07之恒稳电流.docx

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1、物理另说07恒稳电流这一部分内容，属于中学二年级在静电之后将要干脆面对的东西，难度上，没有力学高，也就串并联、欧姆定律及其应用、初级电路分析等内容,假如力学在高一落在别人后面的同学，别担忧，在这里起，就和其他同学都在同一起点了啊。只要抓紧，不仅电学能学好，还有机会接着巩固自己前面的学问。大叔要讲的，确定不是书上的内容。本次另说，分两部分，一部分是对电的本质相识，属于基础学问的理解；另外一部分，是对电路分析的逐步深化，属于较有难度的应用（部分涉及到竞赛内容，大家依据须要看看啊）。I静电学原理与导体中电流之间的关系一、还是先说说根源的东西一一电流是如何形成的。大叔多年前学习电流的时候,总觉得:好像

2、静电学和恒稳电流（现在好像叫做恒定电流）之间，总有那么一层隔膜。两个部分的学问，好像是分割开来了那样别扭。那么要想使这两部分的学问连贯起来，就须要清晰地驾驭静电的微观力学与电流的宏观现象的联系内涵。也就是一一导体中，电流的形成。教材上告知我们，导体中电流的形成，是自由电子在导体中，受到电场作用在其中的定向运动。电流：单位时间内流过导体横截面积的电荷量l=Qt=nqvsn单位体积内的自由电荷数；q自由电荷的电荷量；V电荷定向移动的速率（特别小10-5m/s）；S导线横截面积；Q电荷量，t时间。当然，电流是标量。这种“电子运动”说，有不严谨的地方，因为它无法说明电流的“光速”特征。不过，就目前来说

3、，从中学物理的层次上，姑且这么说，也算是便于大家简洁了解电流的特点。考试的时候，也得这样说才算对。先来从规范角度，来说明一下“电子运动说”这个模型，帮助大家理解清晰一下这个最根本的基础概念。第一，之所以要用带负电荷的电子运动，而不是带正电荷的原子核等的运动，来表明电流的缘由，在于一一电子与原子核相比，质量极其极其极其小，在宏观的物体导体中，可以认为不占质量，所以其运动，就不会引起宏观上这个导体的可视运动了。一一否则，假如是带正电的原子核等代表着物质几乎全部质量的粒子在导体中定向运动的话，那样就看起来是导体整个在乱跑了啊。一一正是由于电子相对于物质原子其他部分的份量可以忽视，所以在这个模型中，认

4、为是负电荷电子而不是正电荷在导体中运动，形成了电流。其次，负电荷的移动，在电现象上，就等价于正电荷的反向移动，而习惯上，我们把正电荷的移动方向，称为电流方向（为什么这个习惯呢，因为大家喜爱“正能量”啊。），这与电子的移动方向是相反的。第三，“导体”一一定义就是其中的电子可以自由移动的物质。那么电子在导体中的运动，就仅仅取决于导体内部的电场力，在电场力对电子的作用下，电子在导体中运动，形成反方向的电流。一一这，就是电流的形成。那么，电流的方向，取决于电场力的方向，也就是代表同一电荷的电势能凹凸的电势的落差，这就象水流一样，从重力势能高的地方流向重力势能低的地方，电流也是如此，电荷运动方向，就是降

5、低自己的电势能，这就是电流的方向。所以，电流的根本原则，就是从电势高的地方流向电势低的地方。电流的产生，要从“同性排斥异性吸引”的自然界根本规律说起，电荷的运动，依据周围环境的电势而定：远离同性方向，流向异性方向；实质上这个方向，就是电场力的方向。任何一个电荷，其运动的目的，就是最大限度地削减自己具有的电势能，使自己更趋稳定。因此，电流的方向，确定是沿着电势落差最大的方始终。一一于是，在静电学中，正电荷在同时面临正的电势位置和接地的O电势位置的时候，必定会选择向O电势的接地方向运动；而在同时面临正的电势位置、接地的O电势位置和负的电势位置的时候，必定会选择趋向于负的电势位置方向运动，而不是接地

