电子在导体中的速率问题
金属导体中有电流通过时的“三速率”
教学方法课程教育研究172 学法教法研究在中学物理教学中，涉及金属导电三速率问题时，学生往往思维混乱、张冠李戴。
究其根本原因是对三种速率本质的认识及区分不清所致，现辨析示例如下仅供师生们参考。
一、 三速率辨析1.自由电子定向移动速率金属导体中有电流通过时,自由电子定向移动速率很小，约为10-5米/秒,以此速率自由电子通过1m 长的导线需要3个多小时！，它是电子在受电场力的作用下,先加速运动,而后与导体中处在其平衡位置附近热运动的正离子碰撞又减速,且这种现象连续不断发生，碰撞中电子将电场加速获得的能量传递给正离子，宏观上表现为通电导体的发热。
因此电子定向移动的速率是电子在加速和减速后的一个平均速率、且不随时间变化。
2.电场传导速率有上述1可知，通电导体中自由电子定向移动的速率并不是电流传导速率，所谓电流传导速率实际上电场传导速率，即等于光速3×108m/s,闭合开关的瞬间，恒定电场和电场力会以光速形成与电源正负极之间,整个电路中各处的自由电子几乎同时定向移动，整个电路也就几乎同时形成了电流.所以，电场传导速率指的是形成恒定电场的速率,也可简单理解成形成电流的速率。
3.自由电子热运动速率常温下金属导体中自由电子热运动的平均速率约为V 热=105m/s,是电子的一种属性，这一数值是约为电子定向移动速率的1010倍，并且自由电子热运动随温度的升高而加剧，平均速率随温度的升高随之增大，于是在相同电压下，在相同的时间内，温度升高，热运动的电子与处在晶格结点上的正离子碰撞次数增多，宏观上表现为电流所受阻碍作用增大了，即材料的电阻率变大。
综上所述，当金属导体中有电流通过时，自由电子定向移动速率、电场传导速率、热运动速率，三者的物理意义、本质及微观机理完全不同，相信大家仔细体会定能很好区分。
二、示例应有[例析1 ]关于电流,，下列说法中正确的是 ( )A.通电导线中自由电子定向移动的速率等于电流的传导速率B.金属导线中电子定向运动的速率越大,导线中的电流强度就越大C.电流强度是个矢量,其方向就是正电荷定向移动的方向D.国际单位制中,电流强度是一个基本物理量,安培是基本单位解析：电流是电荷的定向移动形成的，但电流传导速率实际是电场在电路中传导的速率，等于光速3×108m/s 而并非电子定向移动速度10-5m/s ，故A 项错 。
专题25与电流微观表达式相关问题(解析版)
高考物理100考点最新模拟题千题精练（选修3-1）第二部分 恒定电流专题2.5 与电流微观表达式相关问题一．选择题1．在长度为l ，横截面积为S 、单位体积内自由电子数为n 的金属导体两端加上电压，导体中就会产生匀强电场。
导体内电荷量为e 的自由电子在电场力作用下先做加速运动，然后与做热运动的阳离子碰撞而减速，如此往复……，所以，我们通常将自由电子的这种运动简化成速率为v (不随时间变化)的定向运动。
已知阻碍电子运动的阻力大小与电子定向移动的速率v 成正比，即F f ＝kv (k 是常量)，则该导体的电阻应该等于( )A.kl neS B ．kl ne 2SC.kS nelD ．kS ne 2l【参考答案】B【名师解析】根据题述，将自由电子的这种运动简化成速率为v (不随时间变化)的定向运动，则电子定向移动所受的电场力等于阻力，即eU/l =F f ＝kv. 横截面积为S 、单位体积内自由电子数为n 的金属导体中电流为I=nevS ，由欧姆定律可得则该导体的电阻应该等于R=U/I ，联立解得R=klne 2S ，选项B 正确。
2.一横截面积为S 的铜导线，流经其中的电流为I ，设单位体积的导线中有n 个自由电子，电子的电荷量为q 。
此时电子的定向移动速率为v ，在t 时间内，通过铜导线横截面的自由电子数目可表示为( ) A ．nvSt B ．nvt C.It q D.ItSq【参考答案】AC 【名师解析】在t 时间内，通过铜导线横截面的电荷量Q ＝It ，通过铜导线横截面的自由电子数目可以表示为N ＝Q q ＝Itq ，故C 项正确，D 项错误。
把公式I ＝nqSv 代入N ＝Itq可得N ＝nvSt ，故A 项正确，B 项错误。
3.如图所示为一磁流体发电机的示意图，A 、B 是平行正对的金属板，等离子体(电离的气体，由自由电子和阳离子构成，整体呈电中性)从左侧进入，在t 时间内有n 个自由电子落在B 板上，则关于R 中的电流大小及方向判断正确的是( )A ．I ＝ne t ，从上向下B ．I ＝2net ，从上向下C ．I ＝ne t ，从下向上D ．I ＝2net ，从下向上【参考答案】A【名师解析】 等离子体从左侧进入后，正、负带电粒子在洛伦兹力的作用下，向极板偏转，根据题意，自由电子落在B 板上，阳离子应该落在A 板上，两极板间形成电势差，自由电子会从电势较低的B 板通过导线流经电阻R 回到A 板，根据在t 时间内有n 个自由电子落在B 板上，可知R 中的电流大小I ＝net ，R 中的电流方向为从上向下．4．(2016·荆州质检)在显像管的电子枪中，从炽热的金属丝不断放出的电子进入电压为U 的加速电场，设其初速度为零，经加速后形成横截面积为S 、电流为I 的电子束。
新教材 人教版高中物理必修第三册 第11章 电路及其应用 知识点考点重点难点提炼汇总
第11章电路及其应用1.电源和电流 (1)2.导体的电阻 (5)3.实验：导体电阻率的测量 (9)4.串联电路和并联电路 (15)5.实验：练习使用多用电表 (19)1.电源和电流一、电源1．定义：能够把电子从正极搬运到负极的装置。
2．作用：(1)维持电源正、负极间始终存在电势差。
(2)使电路中的电流能够持续存在。
二、恒定电流1．恒定电场：由稳定分布的电荷所产生的稳定的电场。
2．自由电荷定向移动的平均速率：在恒定电场的作用下，自由电荷定向加速运动，但在运动过程中与导体内不动的粒子不断碰撞，碰撞的结果是大量自由电荷定向移动的平移速率不随时间变化。
3．恒定电流：大小、方向都不随时间变化的电流。
4．电流(1)物理意义：表示电流强弱程度的物理量。
(2)公式：I＝q t 。
(3)单位：在国际单位制中，电流的单位是安培，简称安，符号是A。
常用的电流单位还有毫安(mA)和微安(μA)。
1 mA＝10－3A,1 μA＝10－6 A。
(4)方向：正电荷定向移动的方向规定为电流的方向。
