《电磁学》思考题和计算题 第三章
90 第三章 稳 恒 电 流
§3.1 电流的稳恒条件和导电规律
思考题：
1、 电流是电荷的流动，在电流密度j≠0的地方，电荷的体密度ρ是否可能等于0？
答：可能。在导体中，电流密度j≠0的地方虽然有电荷流动，但只要能保证该处单位体积内的正、负电荷数值相等（即无净余电荷），就保证了电荷的体密度ρ＝０。在稳恒电流情况下，可以做到这一点，条件是导体要均匀，即电导率为一恒量。
2、 关系式U=IR是否适用于非线性电阻？
答：对于非线性电阻，当加在它两端的电位差Ｕ改变时，它的电阻Ｒ要随着Ｕ的改变而变化，不是一个常量，其Ｕ－Ｉ曲线不是直线，欧姆定律不适用。但是仍可以定义导体的电阻为Ｒ＝Ｕ／Ｉ。由此，对非线性电阻来说，仍可得到Ｕ＝ＩＲ的关系，这里Ｒ不是常量，所以它不是欧姆定律表达式的形式的变换。对于非线性电阻，Ｕ、Ｉ、Ｒ三个量是瞬时对应关系。
3、 焦耳定律可写成P=I2R和P=U2/R两种形式，从前者看热功率P正比于R，从后式看热功率反比于R，究竟哪种说法对？
答：两种说法都对，只是各自的条件不同。前式是在Ｉ一定的条件下成立，如串联电路中各电阻上的热功率与阻值Ｒ成正比；后式是在电压Ｕ一定的条件下成立，如并联电路中各电阻上的热功率与Ｒ成反比。因此两式并不矛盾。
4、 两个电炉，其标称功率分别为W1、W2，已知W1>W2，哪个电炉的电阻大？
答：设电炉的额定电压相同，在Ｕ一定时，Ｗ与Ｒ成反比。已知W1>W2，所以Ｒ1
5、 电流从铜球顶上一点流进去，从相对的一点流出来，铜球各部分产生的焦耳热的情况是否相同？
答：沿电流方向，铜球的截面积不同，因此铜球内电流分布是不均匀的。各点的热功率密度p=j2/σ不相等。
6、 在电学实验室中为了避免通过某仪器的电流过大，常在电路中串接一个限流的保护电阻。附图中保护电阻的接法是否正确？是否应把仪器和保护电阻的位置对调？
用稳恒电流模拟静电场实验报告
用稳恒电流模拟静电场实验报告
引言：
静电场是物理学中的一个重要概念，它在我们的日常生活中无处不在。为了更好地理解静电场的特性和行为，我们进行了一项实验，使用稳恒电流来模拟静电场。本报告将详细介绍实验的目的、方法、结果和讨论。
实验目的：
本实验的目的是通过使用稳恒电流模拟静电场，观察电流在导体表面的分布情况，并验证静电场的基本特性。
实验方法：
1. 准备材料：一块导电板、一台稳恒电流源、导线等。
2. 将导电板放置在一个平整的表面上，并确保其与地面保持良好的接触。
3. 将稳恒电流源与导电板连接，确保电流源的输出电流稳定。
4. 打开电流源，调节输出电流至所需数值。
5. 使用导线将导电板上的不同位置连接起来，以形成一个闭合回路。
6. 使用电流表测量导线上不同位置的电流强度。
实验结果：
在实验过程中，我们观察到导线上的电流分布情况。在导线的中心位置，电流强度最大，逐渐向两侧减小。这与静电场中电场强度的分布类似，即电场强度在电荷周围最大，随着距离的增加逐渐减小。这个实验结果验证了稳恒电流可以模拟静电场的特性。
讨论： 通过本次实验，我们可以得出一些结论和讨论。首先，稳恒电流模拟静电场是可行的，我们可以通过观察电流分布来了解静电场的特性。其次，实验结果与理论预期相符，这进一步验证了静电场的基本特性。此外，我们还可以通过改变导线的形状、大小和材料等因素来研究静电场的不同特性。这些研究对于深入理解静电场的行为和应用具有重要意义。
实验的局限性：
然而，本实验也存在一些局限性。首先，我们使用的是稳恒电流源模拟静电场，而真实的静电场往往是由静电荷产生的。因此，实验结果与真实静电场的行为可能存在一定的差异。其次，我们的实验只涉及了导线上的电流分布情况，对于其他形状的导体或非导体的静电场行为尚未涉及。未来的研究可以进一步扩展实验的范围，以更全面地理解静电场的特性。
结论：
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1 / 8 高二物理 第十四章稳恒电流第一节、第二节、第三节 知识精讲 人教版
