导电橡胶轮导入大地,纺织和印染车间内空气要保持一定湿 图1111现代悬雷针往往具有很多组金属尖 度,为潮湿的空气可以使静电散失。计算机房和大型电话交 棒,做成浦公英花的形状以增强雷效果。 换机房的地板要用导电良好的材料制成,以防静电的积累 由于导体的尖端部位特别客易积聚电荷,这使尖端附近 空气中的电场特别强,从而发生尖端放电,为了防止尖端放 电,高压输电设备的部件的表面都做得很光滑,以防损失电能 并造成事故。而避宙针则利用了尖漓放电,将强大的闪电电流 引入大地,使建筑物免受需击破坏 图11-10红圈所示为接地的铁链 GIUS GO0OS KE:P CLEAR 问题与练习 1.判断以下说法是否正确。 A电荷在电场中某点受到的电场力小,该处的电场强度就小。 B.电场中某处电场强度的方向跟电荷所受电场力的方向相同。 C电场线越密的位置,电荷所受电场力越大。 2.下列哪些措施是用来防止放电的,哪些是利用放电的? A汽车中汽油发动机的点火装置 B.飞机的机轮用导电橡胶制作。 C地毯中夹杂着0.05~007mm的不锈钢丝纤维。 3.收集放电火花引起爆炸的事例,结合周围的实际情况说明应该采取哪些与静电有关的安全 措施 4.原来不带电的梳子与羊毛衣袖摩擦后,梳子上带有10-C的负电荷。梳子上获得了多少个 多余的电子? 第一章电场直流电 心■6
第乙节电源 电流我们在初中已经知道,电荷的定向移动形成电流。要形成电流,必须有能够自由 移动的电荷。在金属导体中,有大量可以自由移动的电子,在酸、碱、盐水溶液中有大量可以 自由移动的正、负离子,这些都是可以自由移动的电荷。当导体两端没有电压时,导体中没有 电场,自由电荷做无规则的热运动(图1.21甲),向不同方向运动的自由电荷,数目大致相 等,导体中不会形成电流。当导体两端存在(121电荷的定向移动形成电流 电压时,导体中就存在电场,自由电荷会发 生定向运动,从而形成电流(图1.21乙)。 例如,将金属导体与电源正、负极相连,金 属导体中的自由电子便会同时向电源正极方 向移动。 乙 物理学中规定,正电荷定向移动的方向为电流方向。如果导体中做定向移动的是负电荷, 那么负电荷定向运动的方向与电流的方向相反。 物理学中用电流( electric current)这个物理量来表示电流的强弱,用符号/表示,它等 于每秒内通过导体横截面的电荷量,即 在国际单位制中,电流的单位是安培( ampere),简称安,符号是A。如果1s内通过导 体横截面的电荷量为1C,那么导体中通过的电流就是1安培,即1A=1Cs。在初中我们 学过,电流的常用单位还有毫安(mA)和微安(uA)。 1mA=10-3A,1uA=10-6A。 下表是一些常用电器正常工作时电流的大小 用电器 电流 电子手表 约2A 收音机 约40mA 电視机 约500mA 家用电脑 约1A 洗衣机 约1~2A 测量电流的仪表是电流表,使用时应把它申联在电路中,电流必须从“+”接线柱(或红 接线柱)流进去,从“一”接线柱(或黑接线柱)流出来 电源电路中导体两端的稳定电压是由电源( power source)提供的。如果没有电源, 电路没有稳定的电压,也就不能形成持续的电流。电池、发电机等,都是电源。电源能使电路 中产生电流,是因为电源把其他形式的能量转化成了电能。普通电池把化学能转化为电能,发
电机把机械能转化为电能。 在电路中,电流从电源正极经过用电器流向负极。 图12-2水电站、热电站,风力发电站中的发电机把其他形式的能转化为电能 电动势电源接入电路后,电荷做定向移动,其他形式的 能转化为电能,在电源外部电能经过用电器转化为内能、光能 电动势的单位虽 然与电压的单位相同, 机械能等 它们的意义却不一样 不同类型的电源把其他形式的能量转化为电能的本领是不 电动势是专门表征电 同的。物理学中我们用电动势( electromotive force)表示电源 源特性的物理量,它 的这种本领。电动势用E表示,它的单位与电压的单位相同,也 与电路中的电阻、电 是伏特。电动势越大,说明这个电源将其他形式的能转化为电 流等无关 能的本领也越大。 