金属导体导电时的三个速率
金属的导电性与导热性.
金属的导电性与导热性姓名：马丽萍物理教育 Z1101班金属的导电性与导热性物理系Z1101班马丽萍一、导电性物体传导电流的能力叫做导电性。
各种金属的导电性各不相同，通常银的导电性最好，其次是铜和金。
固体的导电是指固体中的电子或离子在电场作用下的远程迁移，通常以一种类型的电荷载体为主，如：电子导电，以电子载流子为主体的导电；离子导电，以离子载流子为主体的导电；混合型导体，其载流子电子和离子兼而有之。
除此以外，有些电现象并不是由于载流子迁移所引起的，而是电场作用下诱发固体极化所引起的，例如介电现象和介电材料等。
1.1 导电的概述导电即是让电流通过1.2导电性的解释物体导电的能力。
一般来说金属、半导体、电解质和一些非金属都可以导电。
非电解质物体导电的能力是由其原子外层自由电子数以及其晶体结构决定的，如金属含有大量的自由电子，就容易导电，而大多数非金属由于自由电子数很少，故不容易导电。
石墨导电，金刚石不导电，这就是晶体结构原因。
电解质导电是因为离子化合物溶解或熔融时产生阴阳离子从而具有了导电性。
1.3理论由来最早的金属导电理论是建立在经典理论基础上的特鲁德一洛伦兹理论。
假定在金属中存在有自由电子，它们和理想气体分子一样，服从经典的玻耳兹曼统计，在平衡条件下，虽然它们在不停地运动，但平均速度为零。
有外电场存在时，电子沿电场力方向得到加速度a,电子产生定向运动，同时电子通过碰撞与组成晶格的离子交换能量，而失去定向运动，从而在一定电场强度下，有一平均漂移速度。
根据经典理论，金属中自由电子对热容量的贡献应与晶格振动的热容量可以相比拟，但是在实验上并没有观察到，这个矛盾在认识到金属中的电子应遵从量子的费米统计规律以后得到了解决。
根据费米统计,只有在费米面附近的很少一部分电子对比热容有贡献。
另一个困难是根据实验上得到的金属电导率数值估算出的电子平均自由程约等于几百个原子间距，而按照经典理论，不能解释电子为什么会有如此长的自由程。
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 。
金属的导电性与热导性
金属的导电性与热导性金属作为一种重要的材料，具有优异的导电性和热导性，广泛应用于电子、能源、建筑等领域。
本文将介绍金属的导电性与热导性的原理和特点，并探讨其应用。
一、导电性原理和特点1.1 导电性原理金属的导电性是由其晶体结构和电子结构决定的。
金属晶体由正离子核和自由电子云组成，自由电子能在晶体中自由运动，形成电子气。
当外加电场作用于金属中时，电子气会在导电体内形成电流，从而实现电能的传导。
1.2 导电性特点金属的导电性具有以下特点：首先，金属的导电性较好，能够传导电流，并且电阻较低。
这是因为金属中存在大量自由电子，电子之间的相互作用较弱，电子能够自由运动，形成连续的电流。
其次，金属的导电性具有良好的稳定性。
金属导体在通电时不易发生电子散射、热扩散等现象，能够稳定地传导电流。
最后，金属的导电性随着温度的升高而略有下降。
这是由于温度升高会导致金属晶格振动增大，影响了电子的自由运动。
二、热导性原理和特点2.1 热导性原理金属的热导性是由其分子及电子的传导贡献决定的。
金属中的自由电子能够在外加温度梯度作用下传递热能，实现热量的导热。
2.2 热导性特点金属的热导性具有以下特点：首先，金属的热导性较好，能够迅速传递热量。
金属中的自由电子具有高速度，能够迅速传递热能，使热量快速传导。
其次，金属的热导性具有较高的热传导率。
热传导率是衡量物质导热能力的重要指标，金属的热传导率较高，能够迅速传递热量。
最后，金属的热导性受到材料的晶格结构和温度的影响。
晶格结构的不完整、缺陷会影响金属的热导性能力，而温度的升高会影响金属颗粒振动，从而影响热量的传导。
三、导电性与热导性的应用3.1 电子领域金属的导电性使其成为电子器件制造中重要的材料。
电子器件中的导线、电极通常采用金属材料，以实现电流的传导和电能的转换。
此外，金属材料在集成电路、电子元件等领域也有广泛的应用。
3.2 能源领域金属的导电性和热导性在能源领域具有重要应用。
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 。
影响材料导电率的因素 (1)
++ ++ ++ ++ ++ ++ ++ ++ ++ + +
退火态钢
+
++
+ +
+
+
电场
++
方向
+ ++
+
+
++ +
+ ++
淬火态钢
SDEM
2.2.1缺陷量不同的金属导电状况的对比
时效处理对CuCr25合金导电 率的影响
SDEM
2.2.2不同温度下金属导电状况的对比
++ ++ ++ ++ ++ ++ ++ ++ ++ + +
统计平v均后，eE初t 速/ m度e的③平均值为零，则
平均时间间隔等于平均自由程除以平均速率
t /v ④
则由③和④得1、平均金漂属移速导度电v的机e理E /
电流密度ne为v
ne(eE
/
vme
)
(ne2
v