6、的。电势位置，因为这样，其释放掉自己的电势能最多。电流，也同样是这样的规律。一一这就是电流的根本性质，是我们在电学中分析探讨一切问题的最本质基础原理。比如电路分析、等效电阻计算等，最根本的依据，就在于此。上边，就是标准的“电子运动说”模型对电流的说明，也是我们书面解题的依据。二、电流的另说。大叔这里要提的，不是“电子运动说”模型，而是现代物理学的一些基础理论，爱因斯坦的“统一场论”假说提出，一切作用（包括什么万有引力、电磁场力、宏观的各种力等等），都可以用一个“统一场”来说明和体现。咱们不用说那么深，就说说这电流的本质，它不用“电子运动说”怎么说明？怎么避开“电子运动”的有限速度与电流实际为光

7、速的冲突？1、电流，不是某一群电子，在电场力的作用下从导体的这一端，跑到那一头的运动。缘由：1）电子运动速度不行能达到光速；2）导体内部多数的原子核和其他电子，都会对旁边经过的电子，产生吸引排斥和阻碍作用，使电子无法顺当通过，更不要提“达到光速”。我们来探讨一个试验，来体会一下：如图水平面上很长很长一字排开n个（n-8）带有绝缘底座的金属球，彼此靠近而不接触，假如我们用一个带正电的物体A,去靠近第一个球，那么，第n个球的带电状况，如何分析？我们都知道第一个球会因为静电感应而生成两侧的异性电荷，那么其次个球呢，同样也会生成两侧的异性电荷，就这样不断地传递下去，始终到很远的第n个球，都是同样的结果

8、啊。能否可以证明，这样的传递速度是多少呢？是光速吗？OK,这种宏观的连续静电感应现象，电荷趋势在这样n个球之间非接触传递，是电流吗？这，与导体内微观的电流现象，有什么区分呢？他们之间的相互感应的传递，有电荷量的损失吗？以上是大叔抛出的另类小问题，有爱好的同学，可以想想，将有助于你们对电流本质的理解。2、电荷与物质微粒的关系：必须要强调的是一一电荷并不是电子、不是离子、更不是原子核，电荷与这些物质微粒之间的关系，是被承载或者被体现的关系（就象你带着一副笑脸出门，迎面来了一个带着哭脸的人，那么类比你们两者的心情，你就是带“正电荷”，他就是带“负电荷”，你和他，都是不同心情的载体，而不能说你就是“快

9、乐”、他就是“难受”）：任何物质微粒，都可以因为自身正负电量的不平衡，而成为电荷的载体，各种承载电荷的微粒载体，它们被叫做“载子”，例如，导电体内可移动的电子、电解液内的离子、等离子体内的电子和离子、强子内的有克等等。这些物质微粒，携带或者体现着“正负不均等”的这样一种带电性质，这种性质，就是电荷。实质上，电流在导体中，也被看作是各个原子之类物质微粒之间，对电荷这种性质的瞬间连续传递，就象我们可以把负电荷的迁移当作是正电荷的反向运动一样，其实电荷自身，也不是什么物体，只是物体具有的一种性质。所以，电流的速度，不受任何导体内部构成的各个原子的任何经典力学的影响，因为它不是详细物体（如电子）的力学

10、运动，而是一种性质的传递。“性质的传递”，并不是实际物体的运动，所以速度不受到任何阻力的影响；电荷的“流淌”，不须要物质的力学运动，只须要物质微粒间带电性质电荷的传递，所以在任何电阻的导体中，电流速度都是光速。3、那么，什么是“性质的传递”呢？大叔举个例子：一根质量不计的细杆或者是拉直了的细绳子，放在光滑的地上，用力F向右拉动右端，那么，其左端要体现出“向右运动”的“性质”的话，须要多少时间？一一答案是。秒，哪怕这个杆的长度有100OO公里，也是一样。那么这个“拉动”的性质从杆的右端，“跑”到杆的左端，“速度”是多少呢？一这类问题很简洁，可是能够帮助我们理解什么是“性质”和状态的传递速度，什么

11、是物体的运动速度。可以想想，这就相当于是“性质的传递”，和杆里面的材料、什么东东在杆里面运动的阻力，没有任何关系，可是，实现了一种“性质”的极高速“运动”。因为它，不是实际的物体运动。而电流，是电荷的“运动”，但是电荷，是物质微粒携带的性质，并不是实际的物体。这种“运动”，就可以说是电荷的“场”性质在导体内的“传递运动”。就是电流。类似的问题：再比如，磁铁突然出现在铁屑旁边，那么这个磁场力，要多少时间体现在铁屑上呢？假如地球突然消逝或者突然出现，那么月球上或者火星上，要多久，才能够感觉到地球引力的消逝或产生呢？一一其实，许多问题看起来都很简洁，可是事实上，作为学习了中学物理的同学们，却无法回答

