[要點導學]

1.能把電子從正級搬運到負級的裝置是__________。

2.恒定電場:導線內(nèi)的電場是由電源、導線等電路元件所積累的電荷共同形成的。盡管導線中的電荷在運動,但有的流走,另外的又來補充,所以電荷的分布是穩(wěn)定的,電場的分布也不會隨時間變化。這種由穩(wěn)定分布的電荷所產(chǎn)生的穩(wěn)定電場稱為恒定電場。

3.形成電流的必要條件:(1)要有能自由移動的______。在導體中存在著大量的能自由移動的電荷,如金屬導體中的_______,電解液中的________等。(2)導體兩端有______,即能產(chǎn)生驅(qū)使電荷作定向移動的作用力--電場力。電源的作用就是保持導體兩端的電壓,從而使電路中有持續(xù)的電流。

4.電流的定義:通過導體橫截面的電量跟所用時間的比值叫電流,表達式I=q/t。電流的單位:安(A),1A=1C/s,常用單位還有毫安(mA)、微安(μA),1A=103mA=106μA。在國際單位制中,電流是一個基本量,其單位安培是基本單位之一。

5.電流的方向:規(guī)定正電荷定向移動的方向為電流方向。在金屬導體中,電流方向與電子定向移動的方向_______。但電流是標量,電流的方向表示的是電流的流向,電流的疊加是求代數(shù)和,而不是矢量和。

6.恒定電流:大小和方向都不隨時間變化的電流。

7.電流的微觀表達式:I=nqvS。其中,n是導體每單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù),q是每個自由電荷的電量,v是導體中的自由電荷沿導體定向移動的速率,S是導體的橫截面積。

推導過程如下:如圖12-1-1所示,在加有電壓的一段粗細均勻的導體AD上選取截面B和C,設導體的截面積為S,導體每單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)為n,每個電荷的電量為q,電荷的定向移動速率為v,則在時間t內(nèi)處于相距為vt的兩截面B、C間的所有自由電荷將通過截面C。由于I=q/t可得:I=qnSvt/t=nqvS

[范例精析]

例1 某電解池中,若在2 s內(nèi)各有1.0×1019個二價正離子和2.0×1019個一價負離子通過某截面,那么通過這個截面的電流是( ).

A.O B.0.8 A C.1.6 A D.3.2 A

解析:電荷的定向移動形成電流,但"+""一"電荷同時向相反方向定向移動時,通過某截面的電量應是兩者絕對值的和。故由題意可知,電流由正、負離子定向運動形成,則在2 s內(nèi)通過截面的總電量應為:

q=1.6×10-19×2×1.0×1019C+1.6×10-19×1×2.0×1019C=6.4C 高一。

根據(jù)電流的定義式得:I=q/t=6.4/2=3.2A

拓展:電流的大小等于單位時間內(nèi)通過導體橫截面的電量,而正電荷的定向移動形成電流與負電荷定向移動形成電流是等效的。只不過負電荷定向移動形成電流的方向與負電荷定向移動的方向相反而已。

例2 電子的繞核運動可等效為環(huán)形電流。若氫原子中的電子以速率v在半徑為r的軌道上運動,用e 表示電子的電荷量,則其等效電流等于多少?

解析:假想電子繞核運動的軌跡就是一個環(huán)形導體,在運動的軌跡上任取一截面,則在一個周期內(nèi)只有一個電子通過這個截面,由于電子電荷量題目已經(jīng)給出,只要求出電子運動的周期,就可以根據(jù)電流的定義求解。根據(jù)圓周運動的可知,電子運動的周期為

T=2πr/v,

因此所求電流為 I=e/T=ev/2πr.

拓展:本題用到前面所學有關圓周運動的基本知識,還用到一種等效的。由于沒有直觀經(jīng)驗,對于不少來說,采用這個是有一定難度的,因此本題作為一種類型,希望通過練習積累這種解題思路,在今后解決類似問題時可以采用相近的。例如:一電子沿一圓周順時針方向高速運動,周期為10-10s,則等效電流大小為------A,電流方向是----------(填"順時針"或"逆時針" )。

[答案:1.6×10- 9,逆時針]

例3 有一橫截面積為s的銅導線,流經(jīng)其中的電流強度為I;設每單位體積的導線中有n個自由電子,電子的電量為e,此電子的定向移動速率為v,在Δt時間內(nèi),通過導線橫截面的自由電子數(shù)可表示為( )

A.nvs Δt B.nv·Δt C.IΔt /e D. IΔt /se

解析:因為I=q/Δt,所以q=I·Δt

自由電子數(shù)目為:N=q/e= IΔt /e,則選項C正確。

又因為電流強度的微觀表達式為I=nev·s,所以自由電子數(shù)目為

N=q/e= IΔt /e =nevsΔt/e=nvs Δt

則選項A正確。

拓展:本題主要考查電流強度的定義式和微觀表達式的應用計算。求解此題的關鍵是對電流的本質(zhì)要有深刻的認識,依據(jù)電流強度的宏觀和微觀表達式,靈活運用解題。

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