me
⑤
/ vme )E⑥
R ·LS ⑦
I
S⑧
E
V
L
I·R L
I··LS
L
·IS
⑨
E ⑩
• Ag表面不易生成氧化膜，膜电阻小；本身导电率高； 硬度低，收缩电阻小，是比较理想的电接触材料。但 其本身强度硬度不够，导致在接触时容易发生形变影 响寿命，所以经常与W、Ni、Fe等高强度材料相配合 以提高触头的机械寿命。并且其可焊性极好，易发生 熔焊，所以经常配合以C、CdO、SnO2等易产生气体 的材料配合以避免熔焊。
高二物理 第十四章 稳恒电流 第一节、第二节、第三节 知识精讲 人教版
高二物理 第十四章稳恒电流第一节、第二节、第三节 知识精讲 人教版【本讲教育信息】一. 教学内容：第十四章稳恒电流第一节欧姆定律第二节电阻定律电阻率第三节半导体与其应用二. 知识要点：1. 电流电流的定义式：tq I =，适用于任何电荷的定向移动形成的电流。
对于金属导体有I=nqvS 〔n 为单位体积内的自由电子个数，S 为导线的横截面积，v 为自由电子的定向移动速率，约为10－5m/s ，远小于电子热运动的平均速率105m/s ，更小于电场的传播速率3×108m/s 〕，这个公式只适用于金属导体，千万不要到处套用。
2. 电阻定律导体的电阻R 跟它的长度l 成正比，跟它的横截面积S 成反比。
sl R ρ= 〔1〕ρ是反映材料导电性能的物理量，叫材料的电阻率〔反映该材料的性质，不是每根具体的导线的性质〕。
单位是Ω m 。
〔2〕纯金属的电阻率小，合金的电阻率大。
〔3〕材料的电阻率与温度有关系：① 金属的电阻率随温度的升高而增大〔可以理解为温度升高时金属原子热运动加剧，对自由电子的定向移动的阻碍增大。
铂较明显，可用于做温度计；锰铜、镍铜几乎不随温度而变，可用于做标准电阻〕。
② 半导体的电阻率随温度的升高而减小〔半导体靠自由电子和空穴导电，温度升高时半导体中的自由电子和空穴的数量增大，导电能力提高〕。
③ 有些物质当温度接近0 K 时，电阻率突然减小到零——这种现象叫超导现象。
能够发生超导现象的物体叫超导体。
材料由正常状态转变为超导状态的温度叫超导材料的转变温度T C 。
我国科学家在1989年把T C 提高到130K 。
现在科学家们正努力做到室温超导。
3. 欧姆定律RU I =〔适用于金属导体和电解液，不适用于气体导电〕。
电阻的伏安特性曲线：注意I —U 曲线和U —I 曲线的区别。
还要注意：当考虑到电阻率随温度的变化时，电阻的伏安特性曲线不再是过原点的直线。
[例1] 实验室用的小灯泡灯丝的I —U 特性曲线可用以下哪个图象来表示〔 〕解：灯丝在温度达到一定值时会发光发热，而且温度能达到很高，因此必须考虑到灯丝的电阻随温度的变化而变化。
化学导电知识点总结
化学导电知识点总结一、导电物质的分类1. 金属导体金属是最常见的导电物质，其内部结构呈现出电子海模型，电子可以在金属晶格中自由移动，从而形成电流。
金属导电的基本机制是自由电子的漂移导致电流传导。
2. 非金属导体非金属导体主要包括导电聚合物和半导体材料。
导电聚合物是一类特殊的有机材料，通过掺杂或氧化等方式可以提高其导电性能。
半导体材料是一类介于导体和绝缘体之间的材料，其导电性能可以通过施加电场或掺杂等方式进行调控。
3. 电解质电解质是一种在溶液或熔融状态下能够导电的物质，其导电机制主要是通过离子在溶液或熔融状态下的运动来实现的。
电解质在化学电池、电解水等领域有重要应用。
二、导电机制1. 金属导电机制金属内部的电子形成电子云，可以在整个金属晶体中自由移动，从而形成电流。
金属导电的特点是电子的自由移动性，电阻较小，导电性能较好。
2. 导电聚合物导电机制导电聚合物的导电机制主要包括载流子的形成和传导两个过程。
其中，导电聚合物通过掺杂或氧化等方式引入载流子，使聚合物材料产生导电能力。
此外，载流子的传导也是导电聚合物导电性能的重要影响因素。
3. 半导体导电机制半导体材料的导电机制与其能带结构密切相关。
当半导体处于室温或较低温度时，其价带中填满了电子，导带中没有电子。
当施加电场或掺杂时，可提高导带中的载流子浓度，从而增加半导体的导电性能。
4. 电解质导电机制在电解质溶液中，正负离子会在外加电场的作用下向相反电极方向移动，从而形成离子迁移电流。
电解质的导电机制与离子运动和电解质浓度密切相关。
三、导电性质的影响因素1. 温度温度对导电性质有显著影响。
在金属导体中，温度升高会增加电子的热运动，导致电阻增加；在半导体中，温度升高会增加载流子的热激发，提高导电性能。
2. 施加电场在外加电场作用下，材料内部的载流子会受到电场力的作用而产生移动，从而形成电流。
电场强度越大，材料的导电性能越好。
3. 材料结构材料的结构对导电性能有显著影响。
北师大新课标初中物理九年级全册《第十一章 简单电路 六、不同物质的导电性能》_14
探究——不同物质的导电性能教学设计【教材依据】本节课是北师大版九年级物理第十一章《简单电路》第六节《探究——不同物质的导电性能》【设计思路】1.指导思想：本节课采用学生分组（全班分成八个实验小组）实验合作探究为主，教师指点引导为辅的教学方法。
