【题目】由某种金属材料制成的圆柱形导体,将其两端与电源连接,会在导体内部形成匀强电场,金属中的自由电子会在电场力作用下发生定向移动形成电流。已知电子质量为m,电荷量为e,该金属单位体积的自由电子数为n

(1)若电源电动势为E,且内阻不计,

a. 求电源从正极每搬运一个自由电子到达负极过程中非静电力所做的功W

b. 从能量转化与守恒的角度推导:导体两端的电压U等于电源的电动势E

(2)经典的金属电子论认为:在外电场(由电源提供的电场)中,金属中的自由电子受到电场力的驱动,在原热运动基础上叠加定向移动,如图所示。在定向加速运动中,自由电子与金属正离子发生碰撞,自身停顿一下,将定向移动所获得的能量转移给金属正离子,引起正离子振动加剧,金属温度升高。自由电子在定向移动时由于被频繁碰撞受到阻碍作用,这就是电阻形成的原因。

自由电子定向移动的平均速率为v,热运动的平均速率为u,发生两次碰撞之间的平均距离为x。由于v<<u,所以自由电子发生两次碰撞的时间间隔主要由热运动决定。自由电子每次碰撞后的定向移动速率均变为零。

a. 求该金属的电阻率ρ,并结合计算结果至少说明一个与金属电阻率有关的宏观因素;

b. 该导体长度为L,截面积为S。若将单位时间内导体中所有自由电子因与正离子碰撞而损失的动能之和设为ΔEk,导体的发热功率设为P,试证明PEk

【题目】对于同一物理问题,常常可以从宏观与微观两个不同角度进行研究,找出其内在联系,从而更加深刻地理解其物理本质。一段横截面积为S、长为l的直导线,单位体积内有n个自由电子,一个电子电量为e。该导线通有恒定电流时,导线两端的电势差为U,假设自由电子定向移动的速率均为v

(1)求导线中的电流I

(2)所谓电流做功,实质上是导线中的恒定电场对自由电荷的静电力做功。为了求解在时间t内电流做功W为多少,小红和小明给出了不同的想法:

小红记得老师上课讲过,W=UIt,因此将第(1)问求出的I的结果代入,就可以得到W的表达式。但是小红不记得老师是怎样得出W=UIt这个公式的。小明提出,既然电流做功是导线中的恒定电场对自由电荷的静电力做功,那么应该先求出导线中的恒定电场的场强,即,设导体中全部电荷为q后,再求出电场力做的功,将q代换之后,小明没有得出W=UIt的结果。

请问你认为小红和小明谁说的对?若是小红说的对,请给出公式的推导过程;若是小明说的对,请补充完善这个问题中电流做功的求解过程。

(3)为了更好地描述某个小区域的电流分布情况,物理学家引入了电流密度这一物理量,定义其大小为单位时间内通过单位面积的电量。若已知该导线中的电流密度为j,导线的电阻率为ρ,试证明:

【题目】某同学利用电流表和电压表测定一节干电池的电动势和内阻。

(1)现备有下列器材:

A.待测的干电池一节

B.电流表(量程0~150mA,内阻Rg=3.0Ω)

C.电压表(量程0~3V,内阻Rv1kΩ)

D.滑动变阻器R(0~20Ω,1.0 A)

E.电阻箱R0(0~99.9Ω)

F.开关和若干导线

该同学发现上述器材中电流表的量程较小,他想利用现有的电流表和电阻箱改装成一块量程为 0~0.6A的电流表,则电阻箱R0的阻值应取______Ω。请在图甲的虚线框内画出利用上述器材测量干电池电动势和内阻的实验电路图_________

(2)图乙为该同学根据合理电路所绘出的U-I图像(UI分别为电压表和电流表的示数)。根据该图像可得被测电池的电动势E______V,内阻r______Ω。

(3)该同学完成实验后又尝试用以下方案测定一节干电池的电动势。如图丙,Ex为待测干电池,Es为电动势已知的标准电池,AB为一根粗细均匀的直线电阻丝,R1为保护电阻。该同学的操作步骤如下:

①闭合开关S1,粗调滑动变阻器R,使直线电阻AB两端的电压约为2.0V(可用电压表粗测);

②将开关S2拨到位置“1”,调节滑动触头CC1点时灵敏电流计的读数为零,测出AC1的长度为L1

③将开关S2拨到位置“2”,调节滑动触头CC2点时灵敏电流计的读数再次为零,测出AC2的长度为L2。则待测电池电动势的表达式为Ex=__________________

 0  162991  162999  163005  163009  163015  163017  163021  163027  163029  163035  163041  163045  163047  163051  163057  163059  163065  163069  163071  163075  163077  163081  163083  163085  163086  163087  163089  163090  163091  163093  163095  163099  163101  163105  163107  163111  163117  163119  163125  163129  163131  163135  163141  163147  163149  163155  163159  163161  163167  163171  163177  163185  176998 

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