考点1：对电源的理解1．电源的作用(1)从电荷转移的角度看，电源的作用是使电路中的自由电荷持续地定向移动。
(2)从能量转化的角度看，搬运电荷的过程是非静电力做功的过程，从而将其他形式的能转化为电能。
2．形成电流的三种电荷形成电流的三种电荷为自由电子、正离子和负离子，其中金属导体导电时定向移动的电荷是自由电子，液体导电时定向移动的电荷有正离子和负离子，气体导电时定向移动的电荷有自由电子、正离子和负离子。
【例1】 下列关于电源的说法正确的是( )A ．电源的作用是在电源内部把电子由负极搬运到正极，保持两极之间有电压B ．电源把正、负电荷分开的过程是把其他形式的能转化为电势能的过程C ．电荷的移动形成电流D ．只要电路中有电源，电路中就会形成持续的电流B [在电源内部，电源把电子由正极搬运到负极，这一过程要克服静电力做功，把其他形式的能转化为电势能，故选项A 错误，选项B 正确。
高考物理一轮复习教案： 电路的基本概念和规律 Word版含解析
专题八 恒定电流 考纲展示 命题探究考点一 电路的基本概念和规律基础点知识点1 电流和电阻 1．电流 (1)形成①导体中有能够自由移动的电荷。
②导体两端存在电压。
(2)方向：规定为正电荷定向移动的方向。
电流是标量。
(3)定义式：I ＝qt 。
(4)微观表达式I ＝nqS v 。
(5)单位：安培(安)，符号A,1 A ＝1 C/s 。
2．电阻(1)定义式：R ＝UI。
(2)物理意义：导体的电阻反映了导体对电流的阻碍作用。
3．电阻定律(1)内容：同种材料的导体，其电阻R 与它的长度成正比，与它的横截面积成反比，导体的电阻与构成它的材料有关。
(2)表达式：R ＝ρlS 。
4．电阻率(1)计算式：ρ＝R Sl，单位：Ω·m 。
(2)物理意义：反映导体的导电性能，是表征材料性质的物理量。
(3)电阻率与温度的关系。
①金属：电阻率随温度升高而增大。
②半导体：电阻率随温度升高而减小。
③一些合金：几乎不受温度的影响。
④超导体：当温度降低到绝对零度附近时，某些材料的电阻率突然减小为零，成为超导体。
知识点2 欧姆定律和伏安特性曲线 1．欧姆定律(1)内容：导体中的电流跟导体两端的电压成正比，跟导体的电阻成反比。
(2)表达式：I ＝UR 。
(3)适用范围①金属导电和电解液导电(对气体导电不适用)。
②纯电阻电路(不含电动机、电解槽的电路)。
2．导体的伏安特性曲线(1)I -U 图线：以电流为纵轴、电压为横轴画出导体上的电流随电压的变化曲线，如图所示。
(2)比较电阻的大小：图线的斜率I U ＝1R ，图中R 1＞R 2(选填“＞”“＜”或“＝”)。
(3)线性元件：伏安特性曲线是直线的电学元件，适用于欧姆定律。
(4)非线性元件：伏安特性曲线为曲线的电学元件，不适用于欧姆定律。
知识点3 电功、电功率、焦耳定律 1．电功(1)定义：导体中的自由电荷在电场力作用下定向移动，电场力做的功称为电功。
(2)公式：W ＝qU ＝UIt 。
电导体中电子流动速度较慢但信息传递速度快
电导体中电子流动速度较慢但信息传递速度快电导体是指能够传递电流的物质，也就是具有良好的电导性能的物质。
在电导体中，电子是主要的载流子，它们在电场的驱动下流动，形成电流。
然而，电子在电导体中的流动速度相对较慢，与我们通常理解的物质运动速度相比较慢。
但是，尽管电子流动速度较慢，电导体中的信息传递速度却非常快。
首先，我们来了解一下电子在电导体中的流动速度为何较慢。
电子的运动速度受到多种因素的影响，其中包括电场力和碰撞力。
当一个电源施加电势差，即电压，在电导体两端时，电场力将作用于电子，使它们加速运动。
然而，在电导体中，电子与其它原子、离子及杂质之间会发生碰撞，这些碰撞会使电子的运动速度减小。
另外，电导体中电子之间也会发生相互碰撞，进一步导致电子流动速度的减慢。
因此，电导体中的电子流动速度较慢。
虽然电子流动速度较慢，但电导体中的信息传递速度却非常快。
这是由于信息的传递在电导体中是通过电子间的相互作用来实现的。
当一个电子受到电场力加速后，它会与周围的电子相互作用，并将这个激发传递给它的邻近电子。
这样，一个激发在电导体中快速传递，从而实现了信息的传递。
因此，尽管电子流动速度较慢，电导体中的信息传递速度却非常快。
这种快速的信息传递速度在电导体中有着广泛的应用。
例如，在电子器件中，信息的传递速度是衡量器件性能的重要指标之一。
由于电导体中的电子流动速度较慢，这使得电子器件可以灵活地控制电子的运动，并实现对信息的高速传递。
这种特性在现代的电信通信、计算机和无线通信等领域中得到了广泛的应用。
此外，电子的流动速度较慢也保证了电导体中电场的均匀分布。
当一个电场施加到电导体中时，由于电子的流动速度很慢，电场可以迅速地在整个电导体中建立起来。
这种均匀分布的电场使得电导体中的电流可以均匀地流动，从而保证了电流的稳定性和可靠性。
总结一下，电导体中电子流动速度较慢，这是由于电子在电导体中受到碰撞等因素的影响。
然而，尽管电子流动速度较慢，电导体中的信息传递速度却非常快，这是因为信息的传递是通过电子间的相互作用来实现的。
电子运动速度
电子运动速度一览比较电子速度问题的研究，对知识的结合与提高，有很大益处．(下面材料全来自科普或教材，仅供参考。
)一、阴极射线的速度阴极射线是由带负电的微粒组成，即阴极射张就是电子流．让这些电子流垂直进入互相垂直的匀强电场和匀强磁场中，改变电场强度或磁感应强度的大小，使这些带负电微粒运动方向不变，这时电场力eE恰好等于磁场力eBv，即eE=eBv，从而得出电子运动速度v=E/B。
1894年汤姆逊利用此方法测得阴极射线的速度是光速的1/1500，约2×105米/秒．二、电子绕核运动速度在原子核式结构的发现中，提到电子没有被原子核吸到核上，是因为它以很大的速度绕核运动，这个速度有多大呢？按玻尔理论，氢原子核外电子的可能轨道是rn=n2r1，r1=0.53×10-10米。
根据电子绕核运动的向心力等于电子与核间的库仑力，可计算电子绕核的速度v=((ke2)/(mr1))1/2 ，代入数据得v1=2.2×106米/秒，同理可得电子在第二、第三能级上的运动速度v2=1.1×106米/秒;v3=0.73×106米/秒．从以上数字可知，电子离核越远其速度越小．三、光电子速度在光的照射下从物体发出电子的现象叫做光电效应．发射出来的电子叫光电子，光电子的速度有多大呢？由爱因期坦光电效应方程mv2/2=hυ-W，可以计算出电子逸出的最大速度，如铯的逸出功是3.0×10-19焦，用波长是0。