首先学生分组合作探究实验，探究得出导体和绝缘体的定义；鉴于学生有一定的化学基础，对于导体容易导电、绝缘体不容易导电的原因，学生自己分析总结，同时通过FLASH动画演示（附图2），加深印象。
同一物质导电性能是否不变？教师用自制的实验器材演示实验（本实验需要电压为２２０V，有一定危险性）（实验器材和效果请看附图3和附图4）。
学生小组合作实验探究，再次把铜、铝、铁等金属导体接入电路，观察有什么不同？（电流表示数不同，灯泡亮度不同）从而得出电阻的定义和概念。
2.教学目标：知识与水平：（１）了解我们周围的物质哪些属于导体，哪些属于绝缘体。
（２）了解导体和绝缘体是相对的，在一定条件下它们可相以互转化。
（３）知道电阻是表示导体对电流防碍作用大小的物理量，掌握电阻的单位及其换算。
方法与途径：（1）通过实验探究的方法知道哪些属于导体，哪些属于绝缘体。
（2）通过实验探究的方法感知导体和绝缘体能够相互转化。
情感与评价：通过用实验探究的方法了解导体、绝缘体的概念以及它们在一定条件下相互转化，使学生学会研究问题的方法，激发学生学习物理的兴趣。
现代教学手段的使用：ＦＬＡＳＨ动画的使用（请看附图2），使学生对导体为什么容易导电，绝缘体为什么不容易导电的微观成因有更加直观化和形象化的理解。
3.教学重点：电阻的单位及其换算教学难点：导体容易导电和绝缘体不容易导电的原因。
【教学准备】课件制作首页采用卷轴动画方式展开，尾页采用卷轴动画方式结束（请看附图1），具有浓郁的文学氛围，可激发学生的学习兴趣。
ＦＬＡＳＨ动画（附图2）的制作和收集，使抽象的物理原因更加直观化和形象化。
导体和绝缘体相互转化的实验器材（附图4），自己制作，以身作则，示范引领，激发学生的实验动手水平。
金属材料的导电性与实验测定
金属材料的导电性与实验测定导电性是金属材料的一个重要物理性质，它决定了金属在电子传导方面的能力。
本文将探讨金属材料的导电性及其实验测定方法，以及一些相关应用。
一、导电性原理金属的导电性源于其晶体结构和电子能带结构的特点。
金属中存在着大量的自由电子，它们能够在金属晶格中自由移动。
这些自由电子负责金属的导电行为。
金属晶体的结构具有高度的对称性，这使得电子在金属中容易传导。
此外，金属中的电子能带结构使得电子能够在外加电场的作用下容易发生跃迁，从而实现电流的传输。
二、导电性的实验测定方法为了准确测定金属材料的导电性，通常采用以下几种实验方法：1. 电阻率测定法电阻率是衡量材料导电性能的重要参数。
通过测量导体的电阻(R)和尺寸(长度L、截面积A)，可以计算得到材料的电阻率(ρ)。
电阻率的计算公式为ρ = R * (A / L)。
电阻率越小，导体的导电性能越好。
2. 四探针法四探针法是一种常用的测量材料电阻率的方法。
它利用四个电极分别作为电流源和电压测量点，通过测量电流和电压的关系，可以计算出材料的电阻率。
这种方法具有精度高、测量范围广的优点，适用于各种材料的导电性测定。
3. 哈尔效应测定法哈尔效应是磁场作用下导体内产生的电压差，与材料的导电性能密切相关。
通过在导体中施加磁场，测量导体两侧产生的电势差，可以得到材料的电导率。
哈尔效应测定法适用于金属材料、半导体材料等导电性能测量。
三、导电性的应用金属材料的导电性在众多领域得到广泛应用。
1. 电子器件金属作为导电材料，在电子器件中扮演着重要角色。
例如，电路板中的导线和焊点通常采用导电性能优良的金属材料制成，以保证电信号的传输和电路的正常工作。
2. 电力传输金属导线被大量应用于电力输送领域。
由于金属具有优良的导电性能，电能可以高效传输到目标地点。
铜、铝等金属材料被广泛用于输电线路和电缆的制造。
3. 化工行业在化工生产过程中，电解槽等设备要求具备优良的导电性能。
金属材料通常用于这些设备的制造，以确保电流的稳定传输。
关于金属电子论及电导率
关于⾦属电⼦论及电导率本科毕业论⽂题⽬：关于⾦属电⼦论与电导率⽬录引⾔ (1)1 . ⾦属电⼦轮 (1)2 . Drude的⾃由电⼦模型 (1)3．欧姆（Ohm）定律 (2)4．电导率与温度的关系 (4)5. ⾦属电导率与频率的依赖关系 (7)6.⾦属的热容量，Dulong-Petit定律 (8)结论 : (10)参考⽂献： (11)致谢.................................................. 错误！未定义书签。
