电流跟电压成正比，伏安特性曲线是通过坐标原点的直线．具有这种伏安特性的电学元件叫做线性元件．　　欧姆定律是在金属导体的基础上总结出来的，对其他导体是否