5890微米的黄光照射铯，光电效应方程与υ=c/λ联立可求出电子从铯表面飞出的最大初速度vm=((2/m)·((ch/λ)-W))1/2，代数字得vm=2.9×105米/秒．如果用波长更短的光照射铯，电子飞出铯表面的速度还会更大．从而得知，不同的光照射不同的物质，发生光电效应时电子飞出的最大速度也不同．四、金属导体中自由电子热运动的平均速率因为自由电子可以在金属晶格间自由地做无规则热运动，与容器中的气体分子很相似，所以这些自由电子也称为电子气．根据气体分子运动论，电子热运动的平均速率v=((8kT)/(πm))1/2，式中k是玻耳兹常数，其值为1.38×10-23焦/开，m是电子质量，大小为0.91×10-30千克，T是热力学温度，设t=27℃，则T=300K，代入以上公式可得v=1.08×105米/秒．五、金属导体中自由电子的定向移电速率设铜导线单位体积内的自由电子数为n，电子定向移动为v，每个电子带电量为e，导线横截面积为S．则时间t内通过导线横截面的自由电子数N=nvtS，其总电量Q=Ne=nvtSe．根据I=Q/t得v=I/neS，代入数字可得v=7.4×10-5米/秒，即0.74毫米/秒．从以上数据可知，自由电子在导体中定向移动速率（约10-4米/秒）比自由电子热运动的平均速率（约10105米／秒）少约1/109倍．这说明电流是导体中所有自由电子以很小的速度运动所形成的．这是为什么呢？金属导体中自由电子定向移动速度虽然很小，但是它是叠加在巨大的电子热运动速率之上的．正象声速很小，如将声音转换成音频信号载在高频电磁波上，其向外传播的速度等于光速（c=3×108米/秒）．电流的传导速率（等于电场传播速率）却是很大的（等于光速）．六、自由电子在交流电路中的运动速率当金属中有电场时，每个自由电子都将受到电场力的作用，使电子沿着与场强相反的方向相对于晶格做加速的定向运动．这个加速定向运动是叠加在自由电子杂乱的热运动之上的．对某个电子来说，叠加运动的方向是很难确定的．但对大量自由电子来说，叠加运动的定向平均速度方向是沿着电场的反方向．电场大小变化或电场方向改变，其平均速度大小和方向都变化．对50赫的交流电而言，可推导出自由电子的定向速度v=-(e εmτ/m)sin(t-ψ)，τ为自由电子晶格碰撞时间，其数量级为10-14秒．所受到的合力F=-2eεmsin(ψ/2)cos(ωt-ψ/2)，即电子所受的力满足F=-kx．这说明自由电子在交流电路中是做简谐运动．其电子定向运动的最大速率为：vm=eεmτ/m≈10-4米/秒，振幅约为10-6米．七、打在电视荧光屏上的电子速度其实电视机与示波管的基本原理是相同的，故电子在电视荧光屏上的速度，也可根据带电粒子在匀强电场中的运动规律mv2=eU求出．以黄河47cm彩电为例，其加速电压按120伏计算，电子打在荧光屏上的速度v=(2eU/m)1/2，代入数字得v=6.5×106米/秒．八、打在对阴极上的电子速度伦琴射线产生时：“炽热钨丝发出的电子在电场的作用下以很大的速度射到对阴极上．”设伦琴射线管阴阳两极接高压为10万伏，则电子在电场力作用下做加速运动，求其速度用mv2=eU公式显然是不行的．因为电子质量随其速度增大而增大，故需用相对论质量公式代入上式求出，即mv2/(2×(1-v1/2/c1/2)1/2)代入数字得v=6.5×106米/秒．九、射线的速度天然放射性元素中，研究β射线在电场和磁场中的偏转情况，证明了β射线是高速运动的电子流。
电子运动速度
电子运动速度一览比较电子速度问题的研究，对知识的结合与提高，有很大益处．(下面材料全来自科普或教材，仅供参考。
)一、阴极射线的速度阴极射线是由带负电的微粒组成，即阴极射张就是电子流．让这些电子流垂直进入互相垂直的匀强电场和匀强磁场中，改变电场强度或磁感应强度的大小，使这些带负电微粒运动方向不变，这时电场力eE恰好等于磁场力eBv，即eE=eBv，从而得出电子运动速度v=E/B。
1894年汤姆逊利用此方法测得阴极射线的速度是光速的1/1500，约2×105米/秒．二、电子绕核运动速度在原子核式结构的发现中，提到电子没有被原子核吸到核上，是因为它以很大的速度绕核运动，这个速度有多大呢？按玻尔理论，氢原子核外电子的可能轨道是rn=n2r1，r1=0.53×10-10米。
根据电子绕核运动的向心力等于电子与核间的库仑力，可计算电子绕核的速度v=((ke2)/(mr1))1/2 ，代入数据得v1=2.2×106米/秒，同理可得电子在第二、第三能级上的运动速度v2=1.1×106米/秒;v3=0.73×106米/秒．从以上数字可知，电子离核越远其速度越小．三、光电子速度在光的照射下从物体发出电子的现象叫做光电效应．发射出来的电子叫光电子，光电子的速度有多大呢？由爱因期坦光电效应方程mv2/2=hυ-W，可以计算出电子逸出的最大速度，如铯的逸出功是3.0×10-19焦，用波长是0。
5890微米的黄光照射铯，光电效应方程与υ=c/λ联立可求出电子从铯表面飞出的最大初速度vm=((2/m)·((ch/λ)-W))1/2，代数字得vm=2.9×105米/秒．如果用波长更短的光照射铯，电子飞出铯表面的速度还会更大．从而得知，不同的光照射不同的物质，发生光电效应时电子飞出的最大速度也不同．四、金属导体中自由电子热运动的平均速率因为自由电子可以在金属晶格间自由地做无规则热运动，与容器中的气体分子很相似，所以这些自由电子也称为电子气．根据气体分子运动论，电子热运动的平均速率v=((8kT)/(πm))1/2，式中k是玻耳兹常数，其值为1.38×10-23焦/开，m是电子质量，大小为0.91×10-30千克，T是热力学温度，设t=27℃，则T=300K，代入以上公式可得v=1.08×105米/秒．五、金属导体中自由电子的定向移电速率设铜导线单位体积内的自由电子数为n，电子定向移动为v，每个电子带电量为e，导线横截面积为S．则时间t内通过导线横截面的自由电子数N=nvtS，其总电量Q=Ne=nvtSe．根据I=Q/t得v=I/neS，代入数字可得v=7.4×10-5米/秒，即0.74毫米/秒．