⾦属电⼦论与电导率摘要：本论⽂是基础理论论述类的研究题⽬.⾸先讨论的是关于⾦属电⼦论的简短的历史回顾且⾃由电⼦模型.其次简单的经典电⼦论来说明⾦属导电的原因，推导电流密度公式.再次⽤经典电⼦论的基础上解释⾦属的电导率与温度的关系.最后⽤⾦属经典理论来解释焦⽿热产⽣的原因. 也通过费⽶分布来解决了经典电⼦论遇到的困难.关键词：⾦属电⼦;电导率 ;温度; 频率.引⾔⾦属电⼦论通过考察⾦属内电⼦的运动状态及其输运过程，运⽤统计⽅法来解释⾦属的导电性，导热性，热容量，以及磁学性质，⼒学性质和光学性质等.在⾦属的经典电⼦论范围内，实质性的进展应归功于P.K.L.Drude.Drude在1900年提出了虽然简单但却很有效的⾃由电⼦模型，利⽤分⼦运动论的成果⽐较好地从理论上解释了Ohm定律，Joule_Lenz定律以及反映导电性和导热性关系的Wiedeman_Franz定律.但是，Drude的理论与实验结果⽐较时，在定量⽅⾯仍然存在不可忽视的差异.1904年，洛伦兹指出，德鲁德⾃由电⼦模型中采⽤的⾦属内⾃由电⼦都以平均速率运动的假设过于简单了.洛伦兹认为⾃由电⼦的运动应该像⽓体分⼦那样遵循麦克斯韦-波尔兹曼分布律.1905年，洛伦兹根据⽓体分⼦运动论，运⽤经典统计⽅法对⾃由电⼦在⾦属中的运输过程作了严密的理论分析，导出了电导率σ和热导率κ的公式.1905年，Lrentz以Drude的⾃由电⼦假设为基础改进了Drude的模型，⽤经典统计⽅法建⽴了关于⾦属导电性和导热性的更为严密的理论.但是经典理论的先天性根本缺陷，使得Lorentz的理论仍然遇到了难以解决的困难.经典电⼦论假设⾦属中存在着⾃由电⼦，它们和理想⽓体分⼦⼀样，服从经典的玻⽿兹曼统计，因此，⾦属中的⾃由电⼦对热容量有贡献.但是实验上并不能察觉⾦属有这样⼀部分额外的热容量.从经典理论看，这种情况只能表明电⼦并没有热运动，从⽽直接动摇了经典电⼦论的基础.这个⽭盾直到量⼦⼒学和费⽶统计规律确⽴以后才得到解决.1 . ⾦属电⼦轮⾦属电⼦论⾃由电⼦模型不考虑电⼦与电⼦，电⼦与离⼦之间的相互作⽤，波尔兹曼统计分布规律，电⼦⽓体服从麦克斯韦-波尔兹曼统计分布规律，对电⼦进⾏统计计算，得到⾦属的直流电导平均⾃由程和热熔.⾦属电⼦论的发展可以分为两个阶段.最初阶段是运⽤经典理论结合经典统计⽅法（即经典电⼦论）进⾏理论分析，在解释⾦属的导电性和热学性质⽅⾯取得了阶段性的成果.然⽽，这种经典理论在许多⽅⾯存在着与实验不符的困难，这些困难在经典理论的框架内是⽆法解决的.⾃从量⼦⼒学诞⽣后，⾦属电⼦论进⼊了新的发展阶段，在运⽤量⼦⼒学原理和量⼦统计⽅法后才最终⽐较圆满地解释了⾦属的各种性质.2 . Drude的⾃由电⼦模型为了解释⾦属良好的导电和导热性能，德国科学家Drude1900提出了⼀个简单的⾃由电⼦模型，建⽴了⾦属经典电⼦论，成功地解释了⾦属的导电性和热学性质.Drude结合⽓体动理论的成果，提出了⾃由电⼦模型，他认为，⾦属内的电⼦可以分成两部分，⼀部分被原⼦所束缚，只能在原⼦内部运动并与原⼦核构成⾦属内的正离⼦；另⼀部分电⼦受到的束缚⽐较弱，它们已不属于特定的原⼦，⽽是在整块⾦属中⾃有运动，成为⾃由电⼦，⾦属良好的导电性和导热性就是由这些⾃由电⼦的运动所决定的.⾃由电⼦不断地与⾦属内的正离⼦相撞，相互交换能量，在⼀定温度下达到热平衡.处在热平衡状态的⾃由电⼦就像⽓体分⼦那样做⽆规则的热运动，因⽽可以采⽤⽓体分⼦运动论来处理⾦属内⾃由电⼦的运动.以Drude的⾃由电⼦模型为基础，可以从理论上解释Ohm定律，Joule-Lenz定律以及Wiedemann-Franz定律. 3．欧姆（Ohm）定律⾦属导电的宏观规律是由它的微观导电机制所决定的.⾦属导体具有晶体结构，原⼦实以⼀定⽅式排列成整齐的空间点阵，⾃由电⼦在点阵间不停地作热运动.带正电的原⼦实虽然被固定在格点上，但可以在各⾃的平衡位置附近作微⼩的振动；⾃由电⼦在晶格间作激烈的不规则热运动.按经典物理的观点，⾃由电⼦的热运动与⽓体分⼦的热运动很相似.下⾯我们根据简单的经典理论说明为什么⾦属导电遵从欧姆定律，并把电导率和微观量的平均值联系起来.⾸先定性的描述⼀下⾦属导电的微观图像.2-1电⼦的热运动不形成宏观电流当导体内没有电场时，以微观⾓度上看，导体内的⾃由电荷并不是静⽌不动的.以⾦属为例，⾦属的⾃由电⼦好像⽓体中的分⼦⼀样，总是在不停地作⽆规则的热运动.电⼦的热运动是杂乱⽆章的，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，它们朝任何⽅向运动的概率都⼀样.如图2-1所⽰，设想在⾦属内部任意作⼀横截⾯，则在任意⼀段时间内平均说来，由两边穿过截⾯的电⼦数相等.因此，从宏观⾓度上看，⾃由电⼦的⽆规则的热运动没有集体定向的效果，因此并不形成电流.2-2电⼦在电场作⽤下的漂移运动⾃由电⼦在作热运动的同时，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如图2-2中的⿊线所⽰，是⼀条迂回曲折的折线.当⾦属中存在电场时，每个⾃由电⼦都受到电场的作⽤⼒，因⽽每个⾃由电⼦都在原有热运动的基础上附加⼀个逆着电场⽅向的定向运动（叫做漂移运动），由于漂移运动，每个⾃由电⼦的轨迹将如图2-2中虚线所⽰.这时⾃由电⼦的速度是其热运动速度和定向运动速度的叠加.因为热运动的速度平均值仍然等于零，所以⾃由电⼦的平均速度等于定向运动速度的平均值.定向运动速度的平均值u 叫做漂移速度.它的⽅向与⾦属中的电场⽅向相反.⼤量⾃由电⼦的漂移运动形成⾦属导体中的电流.