請(qǐng)根據(jù)以下微觀模型來研究導(dǎo)體的電阻。設(shè)有一段橫截面積為S,長(zhǎng)為l的均勻直導(dǎo)線,單位體積內(nèi)自由電子數(shù)為n,電子電量為e,電子質(zhì)量為m。導(dǎo)線兩端不加電壓時(shí),導(dǎo)線中電子以很大速度做無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng),沿導(dǎo)線方向速度平均值為零,在導(dǎo)線兩端加電壓U時(shí),電子在電場(chǎng)力作用下加速運(yùn)動(dòng),在運(yùn)動(dòng)過程中電子會(huì)與導(dǎo)線中的金屬離子頻繁碰撞,碰后電子速度發(fā)生改變,沿各方向速度均可出現(xiàn),因此可以認(rèn)為沿導(dǎo)線方向的平均速度又變?yōu)榱?。“金屬?jīng)典電子論”認(rèn)為,電子定向運(yùn)動(dòng)是一段一段加速運(yùn)動(dòng)的接替,各段加速都是從定向速度為零開始,加速階段的平均速度即為電子定向移動(dòng)速度。根據(jù)統(tǒng)計(jì)理論知,若平均一個(gè)電子從某一次碰撞后到下一次碰撞前經(jīng)過的時(shí)間為t,試分析:
(1)若直導(dǎo)線內(nèi)的電場(chǎng)可視為勻強(qiáng)電場(chǎng),求導(dǎo)線中的電場(chǎng)強(qiáng)度;
(2)根據(jù)統(tǒng)計(jì)理論,求單個(gè)電子在電場(chǎng)力作用下加速一次能夠獲得的最大速度;
(3)請(qǐng)利用電阻的比值定義式推導(dǎo)這段導(dǎo)體的電阻。(結(jié)果用以上敘述中出現(xiàn)的物理量符號(hào)表示)
【考點(diǎn)】電流的微觀表達(dá)式;勻強(qiáng)電場(chǎng)中電勢(shì)差與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系;歐姆定律的簡(jiǎn)單應(yīng)用;電阻及其性質(zhì);帶電粒子在恒定的電場(chǎng)中做加速(或減速)運(yùn)動(dòng).
【答案】見試題解答內(nèi)容
【解答】
【點(diǎn)評(píng)】
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發(fā)布:2024/4/20 14:35:0組卷:70引用:2難度:0.5
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1.對(duì)于同一物理問題,常常可以從宏觀與微觀兩個(gè)不同角度進(jìn)行分析研究,宏觀規(guī)律是由微觀機(jī)理所決定,找出二者的內(nèi)在聯(lián)系,從而更加深刻地理解其物理本質(zhì)。如圖1所示,一段橫截面積為S的直導(dǎo)線,單位體積內(nèi)有n個(gè)自由電子,自由電子電量為e。該導(dǎo)線通有電流時(shí),假設(shè)自由電子定向移動(dòng)的速率均為v。
(1)請(qǐng)根據(jù)電流的公式I=,推導(dǎo)電流微觀表達(dá)式I;qt
(2)原子中的電子繞原子核的運(yùn)動(dòng)可以等效為環(huán)形電流。設(shè)氫原子的電子以速率v在半徑為r的圓周軌道上繞核運(yùn)動(dòng),電子的電荷量為e,等效電流有多大?
(3)如圖2所示,將圖1所示導(dǎo)線放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,電流方向垂直于磁感應(yīng)強(qiáng)度B,導(dǎo)線所受安培力大小為F安,導(dǎo)線內(nèi)自由電子所受洛倫茲力的矢量和在宏觀上表現(xiàn)為安培力,請(qǐng)你嘗試由安培力的表達(dá)式推導(dǎo)出洛倫茲力的表達(dá)式。發(fā)布:2024/12/15 8:0:1組卷:130引用:1難度:0.7 -
2.一根長(zhǎng)為2m,橫截面積為1.6×10-3m2的銅棒,兩端電勢(shì)差為5.0×10-2V,銅棒的電阻為2.19×10-3Ω,銅內(nèi)自由電子密度為8.5×1029m-3.求:
(1)通過銅棒的電流
(2)銅棒內(nèi)的電場(chǎng)強(qiáng)度
(3)自由電子定向移動(dòng)的速率.發(fā)布:2024/12/29 17:30:1組卷:133引用:4難度:0.5 -
3.如圖所示,有一根長(zhǎng)為L(zhǎng)、橫截面積為S的金屬棒,其材料的電阻率為ρ,棒內(nèi)單位體積自由電子數(shù)為n,電子的質(zhì)量為m、電荷量為e。在棒兩端加上恒定的電壓時(shí),棒內(nèi)產(chǎn)生電流,自由電子定向移動(dòng)的平均速率為v,則金屬棒內(nèi)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小為( ?。?/h2>
發(fā)布:2024/12/17 12:2:24組卷:872引用:27難度:0.6
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