从以上数据可知，自由电子在导体中定向移动速率（约10-4米/秒）比自由电子热运动的平均速率（约10105米／秒）少约1/109倍．这说明电流是导体中所有自由电子以很小的速度运动所形成的．这是为什么呢？金属导体中自由电子定向移动速度虽然很小，但是它是叠加在巨大的电子热运动速率之上的．正象声速很小，如将声音转换成音频信号载在高频电磁波上，其向外传播的速度等于光速（c=3×108米/秒）．电流的传导速率（等于电场传播速率）却是很大的（等于光速）．六、自由电子在交流电路中的运动速率当金属中有电场时，每个自由电子都将受到电场力的作用，使电子沿着与场强相反的方向相对于晶格做加速的定向运动．这个加速定向运动是叠加在自由电子杂乱的热运动之上的．对某个电子来说，叠加运动的方向是很难确定的．但对大量自由电子来说，叠加运动的定向平均速度方向是沿着电场的反方向．电场大小变化或电场方向改变，其平均速度大小和方向都变化．对50赫的交流电而言，可推导出自由电子的定向速度v=-(e εmτ/m)sin(t-ψ)，τ为自由电子晶格碰撞时间，其数量级为10-14秒．所受到的合力F=-2eεmsin(ψ/2)cos(ωt-ψ/2)，即电子所受的力满足F=-kx．这说明自由电子在交流电路中是做简谐运动．其电子定向运动的最大速率为：vm=eεmτ/m≈10-4米/秒，振幅约为10-6米．七、打在电视荧光屏上的电子速度其实电视机与示波管的基本原理是相同的，故电子在电视荧光屏上的速度，也可根据带电粒子在匀强电场中的运动规律mv2=eU求出．以黄河47cm彩电为例，其加速电压按120伏计算，电子打在荧光屏上的速度v=(2eU/m)1/2，代入数字得v=6.5×106米/秒．八、打在对阴极上的电子速度伦琴射线产生时：“炽热钨丝发出的电子在电场的作用下以很大的速度射到对阴极上．”设伦琴射线管阴阳两极接高压为10万伏，则电子在电场力作用下做加速运动，求其速度用mv2=eU公式显然是不行的．因为电子质量随其速度增大而增大，故需用相对论质量公式代入上式求出，即mv2/(2×(1-v1/2/c1/2)1/2)代入数字得v=6.5×106米/秒．九、射线的速度天然放射性元素中，研究β射线在电场和磁场中的偏转情况，证明了β射线是高速运动的电子流。
2024年高二暑假985培优讲义：第06讲电源和电流、导体的电阻(含解析)
2024年高二暑假985培优讲义:第06讲电源和电流、导体的电阻(含解析)第06讲电源和电流、导体的电阻*学号目标彳1.理解电源和电流、导体的电阻的概念、定义式、单位2.掌握不同情况下电流和电阻的计算|函基础知厂：---------------------IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII-----------------------【基础知识】一、电源1.定义：电源是能不断把电子从正极搬运到负极的装置。
2.作用:(1)移送电荷，使电源正、负极间有一定的电势差。
(2)使电路中有持续的电流。
二、恒定电流1.恒定电场：(1)由稳定分布的电荷所产生的稳定的电场。
(2)形成:当电路达到稳定时，导线中的电场是由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成的。
(3)特点:任何位置的电荷分布和电场强度都不随时间变化。
2.恒定电流:大小、方向都不随时间变化的电流。
三、对电流的理解1.电流的形成：(1)形成原因：电荷的定向移动。
(2)形成条件：导体两端有电压。
⑶电路中产生持续电流的条件：电路中有电源且电路闭合。
2.电流的方向规定正电荷定向移动的方向为电流的方向，则负电荷定向移动的方向与电流的方向相反，金属导体中自由移动的电荷是自由电子，故电流的方向与自由电子定向移动的方向相反。
3.电流的大小⑴定义式：/=3(3)电解液中正、负离子定向移动的方向虽然相反，但正、负离子定向移动形成的电流方向是相同的，应用/=为时，q为正电荷总电荷量和负电荷总电荷量的绝对值之和。
4.电流是标量：电流虽然有方向但是它遵循代数运算法则，电流不是矢量而是标量。
四、电流的微观表达式1.推导过程：⑴情境。
如图所示,沥表示粗细均匀的一段导体，两端加一定的电压，导体中的自由电荷沿导体定向移动的速率为K,设导体的长度为』，横截面积为S,导体单位体积内的自由电荷数为n,每个自由电荷的电荷量为q。
(2)推导：导体力合中的自由电荷总数N f LS,总电荷量Q=NqrLSq,所有这些电荷都通过横截Q*q二nqSv。
金属中电子的热运动速度和定向移动速度
金属中电子的热运动速度和定向移动速度金属导体中的导电机理是自由电子的定向移动。
金属中的正离子构成金属的晶体点阵，自由电子在晶格间做无规则的热运动。
在导体两端加上电压后，自由电子受到电场的作用，在无规则的热运动上又加上一个定向运动，因而产生电流。
自由电子的定向运动不是简单的匀速直线运动，而是在电场力作用下的加速运动，同时又不断地跟正离子碰撞，使定向运动遭到破坏，然后在电场力作用下再加速，再碰撞。
从大量自由电子运动的宏观效果来看，可以认为它们是以平均速率υ做定向运动。
自由电子热运动的平均速率是很大的。
根据金属经典电子理论，电子的热运动和气体分子运动一样，电子热运动的平均速率m kT u π8=，式中 k 是玻尔兹曼常量，k =1.38 × 10－23J/K ；m 是电子的质量，m ＝0.91×10－30kg ，T 是热力学温度。
由公式可算出，当t =27℃，即T ＝300 K 时，30231091.014.33001038.18--⨯⨯⨯⨯⨯=u m/s=1.08×105m/s 自由电子定向运动的平均速率是很小的。
假定金属导体单位体积内的电子数为n ，电子电荷量为e ，电子定向运动的速率为υ，在△t 时间内通过导体横截面S 的电子数就是nS υ△t ，通过此横截面S 的电荷量△q =enS υ△t ，导体中的电流I =t q ∆∆= enS υ，由此可推出电子定向运动的平均速率enSI =。
以铜为例，铜单位体积内的电子数n =8.4×1022/cm3，e ＝1.6×10－19C 。
直径l mm 的铜导线，通过的电流是1A 时，由上面的公式可算出这时自由电子定向运动的平均速率υ=7.4×10－5m/s 。
可见自由电子定向运动的平均速率是很小的。