下⾯根据上述观点找出⾦属导体中电流密度和⾃由电⼦漂移速度的关系.设通电导体中某点附近⾃由电⼦的数密度为n ，⾃由电⼦的漂移速度为u ，经过时间t ?，该点附近的⾃由电⼦都移过距离u t ?.在该点附近取⼀⼩圆柱体，截⾯和漂移速度⽅向垂直截⾯积为S ?，长为u t ?.显然，位于这⼩圆柱体内的⾃由电⼦，经过时间t ?后都将穿过⼩圆柱体的左端⾯.在t ?时间内穿过⼩圆柱体左端⾯的⾃由电⼦也都在这个⼩圆柱体中.位于⼩圆柱体内的⾃由电⼦数为n u t ?S ?，所以在时间t ?内穿过左端⾯的电量q ?为q ?=nu t Se ?? （1）式中e 是电⼦电量的绝对值.由此可得左端⾯上的电流I ?为q I neu S t==?? ( 2 ) 左端⾯处的电流密度的⼤⼩为 I j neu S ?==? (3) 因为电⼦带负点，所以电流密度的⽅向与电⼦漂移速度的⽅向相反.故上式可写成⽮量形式ne ju =- (4) 式（4）给出电流密度与漂移速度的关系.利⽤此式可计算⾦属中⾃由电⼦的漂移速度.根据经典电⼦论，可以从微观上导出欧姆定律的微分形式.4．电导率与温度的关系电⼦与正离⼦连续两次碰撞所经历的时间称为⾃由时间.由于电⼦的运动是⽆规则的，故任意⼀个电⼦的某⼀个⾃由时间是完全随机的.在⼀定温度下，⼤量电⼦的平均⾃由时间τ是⼀定的.在电场作⽤下，电⼦的速度为⽆规则运动的速度和定向运动速度的叠加，后者与场强有关.由于⾦属中⾃由电⼦定向运动的速率⽐⽆规则运动的速率⼩得多，平均⾃由时间τ实际上与外电场⽆关.由于电⼦与晶格上原⼦实的碰撞，电⼦的最⼤定向速度是在⼀个⾃由时间内被电场加速所得到的速度，故在⼀定的电场作⽤下，定向速度不可能⽆限增⼤.考察某⼀个电⼦，其电量为e ，质量为m ，若作⽤于电⼦的电场为E ，则由⽜顿运动定律得em a E =- (5)(5)式中的a 表⽰电⼦定向漂移运动的加速度.由于电⼦热运动的速率远⼤于定向漂移运动的速率，所以电⼦与原⼦实碰撞时受到的冲⼒远⼤于电场⼒.因⽽在碰撞过程中可以忽略电场⼒.因此电⼦与原⼦实碰撞后向各⽅向运动的概率相等.所以，可以假设碰撞后的瞬间，电⼦的平均定向漂移速度为零.设⾃由电⼦与正离⼦晶格相邻两次碰撞前后的平均定向速度从00u =增为1u ，⾃由电⼦的平均定向速度为: ()0111112222e mE u u u u a ττ=+===- （6）即平均定向速度与电场强度E 和平均⾃由时间成正⽐.考虑到电⼦的电量为负值，平均定向速度的⽅向与场强的⽅向相反.式（6）代⼊式（4），导体中的电流密度为 22ne m ne u Ej τ=-= （7）这就是欧姆定律的微分形式.由⽓体分⼦动理论知道，τ等于⾃由电⼦的热运动平均速率v 与平均⾃由程λ之⽐为v λτ=（8）由以上（8）式得22ne m v jE λ= （9）因欧姆定律中 j E σ=，故电导率σ为22ne mvλσ= （10）式（10）中的σ表⽰电导率，这样，我们就⽤经典的电⼦理论解释了欧姆定律，并导出了电导率σ与微观量平均值之间的关系，⼜由式（10）可以看出电导率与⾃由电⼦的热运动平均速率v 成反⽐，与平均⾃由程λ成正⽐.根据⽓体分⼦运动论，分⼦的平均热运动动能与绝对温度T 成正⽐，对于⾦属内⾃由电⼦的热运动亦应有同样结果，即应有()T =αν221m （11）式中α是⼀个普适常量.从（11）式还可以看出σ与温度的关系，因为λ与温度⽆关，vT 是热⼒学温度），所以，从⽽电阻率ρ .不过应当指出，从经典电⼦论导出的结果只能定性的说明⾦属导电的规律，（10）式计算出的电导率的具体数值与实际相差甚远.此外σ或ρ与温度的关系也不对.实际上对于⼤多数⾦属来说，ρ近似地与T .下⾯我们在定性的解释⼀下电流的热效应.在⾦属导体⾥，⾃由电⼦在电场⼒的推动下做定向运动形成电流.在这个过程中，电场⼒对⾃由电⼦作功，使电⼦的定向运动动能增⼤.同时，⾃由电⼦⼜不断地和正离⼦碰撞，在碰撞时把定向运动能量传递给原⼦实，使它的热振动加剧，因⽽导体的温度就升⾼了.综上所述，从⾦属经典理论来看，“电阻”所反映的是⾃由电⼦与正离⼦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.下⾯再进⼀步推到α和σ的关系.⾦属是良好的导热材料，将⼀⾦属棒两端维持恒定的温度差，实验表明，单位时间内通过单位横载⾯的热量为dT dQ dx κ=- （12）式中 dT dx 是沿⾦属棒的温度梯度，κ称为⾦属的热导率，⽤以描述⾦属的导热性能.⾦属的导热性与导电性⼀样，都起因于⾃由电⼦，故⾦属的电导率σ与热导率κ之间必定有所联系.早在1852年，维德曼–夫兰兹（Wiedemann-Franz ）通过实验确⽴了κ与σ之间的下述关系LT κσ= （13）σ∝式（13）中T 为绝对温度，L 成为维德曼–夫兰兹常量.利⽤德鲁德的⾃由电⼦模型可以从理论上导出上述的定律.⾦属内的⾃由电⼦可以看作⼀种⽓体，通常成为⾃由电⼦⽓.与⽓体中的热传导⼀样，⾦属内存在温度梯度时，⾃由电⼦的输运过程导致热量的传递.因⽽可以套⽤⽓体的热传导公式，即⽓体的热导率为v 13c κρνλ= （14）式中ρ是⽓体密度，v c 为⽓体的定容⽐热。
