高二物理选修3-1(理科生)_分类比较：有关电流三种速率比较

分类比较明辨概念
电流微观表达式为I=nqSv，其中v表示电荷定向移动的速率。

实际上电荷的运动存在三种速率，下面对电荷的三种速率进行区别。

1.电荷热运动的平均速率
金属导体中的自由电子在做永不停息的、无规则的热运动，在常温下这种热运动的平均速率的数量级约为l05m/s，由于运动是无规则的，从宏观上来看这种运动不形成电流。

2.电荷定向移动的速率
我们知道，电荷的定向移动形成电流，在导体中产生电流的条件是在导体两端存在电压。

只要导体两端存在电压，内部电场强度就不等于0，这样，在导体中能够自由移动的电荷在电场力的作用下就做定向移动而形成电流。

一般来说，这种定向移动的速率的数量级是10-5m/s。

为什么这么小？我们不难想到，自由电子在电场力的作用下的定向移动应该是加速运动，但由于每个电子时时刻刻要与金属晶体点阵发生碰撞，结果使
自由电子的定向移动不断受到破坏，从而限制了定向移动速率的增大。

由此可知，当接通电路，即在导体两端加上电压时，导体内的自由电子就在速率巨大的无规则热运动上附带了一个速度很小的定向运动。

3.电场的传导速率
既然自由电子定向移动速率很小，为什么我们一合上开关，电流会立即传到远处，使那里的用电器工作呢？原来我
们觉察到的“电的传播速度”
不是自由电子的定向移动速
率，而是电场的传播速率，电场的传播速率是很大的，等于光速(3×108m/s)。

电路一接通，电路各处便以光速建立起电场，整个电路中的自由电子几乎同时受到电场力作用而做定向运动，所以整个电路中同时形成电流。

例题如图所示，两个截面不同、长度相等的均匀铜棒接在电路中，两端电压为U，则( )
A.通过两棒的电流强度相等
B.两棒的自由电子定向移动的平均速
率相等且等于光速
C .两棒内的电场强度不同，细棒内场强E l 小大于粗棒内场强E 2
D .细棒两端的电压U l 大于粗棒两端的电压U 2
解析 两棒串联，I 1=I 2，故选项A 正确； 由电流微观表达式I =nqSv ，因S 1＜S 2，所以定向运动速率v 1＞v 2，故选项B 错误；
S I d S d I d IR d U E ρρ=⋅===，因为S 1＜S 2，
所以E l ＞E 2，故选项C 错误；
S d I IR U ρ⋅==，因为S 1＜S 2，所以U l ＞
U 2，故选项D 正确。

点评 初学者容易把电荷定向移动速率错误理解为电场的传导速率，错选B 选项。