考前回归13 电流的微观决定式-【奇点物理】冲刺2020高考物理考前回归

奇点物理《考前回归》 高考物理教研互助联盟 回归13.电流微观决定式 如图所示,一段粗细均匀的导体长为l两端加一定的电压,自由电荷定向移动的速 率为υ,设导体的横截面积为S,导体每单位体积内的自由电荷数为n,每个自由电荷量 =ut- 推导:长为l导体AD中自由电荷总数N=nS 总电荷量Q=Nq=mSq 所有这些电荷量都通过横截面D所需要的时间t= AD中电流 ngA 从微观上看,电流的大小取决于导休中自由电荷的密度、自由电荷的电荷量以及自 由电荷的定向移动速度,还与导体的横截面积有关,即I=ngS 【例1】(2015安徽)一根长为L、横截面积为S的金属棒,其材料的电阻率为ρ 棒内单位体积自由电子数为n,电子的质量为m,电荷量为e,在棒两端加上恒定 的电压时,棒内产生电流,自由电子定向运动的平均速率为U,则金属棒内的电场强度 大小为( 奇点物理《考前回归》 高考物理教研互助联盟 02n D 2eL 【解析】导体中的电流Ⅰ=nqS① 导体的电阻R 导体两端的电压为U=IR 金属棒内的电场强度E 由①②③④得EpnS 【例2】(2014北京卷T24)导体切割磁感线的运动可以从宏观和微观两个角度来认识。 如图所示,固定与水平面的U形导线框处于竖直向下的匀强磁场中,金属直导线MN 在与其垂直的水平恒力F作用下,在导线框上以速度υ做匀速运动,速U与恒力F方向 相同;导线MN始终与导线框形成闭合回路。已知导线MN电阻为R,其长度l恰好等 于平行轨道间距,磁场的磁感应强度为B。忽略摩擦阻力和导线框的电阻。 M B X -40- 奇点物理《考前回归》 高考物理教研互助联盟 (1)若导线MN的质量m-80g,长度L=0.10m,感应电流上1.0A,假设一个原子贡献 1个自由电子,计算导线MN中电子沿导线长度方向定向移动的平均速率乙下表中列 出一些你可能会用到的数据); 2)经典物理学认为,金属的电阻源于定向运动的自由电子和金属离子(即金属原子失 去电子后的剩余部分)的碰撞。展开你想象的翅膀,给出一个合理的自由电子的运动模 型;在此基础上,求出导线MN中金属离子对一个自由电子沿导线长度方向的平均作用 力f的表达式 阿伏伽德罗常数M4 60×1023mol1 元电荷e 1.6×1019C 【解析】(1)总电子数N=M1 设单位体积内电子数为n,则N=nS② 又Ⅰ=enSe③3 由①②③得:U 7.8×10m/s (2)从微观层面看,导线中的自由电子与金属离子发生的碰撞,可以看作非弹性 碰撞,碰撞后自由电子损失动能,损失的动能转化为焦耳热.从整体上来看, 可以视为金属离子对自由电子整体运动的平均阻力导致自由电子动能的损 失 奇点物理《考前回归》 高考物理教研互助联盟 从宏观方面看,力F对导线MN做功,而导线的速度不变,即导线的动能不变,所 以力F做功全部转化为焦耳热. △t时间内,力F做功△W=FU△t⑤ 能量守恒有△W=W⑥ 安培力FB⑦ 由欧姆定律得E⑧ 感应电动势EBUe⑨ 由③④⑤⑥⑦⑧得:f=evB