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      穩(wěn)恒電流與導體橫截面積有關嗎

      2019-03-18 11:53徐志英
      陜西教育·教學 2019年2期
      關鍵詞:電場力導體定向

      徐志英

      誤區(qū)

      初學物理時很多人認為電流強度的大小與導體的橫截面積有關,其觀點有三:其一,在初中物理課本中把電流類比為水流,且把單位時間內通過導體橫截面的電量定義為電流強度,認為水流大小既然與河道寬窄有關,則同理電流大小與導體粗細有關。其二,在電壓一定時,由歐姆定律I=U/R且R=ρL/S,當然是S小時,R大則I小,反之則I大。其三,從電流的微觀本質來看,自由電荷在加電壓后受到電場力,則在熱運動的基礎上以平均速度做定向移動。如圖一,AD表示粗細均勻的一種金屬導體,截面積為s,單位體積的自由電子數為n,自由電子所帶電量為e,定向移動的速率為v,根據電流定義式I=q/t=nesv,此式表明電流強度的大小似乎與導體的橫截面積有關。

      實踐反思

      如果說電流強度與導體的粗細有關,那么在同一穩(wěn)恒回路中,自由電荷定向移動時在導體粗的地方移動快,細的地方移動慢,在細處豈不會有電荷的積累,穩(wěn)恒串聯電路中電流處處相等的實驗結論將會被推翻。面對圖二所示的題目又該如何作答呢?

      若用中學階段的基礎知識來解釋(如圖三所示[S1]或[S2]),金屬導體中電子定向移動的原因是受電場力影響,而電場力的大小又決定于導體內各點場強E。根據上述結論,S小的地方則E大,F大,定向速率V大,在同一穩(wěn)恒回路粗細不同處V不同,但S與V的乘積為定值。則I=nesv不變,公式I=nesv只表示單位時間從“某段體積SV”中流進或流出的平均電量。其中自由電荷密度n=Nv/u(v—金屬密度 ,u—摩爾質量 ,N—阿伏伽德羅常數)只決定于金屬的種類,由此可見電流強度并未受到界面大小的影響,確實與導體的橫截面積無關。

      作者單位 陜西省漢中市城固二中

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