选自人民教育出版社高中物理选修3－1《教师教学用书》。
高中物理每日一点十题之电流的微观表达式的推导及应用
高中物理每日一点十题之电流的微观表达式的推导及应用一知识点如图所示，AD 表示粗细均匀的一段长为l 的导体，两端加一定的电压，导体中的自由电荷沿导体定向移动的速率为v ，设导体的横截面积为S ，导体单位体积内的自由电荷数为n ，每个自由电荷的电荷量大小为q.导体内电流I 多大？推导：导体AD 内的自由电荷全部通过横截面D 所用的时间vlt = .导体AD 内的自由电荷总数N ＝nlS 总电荷量Q ＝Nq ＝nlSq此导体中的电流nqSv＝vl Sv n ＝tQ ＝I l . 说明 电流传导速率、电子定向移动速率、电子热运动速率的区别：(1)电流传导速率等于光速，电路一接通，导体中的电子立即受到静电力作用而定向移动形成电流.(对整体而言)(2)电子定向移动速率，其大小与电流有关，平均每秒移动10－4 m.(对每个电子而言) (3)电子热运动速率，任何微观粒子都做无规则运动，其速度与温度有关，电子无规则热运动的速率约为105 m/s.十道练习题（含答案）一、单选题（共8小题）1. 有甲、乙两导体，甲的横截面积是乙的2倍，而单位时间内通过乙导体横截面的电荷量是甲的2倍，以下说法正确的是( )A. 通过甲、乙两导体的电流相同B. 通过乙导体的电流是甲的2倍C. 乙导体中自由电荷定向移动的速率是甲的2倍D. 甲、乙两导体中自由电荷定向移动的速率相等2. 关于电流，下列说法正确的是( )A. 单位时间内通过导体某一横截面的电荷量越多，导体中的电流越大B. 电子定向运动的速率越大，电流越大C. 单位体积内的自由电子数越少，电流越大D. 因为电流有方向，所以电流是矢量3. 某根导线的横截面积为S，通过的电流为I.已知该导线材料的密度为ρ，摩尔质量为M，电子的电荷量为e，阿伏加德罗常数为N A，设每个原子只提供一个自由电子，则该导线中自由电子定向移动的平均速率为( )A. MIρN A Se B. MIN AρSeC. IN AMρSeD. IN A SeMρ4. 铜的摩尔质量为m，密度为ρ，每摩尔铜原子有n个自由电子，每个自由电子的电荷量为e，今有一根横截面积为S的铜导线，通过导线的电流为I时，电子定向移动的平均速率为( )A. 光速cB. IneS C. ρIneSmD. mIneSρ5. 一横截面积为S的铜导线，设每单位体积的导线中有n个自由电子，电子的电荷量为e，在时间t 内通过导线横截面的自由电子数为N，则自由电子定向移动的速率为( )A. NnSt B. NenStC. NneStD. NtneS6. 如图所示为一质量分布均匀的长方体金属导体，在导体的左右两端加一恒定的电压，使导体中产生一恒定电流，其电流的大小为I.已知导体左侧的横截面积为S，导体中单位长度的自由电子数为n，自由电子热运动的速率为v0，自由电子的电荷量用e表示，真空中的光速用c表示．假设自由电子定向移动的速率为v，则( )A. v＝v0B. v＝IneS C. v＝c D. v＝Ine7. 一段粗细均匀的铜导线的横截面积是S，导线单位长度内的自由电子数为n，铜导线内的每个自由电子所带的电荷量为e，自由电子做无规则热运动的速率为v0，导线中通过的电流为I.则下列说法正确的是( )A. 自由电子定向移动的速率为v0B. 自由电子定向移动的速率为v＝IneSC. 自由电子定向移动的速率为真空中的光速cD. 自由电子定向移动的速率为v＝Ine8. 当导体中有电流通过时，下列说法正确的是( )A. 电子定向移动速率接近光速B. 电子定向移动速率即电场传导速率C. 电子定向移动速率即电子热运动速率D. 在金属导体中，自由电子只不过在速率很大的无规则热运动上附加一个速率很小的定向移动二、多选题（共2小题）9. 有一横截面积为S的铜导线，流经其中的电流为I；设每单位体积的铜导线中有n个自由电子，电子的电荷量为e，此电子定向移动的速率为v，则在Δt时间内，通过铜导线横截面的自由电子数目可表示为( )A. nvSΔtB. nvΔtC. IΔte D. IΔtSe10. 如图是某品牌电动汽车的标识牌，以下说法正确的是( )A.该电池的容量为60 A·hB.该电池以6 A的电流放电，可以工作10 hC.该电池以6 A的电流放电，可以工作60 hD.该电池充完电可贮存的电荷量为60 C1. 【答案】B【解析】由于单位时间内通过乙导体横截面的电荷量是甲的2倍，因此通过乙导体的电流是甲的2倍，故A错，B对．由于I＝nqSv，所以v＝InqS，由于不知道甲、乙两导体的性质(n、q不知道)，所以无法判断v，故C、D错．2. 【答案】A【解析】单位时间内通过导体横截面的电荷量表示电流，所以A正确；由I＝neSv可知电流与电子定向运动的速率、单位体积内的自由电子数，导体的横截面积都有关，B、C错误；电流虽然有方向，但电流是标量，D错误．3. 【答案】A【解析】设自由电子定向移动的平均速率为v，导线中自由电子从一端定向移动到另一端所用时间为t，每个原子只提供一个自由电子，则导线中原子数与自由电子数相等，为n＝ρSveMN A.t时间内通过导线横截面的电荷量为q＝ne，则电流强度I＝qt ＝ρSveN AM，解得v＝MIρSN A e，故选项A正确．4. 【答案】D【解析】设电子定向移动的平均速率为v，导线中自由电子从一端定向移动到另一端所用时间为t，则这段导线长度为vt，体积为vtS.质量为ρvtS.导线中自由电子数n′＝ρvtSmn，电荷量q＝n′e.由I＝qt ＝ρvtSnemt得v＝mIneSρ，D正确．5. 【答案】A【解析】在t时间内能通过某一横截面的自由电子处于长度为vt的导线内，此导线内的自由电子数为N＝nvSt，所以自由电子定向移动的速率v＝NnSt，故A正确．6. 【答案】D【解析】设导体中自由电子从一端定向移动到另一端所用时间为t，则这段导线长为vt，这段导线的电荷量为q＝nvte，由I＝qt ＝nvtet＝nev.解得v＝Ine，D正确．7. 【答案】D【解析】v0为自由电子做无规则热运动的速率，不是定向移动的速率，故A错误；对于电流微观表达式I＝nqSv，式中n为单位体积内的自由电子数，而本题中n为单位长度内的自由电子数，若设自由电子定向移动的速率为v，则t时间内通过导线某一横截面的自由电子数为nvt，电荷量q＝nvte，所以电流I＝qt ＝nev，求得v＝Ine，故B、C错误，D正确．8. 【答案】D【解析】电子定向移动的速率很小，电场的传导速率与光速差不多．在金属导体中，自由电子只不过在速率很大的无规则热运动上附加了一个速率很小的定向移动．故选D.9. 【答案】AC【解析】由电流的定义式I＝qΔt ，得q＝I·Δt，自由电子数目为N＝qe＝IΔte.C正确，D错误.根据电流的微观表达式I＝nevS，自由电子数目为N＝IΔte ＝nevSΔte＝nvSΔt.A正确，B错误.10. 【答案】AB【解析】从题图标识牌可知该电池的容量为60 A·h，即以6 A的电流放电可工作10 h，故A、B正确，C错误；该电池充完电可贮存的电荷量q＝It＝60×3 600 C＝2.16×105 C，故D错误．。
