2021-2022学年高二物理竞赛课件：电流与电场.pptx

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1、电流与电场电流与电场静电场中的导体处于静电平衡时，其内部的场强为零，内部静电场中的导体处于静电平衡时，其内部的场强为零，内部没有电荷作定向的宏观运动。没有电荷作定向的宏观运动。如果把导体接在电源的两极上，如果把导体接在电源的两极上，则导体内任意两点之间将维持恒则导体内任意两点之间将维持恒定的电势差，在导体内维持一个定的电势差，在导体内维持一个电场，导体内的电荷在电场力的电场，导体内的电荷在电场力的作用下作宏观的定向运动，形成作用下作宏观的定向运动，形成电流电流。Uv电流与电场电流与电场1、形成电流的条件形成电流的条件在导体内有可以自由移动的电荷（载流子）在导体内有可以自由移动的电荷（载流子）在

2、半导体中是电子或空穴在半导体中是电子或空穴在金属中是电子在金属中是电子在电解质溶液中是离子在电解质溶液中是离子在导体内要维持一个电场，或者说在导体两端要存在有在导体内要维持一个电场，或者说在导体两端要存在有电势差电势差2、电流的方向、电流的方向SI正电荷移动的方向定义为正电荷移动的方向定义为电流的方向电流的方向电流的方向与自由电子移电流的方向与自由电子移动的方向是相反的。动的方向是相反的。电流的形成3、电流强度电流强度单位时间内通过任一截面的电量，叫做电流强度单位时间内通过任一截面的电量，叫做电流强度是表示电流强弱的物理量，是标量，用是表示电流强弱的物理量，是标量，用 I 表示。表示。单位：库

3、仑单位：库仑/秒秒=安培安培国际单位制基本量国际单位制基本量毫安（毫安（mA）、微安（）、微安（A）4、电流强度与电子漂移速度的关系、电流强度与电子漂移速度的关系n导体中自由电子的数密度导体中自由电子的数密度e电子的电量电子的电量vd假定每个电子的漂移速度假定每个电子的漂移速度在时间间隔在时间间隔dt内，长为内，长为dl=vddt、横截面积为、横截面积为S 的圆柱体内的的圆柱体内的自由电子都要通过横截面积自由电子都要通过横截面积S，所以此圆柱体内的自由电子，所以此圆柱体内的自由电子数为数为nSvddt，电量为，电量为dq=neSvddt通过此导体的电流强度为通过此导体的电流强度为引入电流密度的

4、引入电流密度的必要必要性：性：描述电流分布的物理描述电流分布的物理量量电流密度。电流密度。定义：定义：电流密度矢量电流密度矢量的方向为空间某点处正电的方向为空间某点处正电荷的运动方向荷的运动方向,它的大小等于单位时间它的大小等于单位时间内该点附近垂直于电荷运动方向的单位内该点附近垂直于电荷运动方向的单位截面上所通过的电量。截面上所通过的电量。电流密度与电荷运动速度的关系电流密度与电荷运动速度的关系设设q0vdtP电流强度与电流密度的关系电流强度与电流密度的关系通过任意截面的电流通过任意截面的电流电流线电流线在导体中引入的一种形象化的曲在导体中引入的一种形象化的曲线，用于表示电流的分布线，用于表

5、示电流的分布规定：规定：曲线上每一点的切线方向曲线上每一点的切线方向与该点的电流密度方向相同；而任与该点的电流密度方向相同；而任一点的曲线数密度与该点的电流密一点的曲线数密度与该点的电流密度的大小成正比度的大小成正比根据电荷守恒定律，在单位时间内通过根据电荷守恒定律，在单位时间内通过闭合曲面向外流出的电荷，等于此闭合闭合曲面向外流出的电荷，等于此闭合曲面内单位时间所减少的电荷曲面内单位时间所减少的电荷电流的电流的连续性方程连续性方程对于任意一个闭合曲面，在单位时间内从闭合曲面向外对于任意一个闭合曲面，在单位时间内从闭合曲面向外流出的电荷，即通过闭合曲面向外的总电流为流出的电荷，即通过闭合曲面向

6、外的总电流为电流的连续性：电流的连续性：单位时间内通过闭合单位时间内通过闭合曲面向外流出的电荷曲面向外流出的电荷等于此时间内闭合曲等于此时间内闭合曲面里电荷的减少。面里电荷的减少。电流连续电流连续性方程性方程恒定电流条件恒定电流条件电荷不随时间变化电荷不随时间变化电流线连续地穿过闭合曲面电流线连续地穿过闭合曲面包围的体积，稳恒电流的电包围的体积，稳恒电流的电流线不可能在任何地方中断，流线不可能在任何地方中断，永远是连续的曲线。永远是连续的曲线。当导体中任意闭合曲面满足上式时，闭合曲面内没有电荷当导体中任意闭合曲面满足上式时，闭合曲面内没有电荷被积累起来，此时通过导体截面的电流是恒定的被积累起来

7、，此时通过导体截面的电流是恒定的恒定恒定电流的条件电流的条件。1.稳恒电流的电路必须是闭合的。稳恒电流的电路必须是闭合的。2.导体表面电流密度矢量无法向分量。导体表面电流密度矢量无法向分量。稳恒条件的理解稳恒条件的理解S1S2n1n2+-取闭合曲面取闭合曲面 S=S1+S侧侧+S2S1 n1I1I2在无分支的电路中，在无分支的电路中，通过任一截面的电通过任一截面的电流强度都是相等的流强度都是相等的 I1=I2导体表面电流密度矢量无法向分量导体表面电流密度矢量无法向分量对一段无分支的稳恒电路对一段无分支的稳恒电路 其各横截面的其各横截面的电流强度相等电流强度相等I1=I2=I3在电路的任一节点处

8、在电路的任一节点处 流入的电流强度之流入的电流强度之和等于流出节点的电流强度之和和等于流出节点的电流强度之和 -节点电流定律节点电流定律(基尔霍夫第一定律基尔霍夫第一定律)对稳恒电流有：对稳恒电流有：在稳恒电流情况下，在稳恒电流情况下，导体内电荷的分布不随时间改导体内电荷的分布不随时间改变。不随时间改变的电荷分布产生不随时间改变的变。不随时间改变的电荷分布产生不随时间改变的电场，电场，这种电场称这种电场称稳恒电场稳恒电场。对于稳恒电路：导体内存在电场对于稳恒电路：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稳恒电场：由不随时间改变的电荷分布产生相同之处相同之处 电场不随时间改变电场不随时间改变 满足高斯定理满足高斯定理 满足环路定理满足环路定理 是保守场是保守场 可引入电势概念可引入电势概念回路电压定律回路电压定律(基尔霍夫第二定律基尔霍夫第二定律)在稳恒电路中在稳恒电路中 沿任何闭合回路一周的电势沿任何闭合回路一周的电势降落的代数和等于零降落的代数和等于零不同之处不同之处产生稳恒电流的电荷是运动的电荷产生稳恒电流的电荷是运动的电荷 电荷电荷分布不随时间改变分布不随时间改变稳恒电场对运动电荷作功稳恒电场对运动电荷作功 稳恒电场的存在稳恒电场的存在总伴随着能量的转移总伴随着能量的转移