干电池的外面印有1.5V字样,这表示它的电动势为1.5伏。而大型发电机的电动势可达 几十千伏。 尽管电动势与电压是两个不同的概念,但是如果电源没有跟用电器连接,用电压表测得它 两端的电压,就等于电源的电动势。 探究影响电池电动势的因素 在初中,我们曾经制作过一种非常筒单的电池一一水(图123测量水果电池的电动劳 果电池,这里我们再来制作水果电池,但研究的问题要比 初中复杂一些 要制作水果电池,一是需要两种不同的金属做电极 二是需要电解质溶液,也就是水果的汁液将两种不同的 金属丝或金属片插入一个水果中,就制成了一个水果电池 使用不同的水果和不同的金属,水果电池的电动势并不 心■8
样.测定电动势之前,先要确定哪一个金属丝或金属片是正 当影响实验的因素 极。(想一想,应该怎样判断,才能既方便又安全?)把电压 比较多时,通常分几个 表接到电池的两极,测出水果电池两极间的电压,这样就可以 阶段进行实验,在每个 测得水果电池的电动势(图1.23) 阶段都只让一个因素发 可能有很多因素(称为实验变量)影响水果电池的电动 生变化.这种做法就是 势,例如水果的种类、两个电极所用的金属,以及电极埋入 我们在初中学过的“控 的深度、电极间的距离等,下面让我们逐一研究这些因素对 制变量”,“变量”指的 水果电池电动势的影响 就是前面所说影响实验 结果的“因素” 1.用不同的金属材料做电极,但总是使用相同种类的水 果,保持电极的埋入深度和距离不变,分别测量电池的电动势,研究电极村料对电动势的影响 电极材料 电动势 钢铜铝 铁 铁 2.用几种不同种类的水果,但总是使用铜丝和铁丝,保持电极的埋入深度和相互距离不 变,分别测量下表中不同种类水果电池的电动势,研究水果种类对电动势的影响 水果种类 电动势 苹果 梨 柠檬 橘子 3.自己设计实验,进一步研究电池两极距高、埋入深度及其他因素对电动势的影响 结论:水果电池的电动势与 有关,与 无关 大家做 对照实验室的学生电源,阅读它的说明书,了解它能提供的不同的电动势,了解它的使用 方法和使用注意事项 学会通过阅读说明书,使用某种仪器或设备,并养成习惯
内阻电源内部的导体,如发电机的线圈、电池内的电解液等,都有电阻,这部分电阻 叫做电源的内阻( internal resistance) 电池的内阻在使用过程中变化较大,一股不在外壳上标出 电池的容量生活中使用的电池,大多是化(图124这是移动电话中使用的一种电池,从标 学电源,即在电源内部通过化学反应将化学能转化签上看,它的电动劳是多少?存量是多少 为电能。除了电动势和内阻这两个技术指标外,电 池还有一个技术指标:容量( capacity)。容量的大 小常用毫安小时(简称毫安时,符号是mh)或色 安培小时(简称安时,符号是Ah)表示。电池的 容量越大,产生的电能越多,使用的时间越长。例 如,某电池的标称容量为1000mAh,表示它能 够以1000mA的电流放电1h,或者以500mA的 电流放电2h。使用时,如果放电电流比较小,或者是间断地放电,实际容量比标称容量大 些;反之,如果放电电流很大,电池的实际容量达不到它的标称值。 广角鏡 电池 不要小看了电池、要想使用各种便携的设备,没它可不行.你真的会用电池吗?电池里的学问有多少? 数百年的电池史,记载着许许多多科学家的心血 178,意大利生物学家伽伐尼在一次偶然的实验中发现,两根相连的不同金属棒同时碰到死青蛙的 大腿时,蛙腿的肌肉便抽描一下这个意外发现引起了物理学家的关注,他们认为,青蛙的肌肉之所以会 抽搐,也许是肌肉中某种液体与金属反应,产生了电流 意大利物理学家伏打,从179超就对这一收缩现象产生了浓厚的兴趣,并于180制成了世界上第 一个电池,后人称为伏打电池, 伏打电池是把一块盐水漫透的纸片央在钭扳和铜板中制成的,用电线把两块极板接通。电路中就产生了电 流。这种电池的电动势很低不到0.5V所以人们把许多电池串联在一起,增大电动势,这就是伏打电堆 图125伏打电池 图126各种电池 水漫湿的纸片 锌片 第一章电场直流电 伏打电池电池一个 放在一起 伙打电堆 心■10