大学物理学电子教案

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1、大学物理学电子教案武警学院教学课件电流、欧姆定律和电动势10-1电流电流密度10-2电阻率欧姆定律的微分形式10-3电源电动势10-4全电路欧姆定律复习静电场的能量能量密度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。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作用下作宏观的定向运动，形成电流。第十章恒定电流Uv10-1电流电流密度一、电流1、形成电流的条件在导体内有可以自由移动的电荷（载流子）在半导体中是电

2、子或空穴在金属中是电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电势差2、电流的方向SI正电荷移动的方向定义为电流的方向电流的方向与自由电子移动的方向是相反的。3、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I表示。单位：库仑/秒=安培国际单位制基本量毫安（mA）、微安（A）4、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e——电子的电量vd——假定每个电子的漂移速度在时间间隔dt内，长为dl=vddt、横截面积为S的圆柱体内的

3、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数为nSvddt，电量为dq=neSvddt通过此导体的电流强度为1、引入电流密度的必要性：描述电流分布的物理量——电流密度。2、定义：电流密度矢量的方向为空间某点处正电荷的运动方向,它的大小等于单位时间内该点附近垂直与电荷运动方向的单位截面上所通过的电量。二、电流密度电流密度与电荷运动速度的关系设q>0vdtP3、电流强度与电流密度的关系通过任意截面的电流4、电流线在导体中引入的一种形象化的曲线，用于表示电流的分布规定：曲线上每一点的切线方向与该点的电流

4、密度方向相同；而任一点的曲线数密度与该点的电流密度的大小成正比三、电流的连续性方程恒定电流条件根据电荷守恒定律，在单位时间内通过闭合曲面向外流出的电荷，等于此闭合曲面内单位时间所减少的电荷1、电流的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流出的电荷，即通过闭合曲面向外的总电流为电流的连续性：单位时间内通过闭合曲面向外流出的电荷等于此时间内闭合曲面里电荷的减少。电流连续性方程2、恒定电流条件电荷不随时间变化电流线连续地穿过闭合曲面包围的体积，稳恒电流的电流线不可能在任何地方中断，永远是连续的

5、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被积累起来，此时通过导体截面的电流是恒定的——恒定电流的条件。1.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。当导体两端有电势差时，导体中就有电流通过一段导体中的电流I与其两端的电势差U(=V1-V2)成正比——一段均匀电路的欧姆定律欧姆定律对金属或电解液成立对于半导体、气体等不成立，对于一段含源的电路也不成立G——电导（S西门子）R=1/G——电阻（Ω欧姆）1、欧姆定律URI+_10-2电阻率欧姆定律的微分形式一、电阻率欧姆（Ge

6、orgSimomOhm，1787-1854）德国物理学家，他从1825年开始研究导电学问题，他利用电流的磁效应来测定通过导线的电流，并采用验电器来测定电势差，在1827年发现了以他名字命名的欧姆定律。电流和电阻这两个术语也是由欧姆提出的。2、电阻定律对于粗细均匀的导体，当导体的材料与温度一定时，导体的电阻与它的长度l成正比，与它的横截面积S成反比r：电阻率g=1/r：电导率3、电阻与温度的关系a叫作电阻的温度系数，单位为K-1，与导体的材料有关。电阻率的数量级：纯金属：10-8W.m合金：10-6W.m半导

7、体：10-5~10-6W.m绝缘体：108~1017W.m4、应用：r小——用来作导线r大——用来作电阻丝a小——制造电工仪表和标准电阻a大——金属电阻温度计二、超导体2、超导现象的几个概念：有些金属在某些温度下，其电阻会突变为零。这个温度称为超导的转变温度，上述现象称为超导现象。在一定温度下能产生零电阻现象的物质称为超导体。1、超导现象的发现超导体最早是由荷兰物理学家昂尼斯于1911年发现的。他利用液态氦的低温条件，测定在低温下电阻随温度的变化关系，观察到汞在4.2K附近时，电阻突然减少到零，变成了超导体

8、。在低温物理作出的杰出贡献，获得1913年诺贝尔物理学奖。迄今为止，已发现28种金属元素（地球的常态下）以及合金和化合物具有超导电性。还有一些元素只高压下具有超导电性。提高超导临界温度是推广应用的重要关键之一。超导的特性及应用有着广阔的前景。三、欧姆定律的微分形式在导体中取一长为dl、横截面积为dS的小圆柱体，圆柱体的轴线与电流流向平行。设小圆柱体两端面上的电势为V和V+dV。根据欧姆定律，通过截面dS的电流为d