高中物理穩(wěn)恒電流題20套(帶答案)及解析(編輯修改稿)
2025-04-05 04:39 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 的電阻源于定向運(yùn)動的自由電子與金屬離子（即金屬原子失去電子后的剩余部分）的碰撞，該碰撞過程將對電子的定向移動形成一定的阻礙作用，該作用可等效為施加在電子上的一個沿導(dǎo)線的平均阻力。若電子受到的平均阻力大小與電子定向移動的速率成正比，比例系數(shù)為k。請根據(jù)以上描述構(gòu)建物理模型，求出金屬導(dǎo)體的電阻率ρ的微觀表達(dá)式。（2*）將上述導(dǎo)線彎成一個閉合圓線圈，若該不帶電的圓線圈繞通過圓心且垂直于線圈平面的軸勻速率轉(zhuǎn)動，線圈中不會有電流通過，若線圈轉(zhuǎn)動的線速度大小發(fā)生變化，線圈中會有電流通過，這個現(xiàn)象首先由斯泰瓦和托爾曼在1917年發(fā)現(xiàn)，被稱為斯泰瓦—托爾曼效應(yīng)。這一現(xiàn)象可解釋為：當(dāng)線圈轉(zhuǎn)動的線速度大小均勻變化時，由于慣性，自由電子與線圈中的金屬離子間產(chǎn)生定向的相對運(yùn)動，從而形成電流。若此線圈在勻速轉(zhuǎn)動的過程中突然停止轉(zhuǎn)動，由于電子在導(dǎo)線中運(yùn)動會受到沿導(dǎo)線的平均阻力，所以只會形成短暫的電流。已知電子受到的沿導(dǎo)線的平均阻力滿足（1）問中的規(guī)律，求此線圈以由角速度ω勻速轉(zhuǎn)動突然停止轉(zhuǎn)動（減速時間可忽略不計(jì)）之后，通過線圈導(dǎo)線橫截面的電荷量Q。【答案】（1）① ；②；③ （2）【解析】【詳解】（1）①導(dǎo)線中的電流；②電流面密度；③取長度為L一段導(dǎo)體，則電子做定向移動時滿足電場力與阻力相等，即而 聯(lián)立解得 （2）設(shè)線圈經(jīng)過時間?t停止運(yùn)動，則對內(nèi)部的粒子，由動量定理： 其中 則；而 聯(lián)立可得9．導(dǎo)線中自由電子的定向移動形成電流，電流可以從宏觀和微觀兩個角度來認(rèn)識。（1）一段通電直導(dǎo)線的橫截面積為S，它的摩爾質(zhì)量為M，密度為ρ，阿伏伽德羅常數(shù)位NA。導(dǎo)線中每個帶電粒子定向運(yùn)動的速率為υ，粒子的電荷量為e，假設(shè)每個電子只提供一個自由電子。①推導(dǎo)該導(dǎo)線中電流的表達(dá)式；②如圖所示，電荷定向運(yùn)動時所受洛倫茲力的矢量和，在宏觀上表現(xiàn)為導(dǎo)線所受的安培力。按照這個思路，請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。（2）經(jīng)典物理學(xué)認(rèn)為金屬導(dǎo)體中恒定電場形成穩(wěn)恒電流。金屬導(dǎo)體中的自由電子在電場力的作用下，定向運(yùn)動形成電流。自由電子在定向運(yùn)動的過程中，不斷地與金屬離子發(fā)生碰撞。碰撞后自由電子定向運(yùn)動的速度變?yōu)榱?，將能量轉(zhuǎn)移給金屬離子，使得金屬離子的熱運(yùn)動更加劇烈，這就是焦耳熱產(chǎn)生原因。某金屬直導(dǎo)線電阻為R，通過的電流為I。請從宏觀和微觀相結(jié)合的角度，證明：在時間t內(nèi)導(dǎo)線中產(chǎn)生的焦耳熱為Q=I2Rt（可設(shè)電子與離子兩次碰撞的時間間隔t0,碰撞時間忽略不計(jì)，其余需要的物理量可自設(shè)）?！敬鸢浮浚?）①②見解析（2）見解析【解析】【詳解】(1）①金屬導(dǎo)線單位體積內(nèi)電子個數(shù)在時間t內(nèi)流過導(dǎo)線橫截面的帶電粒子數(shù)N=通過導(dǎo)線橫截面的總電荷量Q=Ne導(dǎo)線中電流I=聯(lián)立以上三式可以推導(dǎo)出I=②導(dǎo)線受安培力大小F安=BIL。長L的導(dǎo)線內(nèi)總的帶電粒子數(shù)N=nSL又I=電荷定向運(yùn)動時所受洛倫茲力的矢量和，表現(xiàn)為導(dǎo)線所受的安培力，即Nf=F安聯(lián)立以上三式可以推導(dǎo)出洛倫茲力的表達(dá)式f=evB（2）方法1：設(shè)金屬導(dǎo)體長為L，橫截面積為S，兩端電壓為U，導(dǎo)線中的電場強(qiáng)度E=設(shè)金屬導(dǎo)體中單位體積中的自由電子數(shù)為n，則金屬導(dǎo)體中自由電子總數(shù)設(shè)自由電子的帶電量為e，連續(xù)兩次碰撞時間間隔為t0，定向移動的平均速度為υ，則一次碰撞的能量轉(zhuǎn)移一個自由電子在時間t內(nèi)與金屬離子碰撞次數(shù)為金屬導(dǎo)體中在時間t內(nèi)全部自由電子與金屬離子碰撞，產(chǎn)生的焦耳熱又U=IR聯(lián)立解以上各式推導(dǎo)得方法2：設(shè)金屬導(dǎo)體長為L，橫截面積為S，兩端電壓為U，導(dǎo)線中的電場強(qiáng)度E=設(shè)金屬導(dǎo)體中單位體積中的自由電子數(shù)為n，則金屬導(dǎo)體中自由電子數(shù)在純電阻電路中，電流做的功等于焦耳熱，即Q=W電流做的功等于電功率乘時間W=Pt電功率等于電場力對長為L的導(dǎo)線中所有帶電粒子做功功率的總和自由電子受的電場力F=Ee又U=IR聯(lián)立
外語相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號-1