1.1 電路、電流

學(xué)習(xí)目標(biāo)

1.了解電路的組成及其作用。

2.了解電路的三種基本狀態(tài)。

3.理解電流產(chǎn)生的條件和電流的概念，掌握電流的計(jì)算公式。

4.熟練掌握電流的參考方向（正方向）和數(shù)值正負(fù)的意義。

內(nèi)容提要

電路是由電源、用電器、導(dǎo)線和開關(guān)等組成的閉合回路。其作用是實(shí)現(xiàn)電能的傳輸和轉(zhuǎn)換。電路有通路、開路和短路三種可能的狀態(tài)。電流是電荷的定向移動(dòng)，其值，單位為A。要使導(dǎo)體中有持續(xù)的電流，就必須使導(dǎo)體兩端保持一定的電壓。參考方向是假定正方向。若電流的實(shí)際方向（正電荷運(yùn)動(dòng)的方向）與參考方向相同，則取正，否則取負(fù)。在電路中，電流的方向用箭頭表示。

一、電路的組成

電路是由電源、用電器、導(dǎo)線和開關(guān)等組成的閉合回路。如圖1-1-1所示是一個(gè)最簡(jiǎn)單的實(shí)際電路。

電源的作用是把其他形式的能量轉(zhuǎn)變成為電能；常用的電源有電池、發(fā)電機(jī)等。圖1-1-2是幾種常見的直流電源外形。

用電器常被叫做電源的負(fù)載，其作用是把電能轉(zhuǎn)變成其他形式的能量。

連接電源與用電器的金屬線叫做導(dǎo)線，它把電源產(chǎn)生的電能輸送到用電器；導(dǎo)線常用銅、鋁等材料制成。

開關(guān)起到把用電器與電源接通或斷開的作用。

二、電路圖

在設(shè)計(jì)、安裝或修理各種設(shè)備和用電器等實(shí)際電路時(shí)，常要使用表示電路連接情況的圖。這種用規(guī)定的圖形和文字符號(hào)表示電路連接情況的圖，叫做電路圖，其圖形和文字符號(hào)要遵守國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。幾種常用的標(biāo)準(zhǔn)圖形符號(hào)，如圖1-1-3所示。

圖1-1-1所示電路轉(zhuǎn)換為電路圖，如圖1-1-4所示。

三、電路的狀態(tài)

電路有通路（又稱閉路）、開路（又稱斷路）和短路（又稱捷路）三種可能的狀態(tài)。

在圖1-1-4所示電路中，當(dāng)開關(guān)S閉合時(shí)，電路各部分連接成閉合回路，有電流通過(guò)，電源向燈泡供電。這是一種正常工作狀態(tài)，稱為通路。當(dāng)開關(guān)S斷開時(shí)，電路中沒有電流通過(guò)，電源和燈泡均不工作，稱為開路。

在圖1-1-5所示電路中，當(dāng)開關(guān)S2閉合時(shí)，電源兩端被導(dǎo)線直接相連，這時(shí)電源輸出的電流不經(jīng)過(guò)負(fù)載，只經(jīng)過(guò)連接導(dǎo)線直接流回電源，這種狀態(tài)叫做短路狀態(tài)，簡(jiǎn)稱短路。一般情況下，短路時(shí)的大電流會(huì)損壞電源和導(dǎo)線，應(yīng)該盡量避免。所以通常要在電路或電氣設(shè)備中安裝熔斷器等保險(xiǎn)裝置，以避免發(fā)生短路時(shí)出現(xiàn)不良后果。

四、電流

電荷定向移動(dòng)的現(xiàn)象稱為電流。

要形成電流，首先要有能自由移動(dòng)的電荷。在金屬導(dǎo)體中的自由電荷是自由電子，在電解液中的自由電荷是正、負(fù)離子。其次是要有使自由電荷作定向運(yùn)動(dòng)的電場(chǎng)。導(dǎo)體中有大量的自由電荷，它們不斷地做無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)，朝任何方向運(yùn)動(dòng)的概率都一樣，沒有形成定向運(yùn)動(dòng)，因而不能形成電流。要使導(dǎo)體中有持續(xù)的電流，就必須設(shè)法使導(dǎo)體兩端保持一定的電壓。

電流I定義為：在時(shí)間t內(nèi)，通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量為q，即

