一段横截面积S=1.0mm2的铜导线接入直流电路中,当流经该导线的电流I=1.0A时,该段铜导线中自由电子定向移动的平均速度u为多大?已知,每个铜原子贡献一个自由电子,电子的电量e=1.6×10-19C,铜的密度ρ=8.9g/cm3,铜的摩尔质量M=64g/mol,阿伏加德罗常量NA=6.02×1023mol-1.
解题思路:设自由电子定向移动的速率为v和导线中自由电子从一端定向移到另一端所用时间为t,求出导线中自由电子的数目,根据电流的定义式推导出电流的微观表达式,解得自由电子定向移动的速率.
取一段导体,其中铜原子数目,即总自由电子数目 n=
ρSvtNA
M
电荷量 q=ne
据I=
q
t=
ρSvtNAe
Mt
带入数据解得v=
MI
ρSNAe=
64×1
8.9×106×6.02×1023×1.6×10−19m/s=7.5×10-5m/s.
答:铜导线中自由电子定向移动的速度为7.5×10-5m/s.
点评:
本题考点: 电流、电压概念.
考点点评: 本题关键要建立物理模型,利用电流表的定义式得到电流的微观表达式流I=envS,即可求解.
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