第四章稳恒电流电磁学教案

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1、第四章稳恒电流一、目的要求(1)掌握电流、稳恒电流、电流强度、电流密度等概念。(2)深刻理解电流连续性方程、电流稳恒条件、电阻定律、欧姆定律、电功定律和电热定律。(3)求解电流强度、电流密度、电阻、电功和电热。二、教学内容笫一节电流的基本概念(2学时)第二节均匀电路的欧姆定律电热定律(2学吋)第三节电动势非均匀电路的欧姆定律第四节基尔霍夫定律三、教材分析木章主要从电场和电路两个角度介绍了稳恒电流的基木概念，基木定律和基本原理。四、重点难点本章的重点和难点都是静电平衡的特性及其应用。第一节电流的稳恒条

2、件一、教学内容(1)电流及其产生的条件(2)电流强度(3)电流密度(4)电流连续性方程二、教学方式讲授三、讲课提纲lo电流强度和电流密度(1)电流导休中电荷作定向运动形成电流，方向和大小都不随时间变化的电流叫做稳恒电流。形成传导电流的条件是：①物体中有可移动的电荷，即载流子；②物体两端有电势差或物体内有电场。例如在金属导体内就有可以自由移动的屯荷——自由电子，所以在金属导体的两端加上电压时就可在其内形成电流,因而金属是导电的，称为导体。(1)电流强度电流的强弱用电流强度来表示，其定义为：单位时间通过

3、导体任一截面的电量。假定在dt吋间内，通过导体截面的电量为dq,用I表示电流强度，则有dt其单位是安培(用A表示)，1安培=1库仑/秒。电流强度是标量，通常所说的电流方向是指电荷在导体内移动的方向，并非电流是矢量。当1=Aq/At=常数时，即电流强度的大小和方向都不随时间发生变化时，这种电流称为稳恒电流,也叫直流电流；当I随吋间发生周期性变化吋，称为交变电流；当I随时间作正弦规律的变化时，称为正弦交流屯。(2)电流密度应该注意：电流虽然是电荷的定向移动形成的，但电流的传递速度与电荷定向移动的速度是完

4、全不同的。一般来说，导体内各点的电流分布是不相同的，为了描述电流分布的详细情况，我们引入一个新的物理量——电流密度。在电流通过的导体中的某处取一小面元dS，使dS丄的法线单位矢量n°的方向和该处的电流方向一致，设垂直通过d,的电流强度为d/,则电流密度定义为：di该式表明，电流密度的大小等于垂直通过单位面积的电流強度，方向与该处小面元dS丄的法线方向即电流方向一致，单位是安培/米2(A/m2)o由上式还可求出通过任一有限面积S的电流强度。在S上任取一面积元dS,其法向方向与该处的j夹一角度为()角，

5、则通过dS的电流强度I=jdScos0=j•dS2.电流连续性方程在导体内任取一个闭合曲而S,因为闭合曲而S的法线正方向总是规定向外的，所以通过该闭合曲面的j通量，就是面内向外流出的电流强度，亦即单位时间向外流出的电量。根据电荷守恒定律，从曲面内流出的电量应等于面内电量的减少量。设闭合曲面内的电量为q,则有_d±dt试式称为电流连续性方程。对于稳恒电流，由于I的大小和方向都不随时间发生变化，这样形成电流的电场就必须是一个稳定场，产生电场的电荷就必须是一•个稳定的分布，这样对J•任一闭合曲而S,必冇S

6、・dS=O此即为稳恒电流的连续性方程，也叫电流的稳恒条件。如果取导体的两个截面S］和S2以及导体的侧面构成一个闭合曲面，则由(8・5)式知，单位时间内通过S

7、面的电量一定等于单位时间内通过S?的电量，即这是稳恒电流连续性方程的另一种表达形式。四、板书设计(见多媒体光盘)五、练习作业思考题:1-4作业：1-9第二节均匀电路的欧姆定律电热定律一、教学内容(1)均匀电路的欧姆定律(2)电阻定律(3)欧姆定律的微分形式(4)电功及电热定律二、教学方式讲授三、讲课提纲1.均匀电路的欧姆定律所谓均匀电路，就是一

8、段不含电源的稳恒电路，比如给导体两端加上恒定的电势弟，导体中相应地就存在着稳恒电流，电势弟uab=ua-ubR该式称为均匀电路的欧姆定律。式屮R是常数，称为导体的电阻，在国际制单位中的单位为欧姆（用Q表示）。1.电阻定律一般金属导休电阻的大小与导休的材料和儿何形状有关。实验指出，对由一定材料制成的横截面均匀的导体的电阻该式称为电阻定律。当导体的横截而积不均匀或电阻率不均匀时，导体的电阻R=dR=dS2.半导体和超导体一般把屯阻率小于10"Q・m的材料叫导体，屯阻率大于IO'Q・m的材料叫绝缘体，电

9、阻率在10"〜山Q-mZ间的材料叫半导体，错和硅是最常见的半导体。当温度降到某一特定热力学温度Tc时，某些金属、合金以及金属化合物的电阻率会几乎减小到零，这种现象叫超导现象。能产生超导电现彖的材料叫超导体，超导体处于电阻率为零的状态叫超导态。几叫做转变温度。到口前为止，通过对各种金属的实验测定，人们已发现在正常压力下，有28种元索具冇超导电性，其中锯（Nb）的转变温度最高，Tc=9.26K,鹄（W）的转变温度最低，Tc=0.012Ko另外冇10多种金屈，在加压和制成高