对于金属导体,还必须满足下列哪一个条件,才能在导体中产生恒定的电流( )
A. 有可以自由移动的电荷; B. 导体两端有电压;
C. 导体两端有方向不变的电压; D. 导体两端有方向不变,且大小恒定的电压。
高三物理选择题简单题
对于金属导体,还必须满足下列哪一个条件,才能在导体中产生恒定的电流( )
A. 有可以自由移动的电荷; B. 导体两端有电压;
C. 导体两端有方向不变的电压; D. 导体两端有方向不变,且大小恒定的电压。
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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。一段长为l、横截面积为S的细金属直导线,单位体积内有n个自由电子,电子电荷量为e、质量为m。
(1)该导线通有电流时,假设自由电子定向移动的速率恒为v。
① 求导线中的电流I;
②为了更精细地描述电流的分布情况,引入了电流面密度j,电流面密度被定义为单位面积的电流强度,求电流面密度j的表达式;
③经典物理学认为,金属的电阻源于定向运动的自由电子与金属离子(即金属原子失去电子后的剩余部分)的碰撞,该碰撞过程将对电子的定向移动形成一定的阻碍作用,该作用可等效为施加在电子上的一个沿导线的平均阻力。若电子受到的平均阻力大小与电子定向移动的速率成正比,比例系数为k。请根据以上描述构建物理模型,求出金属导体的电阻率ρ的微观表达式。
(2*)将上述导线弯成一个闭合圆线圈,若该不带电的圆线圈绕通过圆心且垂直于线圈平面的轴匀速率转动,线圈中不会有电流通过,若线圈转动的线速度大小发生变化,线圈中会有电流通过,这个现象首先由斯泰瓦和托尔曼在1917年发现,被称为斯泰瓦—托尔曼效应。这一现象可解释为:当线圈转动的线速度大小均匀变化时,由于惯性,自由电子与线圈中的金属离子间产生定向的相对运动,从而形成电流。若此线圈在匀速转动的过程中突然停止转动,由于电子在导线中运动会受到沿导线的平均阻力,所以只会形成短暂的电流。已知电子受到的沿导线的平均阻力满足(1)问中的规律,求此线圈以由角速度ω匀速转动突然停止转动(减速时间可忽略不计)之后,通过线圈导线横截面的电荷量Q。
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满足下面哪一个条件,就产生电流 ( )
A.有自由电子 B.导体两端有电势差
C.导体两端肯定有电压 D.导体两端有恒定电压
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导线中自由电子的定向移动形成电流,电流可以从宏观和微观两个角度来认识。
(1)一段通电直导线的横截面积为S,它的摩尔质量为M,密度为ρ,阿伏伽德罗常数位NA。导线中每个带电粒子定向运动的速率为υ,粒子的电荷量为e,假设每个电子只提供一个自由电子。
①推导该导线中电流的表达式;
②如图所示,电荷定向运动时所受洛伦兹力的矢量和,在宏观上表现为导线所受的安培力。按照这个思路,请你尝试由安培力的表达式推导出洛伦兹力的表达式。
(2)经典物理学认为金属导体中恒定电场形成稳恒电流。金属导体中的自由电子在电场力的作用下,定向运动形成电流。自由电子在定向运动的过程中,不断地与金属离子发生碰撞。碰撞后自由电子定向运动的速度变为零,将能量转移给金属离子,使得金属离子的热运动更加剧烈,这就是焦耳热产生原因。
某金属直导线电阻为R,通过的电流为I。请从宏观和微观相结合的角度,证明:在时间t内导线中产生的焦耳热为Q=I2Rt(可设电子与离子两次碰撞的时间间隔t0,碰撞时间忽略不计,其余需要的物理量可自设)。
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经典电磁理论认为:当金属导体两端电压稳定后,导体中产生恒定电场,这种恒定电场的性质与静电场相同.由于恒定电场的作用,导体内自由电子定向移动的速率增加,而运动过程中会与导体内不动的粒子发生碰撞从而减速,因此自由电子定向移动的平均速率不随时间变化.金属电阻反映的是定向运动的自由电子与不动的粒子的碰撞.假设碰撞后自由电子定向移动的速度全部消失,碰撞时间不计.
