
(2010?嶗山區(qū)模擬)演繹式探究:
課題:金屬導(dǎo)電研究
演繹推理內(nèi)容:已知帶電粒子在電場作用下能作定向運動,可以推知金屬內(nèi)部自由電子在電場力作用下能作定向運動,所以金屬能導(dǎo)電,且導(dǎo)體中的電流強度I=
.
問題:金屬內(nèi)部自由電子定向運動的平均速率怎樣?
研究過程:建立如圖模型:
①自由電子沿著截面積為S 的金屬導(dǎo)體運動;
②自由電子定向運動的平均速率為 v.
已知每個電子所帶電荷為e,單位體積內(nèi)的電子數(shù)為n,
可以推導(dǎo)出金屬內(nèi)部自由電子平均速率 v 的數(shù)學(xué)表達式.推導(dǎo)過程如下:(請你填寫每步結(jié)果)
①在△t時間內(nèi),通過導(dǎo)體某一截面(截面積為S)的電子數(shù)量為N=
nSv△t
nSv△t
;
②在△t時間內(nèi)通過導(dǎo)體某一截面的電荷電量為△q=
enSv△t
enSv△t
;
③在△t時間內(nèi)通過金屬導(dǎo)體的電流強度為I=
enSv
enSv
;
④則金屬內(nèi)部自由電子定向運動的平均速率v=
I/enS
I/enS
.
經(jīng)實際帶入某金屬的有關(guān)數(shù)據(jù)可知,金屬內(nèi)部自由電子的定向運動的平均速率是很小的,數(shù)量級達10
-5m/s.