高二物理竞赛恒定电流和恒定电场课件

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恒定电流与恒定电场一.恒定电流及基尔霍夫第一方程恒定电流：导体内各处的电流密度都不随时间而变化的电流，常称直流电；1.恒定电流的连续性对于恒定电流，具有一个重要的性质：反证：若有净电流流出，即有正电荷从封闭面出来，又由于电流恒定不变，即有正电荷源源不断的从封闭面中流出——违背了电荷守恒定律。表明：通过任意封闭曲面的净电流等于零，也就意味着封闭面以内的电荷分布是不随时间发生变化。亦即，通过已知截面的电流强度I

是单位时间内通过这个截面的电荷量。1.电流[强度]电流的强弱可用电流强度这一物理量来描述。设在导体上任取一截面S，如果在时间内，流过这个截面的电荷为

，则通过这截面的电流强度（简称“电流”）定义为：引入矢量面元：dS=dS·en引入矢量

J=qnv电流密度envvdt载流子：q，vdS讨论电流密度是描述电流分布细节的物理量，是矢量：方向为正电荷移动的方向；大小等于通过垂直于载流子运动方向的单位面积的电流强度。env◆若导体中存在几种不同的载流子

(ni,qi,vi)J

总电流密度◆金属中的载流子为自由电子，但各个自由电子的速度不同

(ni,e,vi)引入平均速度：<v><v><v>无外加电场，电子作无规则热运动，

<v>=0，不产生电流；外加电场，电子获得一个平均定向速度<v>，形成电流。漂移速度讨论例如，铜导线单位体积内电子数约为1028m-3

，电子漂移速度约为

，则电流密度大小约为104A/m2

。◆对于通过一个有限面积S

的电流◆对于通过一个封闭曲面S

的电流即：通过任一面积的电流即为通过该面积的电流密度通量。3.

电流的连续性方程表示净穿出封闭面的电流线的条数。由电荷守恒定律，在单位时间内，从任意封闭面内向外流出的电荷就等于该封闭曲面内总电荷的减少，即电流的连续性方程例6-1-1

在电工技术上，为安全起见，铜线内电流密度大小不得超过6A·mm-2，已知铜线中的自由电子数密度n=8.5×1028m-3，求铜线内电子定向运动的平均速率。解：由电流密度的计算式<v>则电子定向运动的平均速率为：<v>2.导线中的恒定电流◆在无分支的电路中，通过任一截面的电流强度都是相等的：如图(b)所示，点P叫做节点，它是三条(或更多条)支路的连接点。由恒定电流的连续性可知，流出节点的电流的代数和为零，即：–I1–I2–I3+I4+I5=0即节点电流方程（基尔霍夫第一方程）◆有分支的电路中二.恒定电场及基尔霍夫第二方程恒定电场静电场服从高斯定律和场强环路定理恒定电场是保守力场，可引入电势(a)说明：在恒定电流电路中，沿任何闭合回路一周的电势降落的代数和总等于零

——回路电压方程（基尔霍夫第二方程）恒定电场：不随时间改变的电荷分布产生的不随时间改变的电场。恒定电场一旦建立，就出现恒定电流。辨析恒定电场与静电场有哪些异同？共同点：电荷分布不随时间变化；高斯定律、场强环路定理均成立。所以都是保守力场，可以引进电势和电势差的概念。区别：激发静电场的电荷是相对静止的；而激发恒定电场的电荷是运动的（动态平衡）。静电场中导体内场强为零，导体是等势体，导体中无宏观电流；而恒定电场