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第四章 稳恒电流2节

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4－2－1
§2 电源及其电动势
一、电源
将其他形式能量转变成电能的装置。



lsldEsdJ00从能量守恒及转换看：
从电流线闭合看：

，欲形成稳恒电流，电路中电源不可少且电路闭合。

[分析]
如图4-12(a),若初始BAUU，导线相连后形成瞬时电流而达静电平衡。电能耗掉，
仅靠静电力不能将此恢复原状，因而需要：①电路闭合，②含非静电力——如化学力等，
参见图4-12(b)。

(a) (b)
图4-12
下面分析内、外电路电流成因：

图4-13
1、电源内——既存在稳恒电场E，又存在与非静电力*F等效的非静电场：0*qFK，

E和K反向，K克服E

使正电荷电势升高，如图4-13。总场为

e
A
B

用电器


）（DC

）（AC

j

I

E



k

I
4－2－2

KEE
总
， )(KEJ

电源放电时：EK，正电荷由低电位到高电位，非静电力做功，
其它能转化为电能。
2、电源外——仅有稳恒电场E，E推动导线中正电荷由高低电势，途经其它用电
器（或电阻）而将电能其它能。稳恒电场起着能量中转的作用。
电源外EJ。
[两点说明]
(1) 存在非静电力K的空间，其静电平衡条件应从电荷受合力为零考虑，修改为：
0KE


(2) 在没有非静电力的地方（例如电源外），稳恒电流条件给出均匀导体内没有净电
荷，电荷只分布于导体非均匀或界面处：
0ssssdEsdEsdJ




稳恒电场正是由这些电荷所激发。
二、电动势
将单位正电荷由电源负极经电源内移到正极时非静电力之功：



ldK



（电源内）

因为电源外0K，又E无旋，所以上式也可写为：

llldEldK




总


反映电源中非静电力做功的本领，与外电路无关，是标量。


的单位为：伏特。


三、一段含源电路欧姆定律
即求电源路端电压。如图4-14闭合电路中一段含源电路：

BABAABldEUUU


因为)(KEJ，将JKE代入上式，取积分路径：B经源内A，则
4－2－3







ldJldJldK

ldJldKU
AB







图4-14
现分述上式中的第二项：
1、电源处于放电状态时

如图4-15，方向为：方向为：ldJ ，故JdlJdlldJcos，经电源内有

IrsdlIsdlIJdlldJ





其中sdlr为电源内阻,故
IrUAB

即路端电压小于电动势。

图4-15 图4-16
2、电源处于充电状态时

如图4-16，同上分析，因JdlJdlldJ0cos，而有

r,

B

AB
U
A

Ajr,积分路径B
I

B
I

A

r,

ld

4－2－4

IrUAB

即路端电压大于电动势。
[讨论]
(1) 一段含源电路欧姆定律表达式是lldEU的翻版，是场量公式在路论
中的化身与表现。以上充、放电情况均符合顺沿积分路径BA写电压降规律，
如图4-17。

图4-17
结果为：
电源放电 IrUAB
电源充电 IrUAB
(2) 当内阻0r时，有ABU恒定，即成为理想电压源。此时,不论I如
何，电源输出恒定电压（无限大功率源）。
① 无关。与当开路时，有rUIAB,,0此时，有路端电压而无电流，为
电磁学实验中补偿法测提供了理论启示。
② rIIrUAB,0。放电时：当短路时，有，因为大小而Ir，故严禁
如此。
(3) 能量转换
IrUAB

rIIIUAB2



内耗外耗源供内耗源储输入即，放电：即，充电：PPPrIIUIPPPrIIIUABAB,
,

2
2


ABr,IAB
r,

I

IrUABIrUAB

（放电） （充电）
4－2－5

四、全电路欧姆定律
如图4-18简单含源闭合电路，处于放电状态。由IrU前已知：，而此
U即外路电压：IRU，所以IRIr

，即)(RrI，故

rRI

图4-18
[讨论]