在國(guó)際單位制中，電流的單位是A（安），1A=1C/s。常用的電流單位還有kA（千安）、mA（毫安）、μA（微安）等，它們與安培的換算關(guān)系為

1kA=103A 1mA=10-3A 1μA=10-6A

習(xí)慣上規(guī)定正電荷定向移動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞯膶?shí)際方向。在金屬導(dǎo)體中電流的實(shí)際方向與自由電子定向移動(dòng)的方向相反。為分析電路的方便，通常需要在所研究的一段電路中事先選定（即假定）電流流動(dòng)的方向，叫做電流的參考方向，并且標(biāo)在電路圖上。

電流的實(shí)際方向可根據(jù)數(shù)值的正、負(fù)來(lái)判斷，當(dāng)I＞0時(shí)，表明電流的實(shí)際方向與所標(biāo)定的參考方向一致；當(dāng)I＜0時(shí)，則表明電流的實(shí)際方向與所標(biāo)定的參考方向相反，如圖1-1-6所示。

方向不隨時(shí)間變化的電流叫做直流電，方向和大小都不隨時(shí)間變化的電流叫做恒定電流；電流方向和大小均隨時(shí)間作周期性變化的電流叫做交流電。

例題解析

【例1-1-1】 導(dǎo)線中的電流為10μA，則1.6s內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面積的電子數(shù)為多少？

【要點(diǎn)解析】先根據(jù)電流的定義公式計(jì)算出通過(guò)導(dǎo)體截面積的電荷量，進(jìn)而算出電子數(shù)。電子的電量e=1.6×10-19C。

【解】因?yàn)?

所以 q=It=10×10-6×1.6C=1.6×10-5C

通過(guò)導(dǎo)體橫截面積的電子數(shù) n=q/e=1×1014

【例1-1-2】 10s內(nèi)有20C的正電荷由導(dǎo)體某一截面的右側(cè)移至左側(cè)，同時(shí)又有10C的負(fù)電荷由該截面的左側(cè)移至右側(cè)，求該導(dǎo)體中的電流大小和方向。

【要點(diǎn)解析】先根據(jù)定義分別求出正、負(fù)電荷移動(dòng)形成的電流，再將這兩個(gè)電流合成，即為導(dǎo)體中的電流。

【解】20C正電荷移動(dòng)形成的電流 方向向左

10C負(fù)電荷移動(dòng)形成的電流 方向向左

所以，導(dǎo)體中的電流 I=I1+I2=3A 方向向左

鞏固練習(xí)

一、判斷題（正確的填A(yù)，錯(cuò)誤的填B）

1.在電路中我們標(biāo)注的電流方向就是它的實(shí)際方向。（ ）

2.導(dǎo)體中的電流由電子流形成，故電子流的方向就是電流的實(shí)際方向。（ ）

3.直流電路中，有電壓的元件不一定有電流。（ ）

4.-5A的電流強(qiáng)于3A的電流。（ ）

二、單項(xiàng)選擇題

5.下列設(shè)備中，一定是電源的為（ ）。

A.冰箱 B.發(fā)電機(jī) C.白熾燈 D.蓄電池

6.電路中電流最大的狀態(tài)是（ ）。

A.捷路 B.通路 C.開路 D.閉路

7.下列敘述中正確的是（ ）。

A.通過(guò)導(dǎo)體某一截面的電量越多，電流越大

B.通電時(shí)間越短，電流越大

C.在單位時(shí)間內(nèi)，通過(guò)導(dǎo)體某一截面的電量越多，電流越大

D.通過(guò)單位橫截面積的電量越多，電流越大

8.某電解電池，如果在1s內(nèi)共有5×1018個(gè)二價(jià)正離子和1×1019個(gè)一價(jià)負(fù)離子通過(guò)某截面，則通過(guò)這個(gè)截面的電流強(qiáng)度是（ ）A。

A.2.4 B.0.8 C.3.2 D.0

三、填空題

9.電路由______、______、______和______組成。______把其他形式的能轉(zhuǎn)變成電能；______把電能轉(zhuǎn)變成其他形式的能。

10.電流的定義I=______；習(xí)慣上規(guī)定____________為電流的方向。

11.在分析和計(jì)算電路時(shí)，可以任意規(guī)定某一方向?yàn)殡娏鞯腳_____。其值為正說(shuō)明__________________；其值為負(fù)說(shuō)明__________________。

12.在示波器的示波管中，當(dāng)電子槍射出的電流達(dá)5.6μA時(shí)，電子槍每秒內(nèi)發(fā)射的電子數(shù)為____________，電流的方向與電子的運(yùn)動(dòng)方向____________。（已知電子帶負(fù)電，電荷量e=1.6×10-19C）

四、計(jì)算題

13.有一根導(dǎo)線，每小時(shí)通過(guò)其橫截面的電荷量為720C，則導(dǎo)線中的電流多大？合多少毫安？多少微安？