3金属的导电性能
晶格畸变↑ 电子波散射
电阻↑ 强度和硬度↑ 内应力↑
冷变形度小于10%时，电阻略有增大；
冷变形度超过10%时，电阻有明显增大。
b. 合金
冷变形使电阻增大。
5. 热处理(退火)——利用加热的方法来改变金属 材料的组织结构的方法称。
①金属材料冷变形后 电阻↑ 内应力↑ 硬度↑ 塑性↓ 导电性 ↓ 称冷加工硬化，简称“冷作硬化”
试验表明，只要样品处于超导态，它始终保持内部 的磁场为零，外部磁力线统统排斥之外，超导体是一个 理想的抗磁体，并且超导体内的磁感应强度B为0。这种 完全抗磁性的基本特征也称为迈斯纳效应。
T=Tc
正常态
超导体
正常态磁场的分布
超导态磁场的分布
名词解释： 超导体——具有超导电性的物质称为； 超导态——把超导体以零电阻为特征的物质状态称为； 正常态——超导体有电阻时的状态称为； Tc —— 把处于正常态的超导体转变为零电阻的超导体
所对应的温度称为临界温度。 Hc—— 使超导体的超导态受到破坏而转变为正常态所
需的磁场强度称为临界磁场强度； Ic—— 当通过超导体的电流达到一定数值时，所产生
的磁场也可以使超导态受到破坏，这时的电流称 为临界电流。
目前已发现有27种化学元素和数千种合金、化合 物具有超导电性。
不是超导体
一价金属银、铜、金(良导体) 铁磁体及反磁性金属铁、钴、镍
b. 正离子在本身的 位置上做激烈的 热振动；
b) 加电场 图 自由电子的定向移动
-e(质量为m的电荷)
看后面动态图
c. 质量为m的自由电子在电场力 f = -eE 的作用
下沿外力方向以运动速度 v 的形式加速运动;
正离子
+
金属导电和离子导电的区别
金属导电和离子导电的区别和相同点袁小惠 杜云云 吉祥 校大伟（西北大学化学系05级化学专业 西安 710069）摘要：本文对金属导电和离子导电的原因、影响以及二者的区别和联系作了叙述性的分析，并对它们的运用作了相关的介绍。
关键词：金属导电、离子导电、金属价电子理论、离子化合物一、引言随着人类对自然的认识的利用，电由最初的自然形式－闪电成为现代社会发展的动力之一。
而导体是对电的利用过程中必备物质。
导体有两类，一类是金属导体，电流的载体是电子，电子流动的反方向，即电流的方向；另一类导体为电解质，电流的载体为离子，在一定的电场推动下，正离子向负极，负离子向正极迁移，电流的方向与正离子的迁移方向一致。
二、金属导电的原因及影响因素由金属的能带理论可知，依据原子轨道不同，金属晶体中的能级的不同，多数晶体中的能带有满带、导带之分。
满带顶和导带底间隔为禁带从能带理论的观点，一般固体都具有能带结构中禁带宽度和能带中电子填充的状况，可以决定固体材料是导体、半导体或绝缘体。
1)一般金属体的电子能带是半满的或价电子能带虽是全满的，但是有空的能带，而且两个能带能量间隔很小，彼此能发生部分的重叠（图2）当外电场存在时，(1)的情况由于能带中未充满电子，很容易导电，而(2)的情况由于满带中的价电子可以很容易的进入空的能带，因而也能导电。
2)绝缘体不导电因为它的价电子全在满带而导带是空的，而且满带顶与导带底之间的能量间隔(即禁带的宽度)大，E大于等于5eV所以在外电场作用下，满带中的电子不能越过禁跃迁到导带，故不能导电,如图(3)。
3)半导体的能带如图(4)所示。
满带被电子充满，导带是空的，但这种能带结构中，禁带的宽度很窄（E＜5eV）。
在一般的情况下，半导体是不导电的。
但是在光照或在外加电场的作用下，满带上的电子，很容易跃迁到导带上，使原来空的导带填充部分电子，同时在满带上留下空位（通常称为空穴），因此使导带与原来的满带均未充满电子，因而能导电。
导电材料电导率决定了其导电性质
导电材料电导率决定了其导电性质导电材料是指能够传导电流的材料，其导电性质取决于电导率。
电导率是一个描述材料导电性能的物理量，它反映了材料中自由电子在电场作用下传导电流的能力。
不同导电材料的电导率差异决定了它们的导电性质。
导电材料的电导率是一个关键参数，它描述了材料单位截面积内导电电流流过单位电势差的能力。
电导率的计量单位为西门子/米（S/m），一般情况下电导率越高，导电材料的导电性能越好。
导电材料的电导率与其导电机制有关。
根据导电机制的不同，导电材料可以分为金属导体和非金属导体。
金属导体的电导机制主要是由于金属晶格中存在的自由电子。
在金属晶体结构中，金属原子的价电子几乎能在整个晶体中自由移动，形成自由电子气体。
这些自由电子在存在电场的情况下会受到电场力的作用而加速移动，从而形成电流。
金属导体的电导率一般较高，因为金属晶格中的自由电子密度较大，自由电子的迁移率也较高。
非金属导体的导电机制与金属导体有所不同。
非金属导体中不存在像金属一样的自由电子气体，而是由于材料中存在电离的离子或者共价键中的载流子（例如空穴或电子）导致电导性质。
这些载流子的迁移受到电场力的影响，产生电流。