① 全电路欧姆定律实质为JKE 之对应的积公式；
② 推广至单闭路多电源、多电阻，有



iiiiRI

分母电阻相加恒正，分子是代数和，决定I方向的是净电动势。
③ 含源电路会表现出有电流而无电压、或有电压而无电流现象，如图4-19。

(a) (b)
图4-19

r,

ABIRAB

R
I


r

放电 等效电路

A
B

r,

r,

r,

AB
4－2－6

在图4-19(a)中：五个相同电源顺串成闭路，则
055rrrI


但是
0rrIrU
AB




在图4-19(b)中：两相同电源反串成闭路，则
0rrrI


但是
0ABU
④ 输出功率匹配条件

如图4-20，电路功率为 2222)(rRRRIPrRIP负载源供，
令0)(32RrRrdRdP负载，得rR，代入上式得电源输出功率、负载获得
最大功率分别为

rP22max源， rP4
2
max载

可见，效率rRRPP源载，匹配时：%50max。

图4-20
I
R

r,

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稳恒电流知识介绍

稳恒电流知识介绍


非静电力场强 二.电动势
EK
FK q
把单位正电荷经电源内部由负极移向正极
过程中 非静电力所作的功
EK dl EK dl
L
第三章 稳恒电流 steady current(自学)
从场的角度认识 内容要点 §1 电流和电流密度 一.电流强度 大小：单位时间内通过导体某一横截面的电量
I dq dt
方向：正电荷运动的方向 单位：安培
二.电流密度 current density
1.电流密度 J dI dS
dI
ds
ds
导体中某点的电流密度，数值上等于和该点正电荷定 性移动方向垂直的单位面积上的电流强度。
稳恒电场对运动电荷作功 稳恒电场的存在 总伴随着能量的转移
§3 欧姆定律的微分形式
导体中任一点电流密度的方向(正电荷运动的
方向)和该点场强方向相同
有关系式
J E
§4 电动势 electromotive force (emf)
一.电源及电源的作用 source of emf
非静电力 non-electrostatic force
对于稳恒电路 导体内存在电场 稳恒电场 由不随时间改变的电荷分布产生
2.和静电场比较
相同之处
电场不随时间改变
满足高斯定理 满足环路定理 是保守场
可引入电势概念
LE dl 0
回路电压定律(基尔霍夫第二定律)
在稳恒电路中 沿任何闭合回路一周的电势 降落的代数和等于零
不同之处
产生稳恒电流的电荷是运动的电荷 电荷 分布不随时间改变
方向：该点正电荷定向移动的方向。
2.电流密度和电流强度的关系
I SJ ds
dI Jds J ds
稳恒电流和稳恒电场共32页

稳恒电流和稳恒电场共32页

稳恒电流和稳恒电场
21、没有人陪你走一辈子，所以你要 适应孤 独，没 有人会 帮你一 辈子， 所以你 要奋斗 一生。 22、当眼泪流尽的时候，留下的应该 是坚强 。 23、要改变命运，首先改变自己。
24、勇气很有理由被当作人类德性之 首，因 为这种 德性保 证了所 有其余 的德性 。--温 斯顿． 丘吉尔 。 25、梯子的梯阶从来不是用来搁脚的 ，它只 是让人 们的脚 放上一 段时间 ，以便 让别一 只脚能 够再往 上登。
40、学而不思则罔，思而不学则殆。——孔子
谢谢！
36、自己的鞋子，自己知道紧在哪里。——西班牙
37、我们唯一不会改正的缺点是软弱。——拉罗什福科
xiexie! 38、我这个人走得很慢，但是我从不后退。——亚伯拉全力做你应该做的事吧。——美华纳
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

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

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：tq I =，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。

sl R ρ= 〔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Ω m 。

〔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T C 。

我国科学家在1989年把T C 提高到130K 。

现在科学家们正努力做到室温超导。

3. 欧姆定律RU I =〔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〔 〕解：灯丝在温度达到一定值时会发光发热，而且温度能达到很高，因此必须考虑到灯丝的电阻随温度的变化而变化。

稳恒电流PPT教学课件

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主要内容
1. 电流的稳恒条件 2. 欧姆定律的微分形式及物理意义 3. 电动势
§3.1 电流的稳恒条件和导电规律
1.电流强度 电流密度矢量 2.电流的连续方程 稳恒条件 3.欧姆定律 电阻 电阻率 4.电功率 焦耳定律 5.金属导电的经典微观解释
3.1.1 电流强度 电流密度矢量
1. 产生电流的条件有两个： （1）存在可以自由移动的电荷（自由电荷）； （2）存在电场 2. 电流的方向：
u0
的
2
2m
2m
• 和气体分子运动论中一样，电子的平均飞行时间 （即平均 碰撞速率 的倒数）与其平均自由程 和平均热运动速 率 ,有如下关系： 1
•
所以： 因为e,m,
u
u
e
E
2m
(1)
, E 都与电场强度无关，故上式说明了自由电
子的漂移速度 与 成正比。
如图所示，以ΔS为底， uΔt为高作一柱体，则此柱 体内的全部自由电子将在Δt时间间隔内通过ΔS 。因柱体 的体积为uΔtΔS ，故柱体内共有nuΔtΔS个自由电子。 每个电子带电量的绝对值为e，所以在Δt内通过ΔS的电量 为Δq= neuΔtΔS
3.1.5 金属导电的经典微观解释
如果在金属导体中加了电场以后，每个自由电子的轨迹将
逆着电场发生“飘移”。这时可以认为自由电子的总速度是由
它的热运动速度和因电场产生的附加定向速度两部分组成，前 者的矢量平均仍为0，后者的平均叫做漂移速度，下面用 u
来表示它。正是这种宏观上的飘移运动形成了宏观电流。
刺参的人工育苗技术
概述
• 一、国内发展情况及趋势 • 二、价值 • 营养价值 • 药用价值
第一节 刺参生物学及生态学知识