浅谈导体中的电场与电子的运动速率
2012-09教学实践新课标教材物理选修3-1“导体中的电场和电流”（P 41）这一节中，有这样一段话“由于恒定电场中任何位置的电场强度都不随时间变化，所以，自由电子在各个位置的定向运动速率也就不变。
如果我们在这个电路中的某处串联一个电流表，电流表的读数将保持恒定。
我们把大小、方向都不随时间变化的电流称为恒定电流。
”按照课本中描述的情景和学生已获得的物理知识，可以这样来推导：设导体中的电场为E ，则自由电子受到的静电力F 越eE ，自由电子运动的加速度a=eE/m 。
从公式可以看出当电场E 恒定时，加速度a 恒定，即电子在导体中做匀加速运动，电子的速度会越来越大，则导体中电流也就越来越大，这和课本中说的恒定电流是矛盾的。
为什么会得到与课本不一致的结论呢？是课本中的结论不对，还是上面的推导错了？这就要从自由电子说起，对于金属导体中的原子来说，它的最外层的电子（价电子）受到原子核的束缚比较弱，当一个原子的最外层电子受到其他原子的影响时，不再束缚在某个原子核的周围，而是在整块金属中“自由”地运动着。
自由电子也并非真正的自由，电子在运动过程中会与晶体点阵中的原子实发生碰撞。
当存在电场时自由电子在电场力的作用下做定向的加速运动，这种运动不能持续下去，要与晶体点阵的原子实发生碰撞，丧失了定向运动的特征，其运动速度减小。
此后电子又在电场力作用下做定向的加速运动，速度只能增大到与原子实碰撞时的最大速率，而此后又一次与原子实发生碰撞，运动速度又一次减小……所以，电子在电路中的运动是变速运动。
当电压一定时碰撞时的最大速率一定，电子的平均速率一定。
可见，课本中所说的“定向运动速率不变”，应该是自由电子运动过程中的平均速率，平均速率不变，电流当然也是恒定的。
课本中的叙述是“断章取义”，造成了学生对其“误解”，其主要原因是学生对自由电子在金属中的运动情况不甚了解。
原子实：简而言之就是指原子中除了价电子外的其余部分，如钠的原子实就是由原子核和核外10个电子构成。
电化学反应中的电子传输与反应动力学
电化学反应中的电子传输与反应动力学电化学反应是化学反应中较为特殊的一类，它具有显著的电化学性质，因此不仅仅是一个化学反应，还需要考虑电子传输和反应动力学等因素。
本文将详细介绍电化学反应中的电子传输与反应动力学。
一、电子传输在电化学反应中，电子传输是反应进行的核心，也是反应能够发生的原因。
电子传输常见于氧化还原反应，其中电子从电极上转移到溶液中的物质上，从而发生氧化还原反应。
电子传输的速率很快，因为电子具有质量很小、电荷很大、速度很快的特点。
在传导电子的过程中，为了防止电子的散失，电子传输的通路必须是良好的电子导体，如金属电极、导电聚合物等。
在这些导体上，电子通过金属键、离子键等方式进行传输。
电子传输需要遵循一定规律，即按照一定方向传输，否则反应无法进行。
在降低电势的一侧，即负极一侧，电子从电极上释放出来，进入溶液中的物质分子，使其被还原。
而在提高电势的一侧，即正极一侧，溶液分子失去电子，被氧化。
二、反应动力学反应动力学是研究反应速率的学科，也对电化学反应有着重要的影响。
反应动力学告诉我们反应的速率受到哪些因素的影响，如温度、浓度等，从而帮助我们优化反应条件，提高反应效率。
在电化学反应中，反应速率主要受到电极电位、电极材料、溶液浓度、温度等因素的影响。
当这些因素改变时，反应速率也会产生对应的变化。
例如，当电极电位提高时，即提高了反应的斯特恩层数值，反应速率也会提高；当溶液中反应物浓度升高时，反应速率也会随之提高；而随着温度升高，反应速率也会增大，因为高温能够提高反应物的反应能力。
三、应用场景电化学反应具有广泛的应用场景，其中最著名的就是电池。
电池就是一种利用电化学反应，将化学能转化为电能的装置。
电池的原理是将正负两极的电解质或电极材料相隔离，使之电子无法自由传递，使得电子仅能通过外部电路进行传递，从而产生电势差，驱动电器进行工作。
此外，电化学反应还广泛应用于其他领域，如化学分析、电镀、腐蚀防护、电解制氢等。
金属导体中有电流通过时的“三速率”
金属导体中有电流通过时的“三速率”作者：魏万军来源：《课程教育研究·学法教法研究》2018年第30期【中图分类号】G633.7 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2018）30-0172-01在中学物理教学中，涉及金属导电三速率问题时，学生往往思维混乱、张冠李戴。
究其根本原因是对三种速率本质的认识及区分不清所致，现辨析示例如下仅供师生们参考。
一、三速率辨析1.自由电子定向移动速率金属导体中有电流通过时，自由电子定向移动速率很小，约为10-5米/秒，以此速率自由电子通过1m长的导线需要3个多小时！，它是电子在受电场力的作用下，先加速运动，而后与导体中处在其平衡位置附近热运动的正离子碰撞又减速，且这种现象连续不断发生，碰撞中电子将电场加速获得的能量传递给正离子，宏观上表现为通电导体的发热。
因此电子定向移动的速率是电子在加速和减速后的一个平均速率、且不随时间变化。
2.电场传导速率有上述1可知，通电导体中自由电子定向移动的速率并不是电流传导速率，所谓电流传导速率实际上电场传导速率，即等于光速3×108m/s，闭合开关的瞬间，恒定电场和电场力会以光速形成与电源正负极之间，整个电路中各处的自由电子几乎同时定向移动，整个电路也就几乎同时形成了电流.所以，电场传导速率指的是形成恒定电场的速率，也可简单理解成形成电流的速率。