非金属导体的电导率一般较金属导体低，因为非金属中的载流子密度较低，也受到结构和杂质等因素的影响。
导电材料的电导率决定了其在电子学和电路应用中的使用范围。
高电导率的导体常用于电子元件的导线、电极等电路连接部分，以确保电流流动的顺畅和低功耗。
例如，在计算机的电路板中使用的导线材料铜具有较高的电导率，可高效地传导电流，保证电路稳定性。
非金属导体的电导率相对较低，因此在电子器件中常用于绝缘层材料，以阻止电流的泄漏。
此外，导电材料的电导率也与温度有关。
一般情况下，材料的电导率随着温度的升高而增加。
这是由于高温下，材料的原子振动增强，使得自由电子的碰撞机率增加，从而提高了导电率。
但在某些导电材料中，例如超导材料，在降温到一定临界温度以下时，电阻突然消失，电流的传导变得极为顺畅。
金属导体导电时的三个速率
金属导体导电时的三个速率【摘要】本文主要阐述金属导体导电时的三个速率，即金属导体中自由电子定向移动的平均速率、热运动平均速率以及电流传播的速率。
结论：自由电子的定向移动平均速率很小，热运动的平均速率很大，而电流传播的速率更大，三者无必然联系。
【关键词】钻研；求实；创新The metals conductor conduct electricity of three velocityQiu Zhong【Abstract】This text main elaborate metals conductor to conduct electricity of three velocity, namely metals conductor in freedom electronics definite direction move of average velocity, hot sport average the velocity of velocity and electric current dissemination.Conclusion:Freedom the definite direction of the electronics move average the velocity be very small, hot sport of average velocity very big, but electric current dissemination of the velocity be larger, three have no inevitable contact.【Key words】Delve into；Beg solid；Innovation【中图分类号】G102.1 【文献标识码】A 【文章编号】1236-3619（2008）11-22-0034学生在学习“电流时”，往往对金属导体中形成电流的情况弄不清楚，特别是对自由电子定向移动速率，自由电子的热运动速率和电流传播的速率更陌生，这时学生透彻理解物理知识以及将来的进一步学习都是一个障碍，下面谈一谈过几个方面的问题。
新人教版物理必修三第11章第十一章 电路及其应用章节复习
比等于量程之比
阻之比等于量程的反比
(4)改装后表头满偏电压不变
(4)改装后表头满偏电流不变
(5)改装后指针偏角大小取决于通过表头的电流大小
明析物理·模型解题
典例剖析
例1 如图所示,甲、乙两个电路都是由一个灵敏电流计G和一个变阻器R 组成的,下列说法正确的是 ( )
①甲表是电流表,R增大时量程增大 ②甲表是电流表,R增大时量程减小 ③乙表是电压表,R增大时量程增大 ④乙表是电压表,R增大时量程减小 A.①③ B.①④ C.②③ D.②④
明析物理·模型解题
典例剖析
解析 S断开时外电路处于断路状态,两电阻中无电流通过,电阻两端电势
相等,由图知a点电势与电源负极电势相等,而b点电势与电源正极电势相
等,A错误。S断开时两电容器两端电压都等于电源电动势,而C1>C2,由Q= CU知此时Q1>Q2;当S闭合时,稳定状态下C1与R1并联,C2与R2并联,电路中电
由电荷的电荷量。
(4)利用等效法求解电流的大小,如电子绕原子核的运动可等效为环形电
流,电子绕原子核做圆周运动时,若周期为T,利用等效法可求解电流I=
e T
。
明析物理·模型解题
固本拓基
二、电阻和电阻率 1.电阻反映了导体对电流的阻碍作用。 2.电阻的定义式:R=U 。
I
3.电阻定律:同种材料的导体,其电阻与它的长度成正比,与横截面积成反
明析物理·模型解题
典例剖析
例2 (多选)如图所示,C1=6 μF,C2=3 μF,R1=3 Ω,R2=6 Ω,电源电动势E=18 V, 内阻不计。下列说法正确的是 ( )
A.开关S断开时,a、b两点电势相等 B.开关S闭合后,a、b两点间的电流是2 A C.开关S断开时C1带的电荷量比开关S闭合后C1带的电荷量大 D.不论开关S断开还是闭合,C1带的电荷量总比C2带的电荷量大
高中物理 第3章 恒定电流 第1节 电流教学案 鲁科版选修3-1-鲁科版高二选修3-1物理教学案
第1节电_流1．回路中存在自由电荷和导体两端存在电压是形成电流的条件。