12、。大叔这里提出来，就是顺便提一个新的考虑问题的角度而己啊。目的就是，希望大家有着不受传统或者权威拘泥的、充分扩展和活跃的、但是又必须是理性的思维意识。一一因为人的思维本质，就是自由。西方科学界上世纪就有人提出，电荷和电流，其实是一种量子现象的宏观反映，是反映了量子物质某种性质的多或者少，这种多或者少的变更和传递，就是电流。量子理论认为,电子的出现或者说存在，不是一种经典力学运动，而，电荷，就是这种分布变更的效果体现。所以，电荷，不是一种实际物体，而是一种性质。依据原子结构的经典理论，如波尔模型，电子在原子核四周作行星式的轨道运动。但是20世纪中，用这一模型说明原子现象时得到了与试验相反的结果。

13、表明并非如此。依据量子力学，原子中的电子并不是延着确定的轨道运动，而是依据确定的几率出现在原子核四周不同的空间区域。也就是说，同一个电子可以以“瞬间”存在于原子核旁边的任何一个位置。现已经证明电子在核外空间所处的位置及其运动速度不能同时精确地确定，也就是不能描绘出它的运动轨迹。人们经常绘制出电子几率分布图形像地表示电子在原子核四周的几率分布。这就是人们常说的“电子云”图像。中学化学，也将特地讲到“电子云”（以前大叔在学到这里和“胶体”“丁达尔现象”的时候，感觉是学化学是在学物理，学物理是在学化学。）在量子力学中，一个电子只能以确定的不确定性处于某一位置，同时也只能以确定的不确定性具有某一速度。

14、电子轨道是概率性的。那么，原子级别的“电荷感应”，也就是这种概率的“极化”，一一假如原子外部存在电场，电子的位置概率分布变更，必定要受到电场的影响，从而使整个原子表现出某种电性。各种静电现象和电流现象，就是这种电子分布特性的宏观体现。可以说，这就是电流的微观实质。一一电流和静电，在微观上没有什么区分。教材上的电子运动说，好像是试图用经典力学的方式来说明量子力学的现象，比较别扭。一一好像越说越远了，就此打住啊。上边说的和咱们教材的确大相径庭，有点“离经叛道”，大家就当作是大叔姑妄说之的“另说”吧，只要能有效帮助理解电流的本质规律，养成从事物本质动身、理性分析问题的习惯，大叔就是这个意思了。提示一

15、句作为中学生，考试什么的，还是确定要以教材为准，别以这个说法为准哦。II电源一、什么是电源：电源，字面意思上，就是“电流的来源”。这个词的中文含义，是指来源、源头，这个表述，并没有西方的POWER更科学更生动，英语PoWER的词根本意，是能量、力气。在电路中，电源并不是用来单纯输出电荷的，而是对电荷实施“汲取一一提升势能一一输出”的“能量补充”装置，这就和中文中的“源头”、“来源”的含义不特别符合。电源，就是通过非静电力的做功，把如发电机机械能、电池化学能等其他形式的能量，转变为电荷增加的电势能的装置，如电池、发电机等。另外，严格地说，电容器不是电源，它是把电势能储存起来，再通过电路释放出来的

16、装置。电源的作用，就是提升那些已经释放出自己原有电势能的电荷的电势能,这样一个装置。它可以使电荷的电势能重新获得提升。把电流类比水流来看，电源的作用，就犹如太阳能，把大海中和地面各种水蒸发上天，最终汇合在确定的高处，形成江、河流的源头一样。-那么电源，事实上，是电势能的提升补充装置，而不算是电流的源头。严格地说，电流的源头，应当是电源电流的流出位置的一切等电势导体区域，而不是电源内部。所以可以说，电源，是一个能量装置，而不是电流的源头。拿直流电源来说，由于电源本身两极间就具有确定的电势差（通常规定高端为正极低端为负极），所以电源的作用，就是在电路上形成一个电荷运动的电势能“落差”，让电路中的电荷，流淌起来。把电源的两头接入电路，就是让电路的这两端，具有这样一个落差一一电势差，然后电路中的电荷，就在这样一个落差下，流淌了稳定电路就象是