师：同学们好，今天我们要学习的主要内容是电源和电流。在上课之前，我们先来思考一个问题：电闪雷鸣时，强大的电流使天空不时发出耀眼的闪光，但它只能瞬间存在；而手电筒中的灯泡却可以持续发光，这是为什么呢？可以看出，无论是闪电还是发光的灯泡，它们都与电流有关。下面我们一起来探究一下电流的产生条件有哪些。

　　大家可以看到有两个导体a和b，其中导体a带正电，导体b带负电 ，a的电势高于b的电势，它们周围存在着电场。如果用一根导线将a、b相连，那么会发生什么呢？我们知道导线中存在着自由电子，它们在电场中会受到静电力的作用。导线中的自由电子在静电力的作用下沿导线定向移动，形成电流。由于b失去电子，a得到电子，a、b间的电势差很快消失，此时两个带电体成为一个等势体，达到静电平衡，即自由电子不再定向移动。该过程中导线里的电流是瞬间的。现在让我们一起小结一下电流产生的条件。

　　首先要存在自由电荷，导体两端要存在电势差，即电压。那么同学们会想如何才能形成持续的电流呢？设想在a、b之间连接一种特殊的装置，该装置能在b失去电子、a得到电子的过程中，不断地从a取走电子并补偿给b，使a、b始终带一定数量的正负电荷，则a、b间始终存在电势差，导线中就能持续存在电流。

　　为了便于理解，我们不妨看一看水流的形成过程。如图，水池a中的水位高于水池b中的水位。由于水位差的存在，水流由a流向b，但是当a、b水位等高时，水流便会消失。那么如何才能维持水流呢？或者说如何才能维持水位差呢？其实我们只需要一个装置，那就是抽水机。如果抽水机能够不断地将流入水池b中的水抽回水池a，那么水位差继续存在，水流就能持续了。因此，电路中装置p的作用就类似于水路中抽水机的作用。

　　我们把这样的装置称为电源。可以将电源定义为能将负电荷从电势较高处（即正极端）搬运到电势较低处（即负极端）的装置，它的作用是通过搬运电荷保持导体两端的电势差。现在我们可以回答课前所提出的问题了：手电筒中的灯泡能够常亮，是因为手电筒中的电源能够将负电荷源源不断地从电源的正极搬运到负极，维持灯泡两端的电势差；而闪电之所以瞬间存在，是因为带异种电荷的云层之间完成放电后，没有电源将电荷从一个云层搬运到另一个云层。生活中常见的电源有干电池、蓄电池、纽扣电池、手机中的锂电池。

　　通过前面的学习，我们已经知道导线中的电流是由于自由电子受到电场力的作用定向移动而形成。那么导线中的电场又是怎样形成的呢？

　　详尽的分析表明，导线中的电场是由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成的。尽管这些电荷也在运动，但有的流走了，另外的又来补充，电荷的分布是稳定的，电场的分布也是稳定的。我们把由稳定分布的电荷产生的稳定电场叫做恒定电场。值得注意的是，恒定电场并不是静电场。静电场是由静止的电荷所激发的，但由于恒定电场的电场强度不随时间变化，所以其基本性质与静电场相同。

　　于是导体内的自由电荷在恒定电场的作用下加速定向运动，沿途与导体内其他的粒子（如正离子）不断地碰撞而减速。如此，自由电荷经历着加速、减速、再加速、再减速的过程，这样电荷定向运动的平均速率不变。我们知道电路中有大量定向移动的自由电荷，宏观上形成了大小和方向都不变的电流。若在电路中接入电流表，其示数保持恒定，我们把大小和方向都不随时间变化的电流叫做恒定电流。需要注意的是，导体内的自由电荷不只是做定向移动，还在做无规则热运动，其他粒子（如正离子）也在做无规则热运动，只是没有定向移动。

　　电流是有强弱的，物理学上将反映电流强弱程度的物理量叫做电流，用符号I表示。我们用通过导体某一横截面上的电荷量q跟通过这些电荷量所用时间t的比值来定义电流。需要注意的是，导体的横截面是指跟电流方向垂直的截面。电流的定义式为I = q / t。需要注意的是，该处的定义方式就是我们常见的比值定义法。跟所有比值定义的物理量一样，如密度ρ = m / V，加速度a = Δv / Δt ，密度不由质量和体积决定，加速度也不由速度的变化量和时间决定。同样，电流也不由电荷量和时间决定，即I与q、t均无关。该式计算的是电流的平均值。对于恒定电流而言，电流的瞬时值和平均值相同。

　　电流的单位在国际单位制中是安培，简称安，符号是A。根据定义式，1安 = 1库仑 / 秒 。常用的单位还有毫安（mA）、微安（μA）。它们之间的换算关系是：1A = 103 mA = 10? μA 。电流是有方向的，我们规定正电荷定向移动的方向为电流方向。负电荷向某一方向定向移动，等效于正电荷向相反的方向定向移动。比如在氯化钠溶液中，带正电的钠离子向左移动，带负电的氯离子向右移动，则溶液中电流方向向左。需要注意的是，在电解液导电问题中，正负离子向相反的方向定向移动，在t时间内沿电流方向通过某一横截面S的正离子电荷量为Q? ，沿电流反方向通过该横截面的负离子电荷量为Q? ，则定义式I = q / t中的q为Q?和Q?的绝对值之和。电流是标量，虽然有方向，但其遵循代数运算法则，不遵循平行四边形定则，如干路中的总电流等于各支路电流的代数和。

　　下面我们来看一道例题：在某种电解液中，如果在1秒内共有5×101?个二价正离子和1×101?个一价负离子通过面积为0.1平方米的某横截面，那么通过这个横截面的电流是多少？A. 0 ；B. 0.8A ；C. 1.6A ；D. 3.2A。我们来看一下这道题如何解析。由题意，1秒内通过横截面正离子的电荷量为Q? = 2N?e ，负离子的电荷量绝对值为Q? = N?e ，则电流为I =（Q? + Q?）/ t =（2N? + N?）e / t 。将N? = 5×101? ，N? = 1×101? ，e = 1.6×10?1?库仑以及时间t = 1秒代入，解得I = 3.2A ，所以该题选D。

　　前面我们用I = q / t定义了电流的强弱，其实是从宏观角度来考虑的，那么从微观角度怎样解释电流的强弱呢？我们不妨将电流跟气流做一类比：从气泵的管子里吹出的气流，流速越大，气体的密度越大，则气流就越强。导体中的电流也可能类似，即自由电荷定向移动的速率越大，自由电荷的数密度（即单位体积内的自由电荷数目）越大，电流也会越强。实际的导体材料、粗细、长度不一，为了简化问题，我们可以建立一种特殊的模型。设同种材料制成的粗细均匀的导体，其截面积为S，自由电荷的电荷量为q，定向移动的平均速率为v，自由电荷的数密度为n，试求电流I的表达式。下面我们进行定量的推导。