某种金属中单位体积内的自由电子数量为n,自由电子的质量为m,带电量为e.现取由该种金属制成的长为L,横截面积为S的圆柱形金属导体,将其两端加上恒定电压U,自由电子连续两次与不动的粒子碰撞的时间间隔平均值为t0.如图所示.
(1)求金属导体中自由电子定向运动受到的电场力大小;
(2)求金属导体中的电流I;
(3)电阻的定义式为,电阻定律是由实验得出的.事实上,不同途径认识的物理量之间存在着深刻的本质联系,请从电阻的定义式出发,推导金属导体的电阻定律,并分析影响电阻率ρ的因素.
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用矩形半导体薄片制成一个霍尔元件,E、F、M、N为其四个侧面。在E、F间通入恒定电流,同时外加与薄片上下表面垂直的匀强磁场,电流和磁感应强度B的方向如图所示。若半导体可自由移动电荷为正电荷,M、N间产生的电势差为UH。下列说法正确的是
A. N板电势高于M板电势
B. N板电势低于M板电势
C. 只增大磁感应强度B,则UH变大
D. 只增大通入霍尔元件的电流I,则UH变大
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关于电流的方向,下列说法中正确的是( )
A. 在金属导体中电流的方向是自由电子定向移动的方向
B. 在电解液中,电流的方向为负离子定向移动的方向
C. 无论在何种导体中,电流的方向都与负电荷定向移动的方向相反
D. 在电解液中,由于是正负电荷定向移动形成电流,所以电流有两个方向
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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,从而更加深刻的理解其物理本质。一段长为l、电阻率为ρ、横截面积为S的细金属直导线,单位体积内有n个自由电子,电子电荷量为e、质量为m。
(1)当该导线通有恒定的电流I时:
①请根据电流的定义,推导出导线中自由电子定向移动的速率v;
②经典物理学认为,金属的电阻源于定向运动的自由电子与金属离子(即金属原子失去电子后的剩余部分)的碰撞,该碰撞过程将对电子的定向移动形成一定的阻碍作用,该作用可等效为施加在电子上的一个沿导线的平均阻力。若电子受到的平均阻力大小与电子定向移动的速率成正比,比例系数为k。请根据以上的描述构建物理模型,推导出比例系数k的表达式。
(2)将上述导线弯成一个闭合圆线圈,若该不带电的圆线圈绕通过圆心且垂直于线圈平面的轴匀速率转动,线圈中不会有电流通过,若线圈转动的线速度大小发生变化,线圈中会有电流通过,这个现象首先由斯泰瓦和托尔曼在1917年发现,被称为斯泰瓦—托尔曼效应。这一现象可解释为:当线圈转动的线速度大小均匀变化时,由于惯性,自由电子与线圈中的金属离子间产生定向的相对运动。取线圈为参照物,金属离子相对静止,由于惯性影响,可认为线圈中的自由电子受到一个大小不变、方向始终沿线圈切线方向的力,该力的作用相当于非静电力的作用。
已知某次此线圈匀加速转动过程中,该切线方向的力的大小恒为F。根据上述模型回答下列问题:
① 求一个电子沿线圈运动一圈,该切线方向的力F做功的大小;
② 推导该圆线圈中的电流 的表达式。
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如图所示的金属导体,长1、宽d、高h,导体中通有沿x 正方向的恒定电流I,空间存在沿z轴负方向的匀强磁场,磁感应强度为B,已知金属导体中单位体积内自由电子个数为n,电子电荷量为e,则下列说法正确的是
A. 金属导体的M面带正电
B. 金属导体中电荷定向移动速率为
C. 增加导体高度h,M、M′两面间的电压将增大
D. M、M′两面间的电势差为
高三物理单选题中等难度题查看答案及解析
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。如图所示:一段横截面积为S、长为l的金属电阻丝,单位体积内有n个自由电子,每一个电子电量为e。该电阻丝通有恒定电流时,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)有人说“导线中电流做功,实质上就是导线中的恒定电场对自由电荷的静电力做功”。这种说法是否正确,通过计算说明。
(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,导线的电阻率为,试证明: 。
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