3.自由电子热运动速率常温下金属导体中自由电子热运动的平均速率约为V热=105m/s，是电子的一种属性，这一数值是约为电子定向移动速率的1010倍，并且自由电子热运动随温度的升高而加剧，平均速率随温度的升高随之增大，于是在相同电压下，在相同的时间内，温度升高，热运动的电子与处在晶格结点上的正离子碰撞次数增多，宏观上表现为电流所受阻碍作用增大了，即材料的电阻率变大。
综上所述，当金属导体中有电流通过时，自由电子定向移动速率、电场传导速率、热运动速率，三者的物理意义、本质及微观机理完全不同，相信大家仔细体会定能很好区分。
电子运动速度
电子运动速度一览比较电子速度问题的研究，对知识的结合与提高，有很大益处．(下面材料全来自科普或教材，仅供参考。
)一、阴极射线的速度阴极射线是由带负电的微粒组成，即阴极射张就是电子流．让这些电子流垂直进入互相垂直的匀强电场和匀强磁场中，改变电场强度或磁感应强度的大小，使这些带负电微粒运动方向不变，这时电场力eE恰好等于磁场力eBv，即eE=eBv，从而得出电子运动速度v=E/B。
1894年汤姆逊利用此方法测得阴极射线的速度是光速的1/1500，约2×105米/秒．二、电子绕核运动速度在原子核式结构的发现中，提到电子没有被原子核吸到核上，是因为它以很大的速度绕核运动，这个速度有多大呢？按玻尔理论，氢原子核外电子的可能轨道是rn=n2r1，r1=0.53×10-10米。
根据电子绕核运动的向心力等于电子与核间的库仑力，可计算电子绕核的速度v=((ke2)/(mr1))1/2 ，代入数据得v1=2.2×106米/秒，同理可得电子在第二、第三能级上的运动速度v2=1.1×106米/秒;v3=0.73×106米/秒．从以上数字可知，电子离核越远其速度越小．三、光电子速度在光的照射下从物体发出电子的现象叫做光电效应．发射出来的电子叫光电子，光电子的速度有多大呢？由爱因期坦光电效应方程mv2/2=hυ-W，可以计算出电子逸出的最大速度，如铯的逸出功是3.0×10-19焦，用波长是0。
5890微米的黄光照射铯，光电效应方程与υ=c/λ联立可求出电子从铯表面飞出的最大初速度vm=((2/m)·((ch/λ)-W))1/2，代数字得vm=2.9×105米/秒．如果用波长更短的光照射铯，电子飞出铯表面的速度还会更大．从而得知，不同的光照射不同的物质，发生光电效应时电子飞出的最大速度也不同．四、金属导体中自由电子热运动的平均速率因为自由电子可以在金属晶格间自由地做无规则热运动，与容器中的气体分子很相似，所以这些自由电子也称为电子气．根据气体分子运动论，电子热运动的平均速率v=((8kT)/(πm))1/2，式中k是玻耳兹常数，其值为1.38×10-23焦/开，m是电子质量，大小为0.91×10-30千克，T是热力学温度，设t=27℃，则T=300K，代入以上公式可得v=1.08×105米/秒．五、金属导体中自由电子的定向移电速率设铜导线单位体积内的自由电子数为n，电子定向移动为v，每个电子带电量为e，导线横截面积为S．则时间t内通过导线横截面的自由电子数N=nvtS，其总电量Q=Ne=nvtSe．根据I=Q/t得v=I/neS，代入数字可得v=7.4×10-5米/秒，即0.74毫米/秒．从以上数据可知，自由电子在导体中定向移动速率（约10-4米/秒）比自由电子热运动的平均速率（约10105米／秒）少约1/109倍．这说明电流是导体中所有自由电子以很小的速度运动所形成的．这是为什么呢？金属导体中自由电子定向移动速度虽然很小，但是它是叠加在巨大的电子热运动速率之上的．正象声速很小，如将声音转换成音频信号载在高频电磁波上，其向外传播的速度等于光速（c=3×108米/秒）．电流的传导速率（等于电场传播速率）却是很大的（等于光速）．六、自由电子在交流电路中的运动速率当金属中有电场时，每个自由电子都将受到电场力的作用，使电子沿着与场强相反的方向相对于晶格做加速的定向运动．这个加速定向运动是叠加在自由电子杂乱的热运动之上的．对某个电子来说，叠加运动的方向是很难确定的．但对大量自由电子来说，叠加运动的定向平均速度方向是沿着电场的反方向．电场大小变化或电场方向改变，其平均速度大小和方向都变化．对50赫的交流电而言，可推导出自由电子的定向速度v=-(e εmτ/m)sin(t-ψ)，τ为自由电子晶格碰撞时间，其数量级为10-14秒．所受到的合力F=-2e εmsin(ψ/2)cos(ωt-ψ/2)，即电子所受的力满足F=-kx．这说明自由电子在交流电路中是做简谐运动．其电子定向运动的最大速率为：vm=eεmτ/m≈10-4米/秒，振幅约为10-6米．七、打在电视荧光屏上的电子速度其实电视机与示波管的基本原理是相同的，故电子在电视荧光屏上的速度，也可根据带电粒子在匀强电场中的运动规律mv2=eU求出．以黄河47cm彩电为例，其加速电压按120伏计算，电子打在荧光屏上的速度v=(2eU/m)1/2，代入数字得v=6.5×106米/秒．八、打在对阴极上的电子速度伦琴射线产生时：“炽热钨丝发出的电子在电场的作用下以很大的速度射到对阴极上．”设伦琴射线管阴阳两极接高压为10万伏，则电子在电场力作用下做加速运动，求其速度用mv2=eU公式显然是不行的．因为电子质量随其速度增大而增大，故需用相对论质量公式代入上式求出，即mv2/(2×(1-v1/2/c1/2)1/2)代入数字得v=6.5×106米/秒．九、射线的速度天然放射性元素中，研究β射线在电场和磁场中的偏转情况，证明了β射线是高速运动的电子流。
初中物理欧姆定律动态电路分析
初中物理欧姆定律动态电路分析欧姆定律是描述电流、电压和电阻之间关系的基本定律，它在动态电路分析中具有重要的作用。
在本文中，我们将详细介绍欧姆定律的含义、应用以及相关的原理和实验。
欧姆定律的基本表述是：“在恒定温度下，电流通过一条导体的大小与导体两端的电压成正比，与导体的电阻成反比。
”即I=U/R，其中I表示电流，U表示电压，R表示电阻。
这个简单的公式告诉我们，当电阻固定时，电流与电压成正比；当电压固定时，电流与电阻成反比。
根据欧姆定律，我们可以进行各种动态电路分析。
例如，在串联电路中，多个电阻依次连接，电流在电路中的路径是唯一的。
根据欧姆定律，我们可以根据已知的电阻和电压，计算出每个电阻上的电流，从而分析整个电路的性质。
