1.1 电路、电流

学习目标

1.了解电路的组成及其作用。

2.了解电路的三种基本状态。

3.理解电流产生的条件和电流的概念，掌握电流的计算公式。

4.熟练掌握电流的参考方向（正方向）和数值正负的意义。

内容提要

电路是由电源、用电器、导线和开关等组成的闭合回路。其作用是实现电能的传输和转换。电路有通路、开路和短路三种可能的状态。电流是电荷的定向移动，其值，单位为A。要使导体中有持续的电流，就必须使导体两端保持一定的电压。参考方向是假定正方向。若电流的实际方向（正电荷运动的方向）与参考方向相同，则取正，否则取负。在电路中，电流的方向用箭头表示。

一、电路的组成

电路是由电源、用电器、导线和开关等组成的闭合回路。如图1-1-1所示是一个最简单的实际电路。

电源的作用是把其他形式的能量转变成为电能；常用的电源有电池、发电机等。图1-1-2是几种常见的直流电源外形。

用电器常被叫做电源的负载，其作用是把电能转变成其他形式的能量。

连接电源与用电器的金属线叫做导线，它把电源产生的电能输送到用电器；导线常用铜、铝等材料制成。

开关起到把用电器与电源接通或断开的作用。

二、电路图

在设计、安装或修理各种设备和用电器等实际电路时，常要使用表示电路连接情况的图。这种用规定的图形和文字符号表示电路连接情况的图，叫做电路图，其图形和文字符号要遵守国家标准。几种常用的标准图形符号，如图1-1-3所示。

图1-1-1所示电路转换为电路图，如图1-1-4所示。

三、电路的状态

电路有通路（又称闭路）、开路（又称断路）和短路（又称捷路）三种可能的状态。

在图1-1-4所示电路中，当开关S闭合时，电路各部分连接成闭合回路，有电流通过，电源向灯泡供电。这是一种正常工作状态，称为通路。当开关S断开时，电路中没有电流通过，电源和灯泡均不工作，称为开路。

在图1-1-5所示电路中，当开关S2闭合时，电源两端被导线直接相连，这时电源输出的电流不经过负载，只经过连接导线直接流回电源，这种状态叫做短路状态，简称短路。一般情况下，短路时的大电流会损坏电源和导线，应该尽量避免。所以通常要在电路或电气设备中安装熔断器等保险装置，以避免发生短路时出现不良后果。

四、电流

电荷定向移动的现象称为电流。

要形成电流，首先要有能自由移动的电荷。在金属导体中的自由电荷是自由电子，在电解液中的自由电荷是正、负离子。其次是要有使自由电荷作定向运动的电场。导体中有大量的自由电荷，它们不断地做无规则热运动，朝任何方向运动的概率都一样，没有形成定向运动，因而不能形成电流。要使导体中有持续的电流，就必须设法使导体两端保持一定的电压。

电流I定义为：在时间t内，通过导体横截面的电荷量为q，即

在国际单位制中，电流的单位是A（安），1A=1C/s。常用的电流单位还有kA（千安）、mA（毫安）、μA（微安）等，它们与安培的换算关系为

1kA=103A 1mA=10-3A 1μA=10-6A

习惯上规定正电荷定向移动的方向为电流的实际方向。在金属导体中电流的实际方向与自由电子定向移动的方向相反。为分析电路的方便，通常需要在所研究的一段电路中事先选定（即假定）电流流动的方向，叫做电流的参考方向，并且标在电路图上。

电流的实际方向可根据数值的正、负来判断，当I＞0时，表明电流的实际方向与所标定的参考方向一致；当I＜0时，则表明电流的实际方向与所标定的参考方向相反，如图1-1-6所示。

方向不随时间变化的电流叫做直流电，方向和大小都不随时间变化的电流叫做恒定电流；电流方向和大小均随时间作周期性变化的电流叫做交流电。

例题解析

【例1-1-1】 导线中的电流为10μA，则1.6s内通过导体横截面积的电子数为多少？

【要点解析】先根据电流的定义公式计算出通过导体截面积的电荷量，进而算出电子数。电子的电量e=1.6×10-19C。

【解】因为

所以 q=It=10×10-6×1.6C=1.6×10-5C

通过导体横截面积的电子数 n=q/e=1×1014

【例1-1-2】 10s内有20C的正电荷由导体某一截面的右侧移至左侧，同时又有10C的负电荷由该截面的左侧移至右侧，求该导体中的电流大小和方向。

【要点解析】先根据定义分别求出正、负电荷移动形成的电流，再将这两个电流合成，即为导体中的电流。

【解】20C正电荷移动形成的电流 方向向左

10C负电荷移动形成的电流 方向向左

所以，导体中的电流 I=I1+I2=3A 方向向左

巩固练习

一、判断题（正确的填A，错误的填B）

1.在电路中我们标注的电流方向就是它的实际方向。（ ）

2.导体中的电流由电子流形成，故电子流的方向就是电流的实际方向。（ ）

3.直流电路中，有电压的元件不一定有电流。（ ）

4.-5A的电流强于3A的电流。（ ）

二、单项选择题

5.下列设备中，一定是电源的为（ ）。

A.冰箱 B.发电机 C.白炽灯 D.蓄电池

6.电路中电流最大的状态是（ ）。

A.捷路 B.通路 C.开路 D.闭路

7.下列叙述中正确的是（ ）。

A.通过导体某一截面的电量越多，电流越大

B.通电时间越短，电流越大

C.在单位时间内，通过导体某一截面的电量越多，电流越大

D.通过单位横截面积的电量越多，电流越大

8.某电解电池，如果在1s内共有5×1018个二价正离子和1×1019个一价负离子通过某截面，则通过这个截面的电流强度是（ ）A。

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

三、填空题

9.电路由______、______、______和______组成。______把其他形式的能转变成电能；______把电能转变成其他形式的能。

10.电流的定义I=______；习惯上规定____________为电流的方向。

11.在分析和计算电路时，可以任意规定某一方向为电流的______。其值为正说明__________________；其值为负说明__________________。

12.在示波器的示波管中，当电子枪射出的电流达5.6μA时，电子枪每秒内发射的电子数为____________，电流的方向与电子的运动方向____________。（已知电子带负电，电荷量e=1.6×10-19C）

四、计算题

13.有一根导线，每小时通过其横截面的电荷量为720C，则导线中的电流多大？合多少毫安？多少微安？