第八章 恒定电流
第1讲 电流 电阻 电功及电功率
一、欧姆定律
1．电流
(1)定义：自由电荷的定向移动形成电流．
(2)方向：规定为正电荷定向移动的方向．
(3)三个公式
①定义式：I＝qt；
②微观式：I＝neSv；其中n为导体中单位体积内自由电荷的个数，e为每个自由电荷的电荷量，S为导体的横截面积，v为自由电荷定向移动的速率．
③I＝UR．
2．欧姆定律
(1)内容：导体中的电流I跟导体两端的电压U成正比，跟导体的电阻R成反比．
(2)公式：I＝UR．
(3)适用条件：适用于金属和电解液导电，适用于纯电阻电路．
二、电阻定律
1．电阻
(1)定义式：R＝UI．
(2)物理意义：导体的电阻反映了导体对电流阻碍作用的大小，R越大，阻碍作用越大．
2．电阻定律 (1)内容：同种材料的导体，其电阻跟它的长度成正比，与它的横截面积成反比，导体的电阻还与构成它的材料有关．
(2)表达式：R＝ρlS．
3．电阻率
(1)计算式：ρ＝RSl．
(2)物理意义：反映导体的导电性能，是导体材料本身的属性．
(3)电阻率与温度的关系
金属：电阻率随温度升高而增大；
半导体：电阻率随温度升高而减小．
一些合金：几乎不受温度的影响．
三、电功率、焦耳定律
1．电功
(1)定义：导体中的自由电荷在电场力作用下定向移动，电场力做的功称为电功．
(2)公式：W＝qU＝IUt．
(3)电流做功的实质：电能转化成其他形式能的过程．
2．电功率
(1)定义：单位时间内电流做的功，表示电流做功的快慢．
(2)公式：P＝Wt＝IU．
3．焦耳定律
(1)电热：电流流过一段导体时产生的热量． (2)计算式：Q＝I2Rt．
4．热功率
(1)定义：单位时间内的发热量．
(2)表达式：P＝Qt＝I2R．
思考判断
(1)规定正电荷定向移动方向为电流方向，所以，电流是矢量．( )
(2)根据I＝qt，可知I与q成正比．( )
(3)电流I随时间t变化的图象与横轴所围面积表示通过导体横截面的电荷量．( )
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人教版高中物理选修3-1第二章恒定电流闭合电路的欧姆定律(一）
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【知识概要】
1．闭合电路的组成：__________________组成外电路，_____________________组成内电路。
闭合电路欧姆定律的内容：闭合电路的电流，跟________________成_______，跟__________________成__________。公式：____________________或__________________,适用条件：外电路为纯电阻电路。
2．路端电压外U：___________________，内电路上电压内U：_____________________,闭合
电路的欧姆定律也可以表示为：_____________________，适用于一切电路。
3．路端电压U与外电阻R之间的关系：
当外电阻R增大时，根据__________可知，电流I_____，(E和r为定值)，内电压 ，根据____________可知路端电压 。
当外电阻R减小时，电流I ，内电压 ，路端电压 。
当外电路断路时，路端电压U=___，等于电源电动势，当电源两端短路时，电流I=________，是短路电流。
4．路端电压与电流的关系式是：________________，图象(U—I图象) 是一条_________线．该线与U轴交点表示I=__________，是________情况，交点的纵坐标表示_________，与I轴交点表示U=_______，是______情况，交点的横坐标表示__________，该线的斜率表示__________。
图象：
【课堂例题】
第二章 恒定电流
2.1电源和电流
【教学目标】
1．知道电源在直流电路中的作用
2．知道恒定电流的定义、单位
3．从微观角度理解导体中电荷定向移动与电流之间的关系。
重点：电流的概念
难点：从微观角度理解导体中电荷定向移动与电流之间的关系。
【自主预习】
1.电源
观察教材P41的图2.1-1，A、B分别带正负电荷，如果在它们之间连接一条导线R，导线R自由电子会在静电力的作用下定向移动(电流)，电子移动方向为 （填A→B或B→A），若要保持持续的定向移动(电流)，A、B需有一个装置，使A、B周围的空间始终存在一定的电场，能使A、B间维持一定的电势差的装置称为 。
2.恒定电场
导线内的电场是由 、 等电路元件所积累的电荷共同形成的，电荷的分布是稳定的，电场的分布也不会 。
由 的电荷所产生的 的电场，称为恒定电场，
3.恒定电流
由于 的作用，导体中自由电荷定向运动的速率 ，而运动过程中会与导体内不动的粒子 从而减速，总体来说自由电荷定向运动的 不随时间变化。把 、 都不随时间 的电流称为恒定电流。
I表示电流，q表示在时间t内通过导体横截面的电荷量，它们间的关系式为:_______。电流的单位为 ，简称 ，符号是 ，常用的电流单位还有
和 。
【典型例题】
一、形成电流的条件
【例1】如图验电器A带负电，验电器B不带电，用导体棒连接A、B的瞬间，下列叙述中错误的是（ ）
A、有瞬时电流形成，方向由A到B
B、A、B两端的电势不相等
第 1 页 电源和电流
知识集结
知识元
电流
知识讲解
电流
1．形成电流的条件
（1）导体中有能够自由移动的电荷。
（2）导体两端存在电压。
2．电流的方向
与正电荷定向移动的方向相同，与负电荷定向移动的方向相反。金属导体中是自由电子定向移动形成电流，而电解液中是正、负离子定向移动形成电流。电流虽然有方向，但它是标量。
3．电流的大小
（1）定义式：，求出的是电流在时间t内的平均值，对恒定电流来说，其瞬时值与平均值相等。
（2）微观表达式：I=nqSv
如图所示，AD表示粗细均匀的一段导体l，两端加一定的电压，导体中的自由电荷沿导体定向移动的速率为v，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。
AD导体中的自由电荷总数：N=nlS
第 2 页 总电荷量Q=Nq=nlSq 所有这些电荷都通过横截面所需要的时间：
所以导体AD上的电流：
由此可见，从微观上看，电流取决于导体中自由电荷的密度、电荷量、定向移动速度，还与导体的横截面积有关。
特别提醒
（1）由I=nqSv可以看出，导体面积越大的位置电荷定向移动的速率越小。
（2）公式I=nqSv是由推导出来的，适合于从微观出发研究电流的大小。其中n为导体单位体积内的自由电荷数。
（3）单位：安培(安)，符号A,1A=1C/s
4．三种速率的比较
（1）电子定向移动的速率
物理意义：电流就是由电荷的定向移动形成，电流I=neSv，其中v就是电子定向移动的速率，一般为10－5m/s的数量级。
大小：10－5m/s
（2）电子热运动的速率
物理意义：构成导体的电子在不停地做无规则热运动，由于热运动向各个方向运动的机会相等，故不能形成电流，常温下电子热运动的速率数量级为105m/s。
大小：105m/s
（3）电流传导的速率
物理意义：等于光速，闭合开关的瞬间，电路中各处以真空中光速c建立恒定电场，在恒定电场的作用下，电路中各处的自由电子几乎同时开始定向移动，整个电路也几乎同时形成了电流。