并联电路中，多个电阻并在一起，电流分流在各个电阻上。
根据欧姆定律，我们可以根据已知的电阻和电压，计算出整个电路中的总电流，从而分析整个电路的性质。
此外，欧姆定律还可以用于计算功率和能量。
功率是单位时间内能量的转移速率，它与电流和电压的乘积成正比。
根据欧姆定律，我们可以通过电流和电压计算出电路中的功率。
欧姆定律的原理是基于电子在导体中的运动。
导体内的电子受到电压的作用产生电场力，电子在电场力的作用下发生加速运动，电子在导体中传递能量，形成电流。
而电子在导体中的运动又受到电阻的阻碍，电子与离子或其他电子碰撞产生散射，导致电子的速度减小和能量的损失。
因此，电流与电压成正比，与电阻成反比。
为了验证欧姆定律，我们可以进行实验。
实验中，我们需要一个恒流源、一个电阻和一个电压表。
首先，我们将电阻与电压表连接在一起，然后再将电阻连接到恒流源的输出端。
通过改变恒流源的大小，我们可以测量不同大小的电压和电流，并计算出它们之间的比值。
实验结果应该接近电阻的阻值，验证了欧姆定律的准确性。
总结起来，欧姆定律在动态电路分析中是非常重要的基本定律。
它描述了电流、电压和电阻之间的关系，并且可以用于计算功率和能量。
饱和迁移率 -回复
饱和迁移率-回复饱和迁移率：理解和应用引言：在电子学和材料科学领域中，饱和迁移率是一个重要的概念。
它是描述电子在导体中的移动速率的指标，直接影响了半导体器件的性能。
本文将一步一步回答关于饱和迁移率的问题，包括定义、测量方法、影响因素和应用领域。
一、概念定义：饱和迁移率是指在高电场强度下，电子在导体中移动时的最大速率。
它是电子流动速度与电场强度之间的比例关系。
通常用cm^2/(V·s)来表示。
饱和迁移率的上限是材料内较高迁移率的载流子的迁移率，例如电子在硅中的饱和迁移率是1417 cm^2/(V·s)。
二、测量方法：测量饱和迁移率的方法有多种，其中比较常见的是霍尔效应测量方法。
该方法通过施加外加电场，测量材料中的霍尔电压和电流，从而得到饱和迁移率。
另外还有四探针法等其他方法也可用于测量饱和迁移率。
三、影响因素：饱和迁移率受到多种因素的影响，以下是一些常见的影响因素：1. 材料类型：不同材料的饱和迁移率有很大差异。
例如，硅的饱和迁移率比锗的要高。
2. 温度：温度对饱和迁移率有很大影响。
一般情况下，随着温度的升高，饱和迁移率会下降。
3. 晶格结构：晶格结构的缺陷和杂质会影响饱和迁移率。
例如，晶格缺陷会散射电子而降低迁移率。
4. 掺杂浓度：材料的掺杂浓度会对饱和迁移率产生影响。
适量的掺杂可以提高迁移率，但过高的掺杂会导致杂质散射，降低迁移率。
四、应用领域：饱和迁移率在半导体器件设计和优化中有广泛的应用，以下是一些常见的应用领域：1. MOSFET器件设计：饱和迁移率是MOSFET性能的关键参数之一。
通过调整材料的迁移率，可以优化MOSFET的开关速度和功耗。
2. 激光器和光伏器件：饱和迁移率对于光伏器件的效率和激光器的增益有很大影响。
合理选择材料并提高饱和迁移率，可以提高这些器件的性能。
3. 高频电子器件：饱和迁移率对于高频电子器件的工作速度起着重要作用。
增加饱和迁移率可以提高高频器件的性能指标，如功率增益和频率响应。
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新课标教材在“导体中的电场和电流”这一节中提供了如下一个例题：
例有一条横截面积mm2的铜导线，通过的电流A。
已知铜的密度
kg/m3，铜的摩尔质量kg/mol，阿伏加德罗常数
mol-1，电子的电量C。
求铜导线中自由电子定向移动的速率。
课本给出了本例题的详细解答过程，解答里有这样一段话：
最后代入数值得：m/s。
按照这个例题得出的速率，自由电子通过一条1m长的导线需要3个多小时！
很多学生看到这个答案后都不敢相信：电子的速率怎么可能这么小呢？是不是教材给的例题出错了？其实，这里有两个概念学生给混淆了，即自由电子热运动的平均速率和通电时导线中自由电子定向移动的速率。
常温下，金属中自由电子热运动的平均速率约为m/s，从这个数字看，它是远远大
于自由电子在导线中定向移动的速率的。
同样都是在导线中运动，两者为什么会有这么大的差别呢？两者又该如何理解呢？要说明这个问题，还要从金属导电的机制谈起。
首先让我们来定性地描述一下金属导电的微观图象。
当导体内没有电场时，从微观角度上看，导体中的自由电荷都在做无规则的热运动，它们的运动方向是杂乱无章的，在没有外电场或其它原因（如电子数密度或温度的梯度）的情况下，它们朝任何一方运动的几率都一样。
因此从宏观角度上看，自由电子的无规则热运动没有集体定向的效果，因此并不形成电流。
自由电子在做热运动的同时，还不时地与晶体点阵上的原子实碰撞，所以每个自由电子的轨迹都是一条迂回曲折的折线。
当有电场时，每个自由电子都将受到电场力的作用，使电子沿着与场强相反的方向相对于晶格做加速的定向运动．这个加速定向运动是叠加在自由电子杂乱的热运动之上的．对某个电子来说，叠加运动的方向是很难确定的．但对大量自由电子来说，叠加运动的定向平均速度方向是沿着电场的反方向。
这时可认为自由电子的总速度是由它的热运动速度和因电场产生的附加定向速度两部分组成，而前者的矢量平均仍为零，后者的平均叫做漂移速度，也就是我们开头题目中所求的定向移动速度，正是这种宏观上的漂移运动形成了宏观电流。
当存在电场时，自由电子在电场中获得的加速度为。
由于与晶体点阵的碰撞，自由电子定向速度的增加受到了限制；电子与晶体点阵碰撞后将沿什么方向散射，具有很大的偶然性。
我们可以假设，电子碰撞后散射的速度沿各方向的几率相等，即这时电子完全丧失了定向运动的特征，其定向速度等于零。
此后电子在电场力的作用下又从零开始作匀加速运动，直到下次碰撞。
就这样，自由电子在运动的过程中不断地和晶体点阵上的原子实碰撞，在碰撞时把定向运动能传递给原子实，使它的热运动加剧，因而导体的温度就升高，也就是说，导体就发热了，所以从这里也可以看出，“电阻”所反映的是自由电子与晶体点阵上的原子实碰撞造成对电子定向运动的破坏作用，这也是电阻元件中产生焦耳热的原因。
其实，电子在不同情况下的运动速率也是不同的，课本上例题中所求的运动速率，并不是我们通常认为的单个电子热运动的平均速率，大量电子定向移动的平均速率才是题目所要求的。