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高中物理
第九章 电学
串联、并联 与电流的概念
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更新:
2025-05-23 14:20
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串联、并联 与电流的概念
## 常见的电路元器件有哪些? 如图 10–2 所示是一些常见的电路元器件,自左至右依次为小型电动机、电感器、电容器、电阻器、三极管和二极管。如表 10–1 所示为电路中常见元器件的名称及符号。 {width=500px} 下表列出上上面的名称与符号  各种元器件连接在一起形成电路(electric circuit)。初中我们已学过一个简单的电路由电源、用电器、开关、导线组成, 其中电源提供电能;用电器消耗电能;导线提供电流通道,起到输送电能的作用;开关控制电路的通、断,若开关闭合,电路中即有电流通过。 ## 电流是如何形成的? 为了简单起见,我们以金属导体为例讨论。如图 10–4 所示,在金属导体中,有“ 固定” 在晶体结构点阵上失去电子的原子,我们把它称为**原子实**。还有大量的自由电子,这些电子是金属导体内的自由电荷。一般情况下,金属导体中的自由电子大约以 105 m/s 的速率做永不停息的无规则热运动,做热运动的自由电子向各个方向运动的机会均等,从宏观上看,不会形成电流。 {width=400px} 图 10–4 导体中自由电子的热运动 若导体中存在电场,在电场力的作用下,导体中的自由电子获得与电场方向相反的加速度。自由电子在加速运动过程中和原子实频繁碰撞,持续加速受到阻碍,最终获得沿加速度方向一定的速度,这一速度称为漂移速度,如图 10–5 所示。电子的漂移速度很小,比热运动的速度小许多个量级。但由于漂移速度的存在,使导体内的自由电子从整体上发生了逆电场方向的定向移动,便形成了和电场方向相同的电流。 {width=400px} 图 10–5 存在电场时导体中电子的运动 (说明:漂移速度远小于热运动速度,图中代表漂移速度的红色箭头仅为示意,不代表实际大小) 速度方向一定的速度,这一速度称为漂移速度,如图10-5所示。电子的漂移速度很小,比热运动的速度小许多个量级。但由于漂移速度的存在,使导体内的自由电子从整体上发生了逆电场方向的定向移动,便形成了和电场方向相同的电流。 物理学中规定,通过导体某一横截面的电荷量 $Q$ 与所用时间 $t$ 之比称为电流(electric current),用符号 $I$ 表示,即 $$ I=\frac{Q}{t} $$ 在国际单位制中,电流的单位是安培,简称安,符号为 A 。 ## 电路中的电压如何理解? 我们知道导体中的自由电荷是在电场力的作用下才发生定向移动的。正电荷在电场力的作用下从电势高处向电势低处运动,我们规定正电荷定向移动的方向为电流的方向,因此,沿着电流的方向电势逐渐降低。电流方向上的两点间存在电势差,这个电势差就是电路中的电压(voltage)。 对金属导体两端施加电压时,金属内部就建立起电场并形成和电场方向相同的电流。虽然导体内一直存在电场对电子加速,但是电子的漂移速度却不会无限增加。这是因为电子会和原子
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