【本讲教育信息】
一. 教学内容：
第十四章稳恒电流
第一节欧姆定律
第二节电阻定律电阻率
第三节半导体与其应用
二. 知识要点：
1. 电流
电流的定义式：tqI，适用于任何电荷的定向移动形成的电流。
对于金属导体有I=nqvS〔n为单位体积内的自由电子个数，S为导线的横截面积，v为自由电子的定向移动速率，约为10－5m/s，远小于电子热运动的平均速率105m/s，更小于电场的传播速率3×108m/s〕，这个公式只适用于金属导体，千万不要到处套用。
2. 电阻定律
导体的电阻R跟它的长度l成正比，跟它的横截面积S成反比。slR
〔1〕ρ是反映材料导电性能的物理量，叫材料的电阻率〔反映该材料的性质，不是每根具体的导线的性质〕。单位是Ωm。
〔2〕纯金属的电阻率小，合金的电阻率大。
〔3〕材料的电阻率与温度有关系：
① 金属的电阻率随温度的升高而增大〔可以理解为温度升高时金属原子热运动加剧，对自由电子的定向移动的阻碍增大。铂较明显，可用于做温度计；锰铜、镍铜几乎不随温度而变，可用于做标准电阻〕。
② 半导体的电阻率随温度的升高而减小〔半导体靠自由电子和空穴导电，温度升高时半导体中的自由电子和空穴的数量增大，导电能力提高〕。
③ 有些物质当温度接近0 K时，电阻率突然减小到零——这种现象叫超导现象。能够发生超导现象的物体叫超导体。材料由正常状态转变为超导状态的温度叫超导材料的转变温度TC。我国科学家在1989年把TC提高到130K。现在科学家们正努力做到室温超导。
3. 欧姆定律
RUI〔适用于金属导体和电解液，不适用于气体导电〕。
电阻的伏安特性曲线：注意I—U曲线和U—I曲线的区别。还要注意：当考虑到电阻率随温度的变化时，电阻的伏安特性曲线不再是过原点的直线。
[例1] 实验室用的小灯泡灯丝的I—U特性曲线可用以下哪个图象来表示〔 〕 word 2 / 8
实验2.10 用稳恒电流场模拟静电场
[实验目的]
1、掌握模拟法描绘静电场的原理和方法。
2、加强对电场强度和电势概念的理解。
[实验仪器]
双层式结构静电场描绘仪、静电场描绘电源、模拟电极。
[实验原理]
一、模拟的原因
在科学研究和生产实际中，需要研究电子器件和设备中电极周围或介质中的电场分布。由于这些电极形状或者介质分布又是比较复杂的，用理论的方法进行计算很困难，只能靠数值解法求出或用实验方法测出其电场分布。由于与测量仪器相接的探测头本身总是导体或电介质，若将其放入静电场中，探测头上会产生感应电荷或束缚电荷，这些电荷又产生电场，与被测静电场迭加起来，使被测电场产生显著的畸变。如果直接测量，也会因探极引入改变原电场的分布，即使探测出来也不是原电场分布。另外因为静电场中没有运动电荷，也就没有电流，不能使磁电式电表发生偏转，故不能直接用电压表法去测量静电场的电势分布。因此，实际测量中采用间接的测量方法（即模拟法）来测出静电场的分布。
二、模拟原理
静止电荷在其周围空间激发的电场称为静电场，对静电场分布的描述可以用电场强度矢量E和电势U来描述，也可以形象地用电场线和等势线（等势面）来描述。由于电场线与等势线（等势面）存在永远正交的关系，只要能够设法描绘出电场中的等势线（等势面）分布，就可以方便的描绘出电场的电场线分布图。再则标量在计算和测量方面比矢量要简单得多，所以一般都采用从对电势描绘到对电场强度矢量的描绘。
所谓模拟法就是用一种易于实现、便于测量的物理状态或过程去代替另一种不易实现、不便测量的状态或过程。
为了克服直接测量静电场的困难，将带电体放到电介质里，维持带电体之间的电势差（电压）不变，介质里便会有恒定不变的电流，这样就可以直接用电压表测量介质中各点的电势值（相对于另一电极的电压），再根据电势变化的最大方向计算出电场强度。理论和实践证明，导电介质中恒定电流建立的电场（稳恒电流场）与静电场的规律完全相似，故用电流场去模拟静电场。