2．电流的速度是3×108m/s ，区别于电荷定向移动的速率。
3．电荷定向移动时，在单位时间内通过导体任一横截面的电荷量称为电流，I ＝qt。
且规定正电荷定向移动的方向为电流的方向。
4．物理学中把方向不随时间改变的电流叫直流电，方向和强弱都不随时间改变的电流叫做恒定电流。
一、电流的形成 1．形成电流的条件 (1)回路中存在自由电荷； (2)导体两端存在电压。
2．形成持续电流的条件 导体两端有持续电压。
二、电流的速度 1．电流的速度等于电场的传播速度，它等于3×108m/s 。
2．导体中有电流时同时存在着的三种速率三种速率电场的传播速率电子无规那么热运动的速率自由电子定向移动的速率数值 光速3×108m/s数量级约105m/s数量级约10－5m/s三、电流的方向1．规定：正电荷定向移动的方向。
金属内部的电流方向跟负电荷定向移动的方向相反。
2．外电路中，电流总是从电源正极流向电源负极。
四、电流的大小和单位1．定义：电荷定向移动时，在单位时间内通过导体任一横截面的电荷量称为电流。
2．定义式：I ＝q t。
3．单位：安培。
常用单位还有mA 和μA； 换算关系：1 A ＝103mA ＝106μA。
4．(1)直流电：方向不随时间改变的电流。
(2)恒定电流：方向和强弱都不随时间改变的电流。
1．自主思考——判一判(1)金属导体中电子定向移动的速率很大，因为闭合开关，灯泡马上就亮了。
(×) (2)加上电压后，导体中的电场是以光速传播的。
(√)(3)导体中的自由电荷是在导体中的电场施加的电场力作用下做定向移动的。
(√) (4)电流既有大小又有方向，是矢量。
(×) (5)由I ＝qt可知，I 与q 成正比。
(×) (6)安培是七个国际基本单位之一。
(√) 2．合作探究——议一议(1)电容器放电过程瞬间完成，不会形成持续电流，而干电池可使电路中保持持续的电流，为什么？[提示] 电容器放电过程中正、负电荷中和，放电电流瞬间消失，不能在电路中形成持续的电流，而干电池内部能够通过非静电力的作用维持电池两极电势差不变，使电路中保持持续的电流。
高三物理复习第七章 稳恒电流重点难点人教实验版知识精讲
高三物理复习第七章稳恒电流人教实验版【本讲教育信息】一. 教学内容： 复习第七章稳恒电流二. 重点、难点 〔一〕电流1. tqI =是电流的定义式，电流方向规定为电路中正电荷定向移动的方向，与负电荷运动方向相反。
常见有三种情况：〔1〕一种是电荷定向移动，直接用tqI =进展求解。
〔2〕一个电荷做高速圆周运动〔环型电流〕对这种情况关键是理解“连续和连续〞之间的转化。
电荷运动时有两个特点：一是循环性，二是高速性。
正是这两个特性使问题从“连续〞向“连续〞转化，这种情况可用I=q/T 来求。
〔T 为运动的周期〕如：一质量为m 、电荷量为q 的带电粒子在磁感应强度为B 的匀强磁场中做匀速圆周运动，其效果相当于一环形电流，如此此环形电流I=________。
解析：由I=q/t 知m 2/B q )qB /m 2/(q I 2π=π=〔3〕两种电荷的定向移动这种类型的特点是：正、负电荷移动方向相反，但形成电流同向，如时间t 内通过导体某一横截面的正电荷量为1q ，反方向通过的负电荷量为2q ，如此有tq q t /q I 21+==。
如：在10s 内通过电解槽某一横截面向右迁移的正离子所带的电荷量为2C ，向左迁移的负离子所带的电荷量为3C 。
那么电解槽中电流的大小应为多少？解析：A 5.0A 1032t q q I 21=+=+=，而不是A 1.0A 1023I =-=。
2. I=neSv 是电流的微观表达式，式中n 为金属导体内部单位体积内自由电子数，S 是导体横截面积，v 是电子定向移动速率，e 为电子电量。
电流是标量，但习惯上规定正电荷移动方向为电流方向，实际上反映的是电势的上下。
3. 三种速率的区别〔1〕电流传导速率等于光速，电路一连通，导体中的电子立即受到电场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，约为s /m 105-。
〔3〕电子热运动速率，任何微观粒子都做无规如此运动，其速度与温度有关，通常情况为s /m 105。
[教学]导电原理
![[教学]导电原理](https://img.taocdn.com/s3/m/e71a4f83dc88d0d233d4b14e852458fb760b3859.png)
八、导电原理自由电子理论是在100年前为了解释金属传热、导电性能时而提出的.在本文《自由电子置疑》中，笔者已经用一个简单的实验否定了电子传热--否定了自由电子传热。
金属的传热性能之所以很好，本文第五章已经叙述，金属的较好的传热性能是与其固体的构成相关--是由其独立的结构元，和结构元间电磁力相互影响所导致，而与自由电子完全无关。
金属是靠自由电子传热的理论是一个即将被人们删除的错误。
自由电子导电理论认为，金属是靠其内部的自由电子导电。
这一理论尽管已流传了近百年，同时，也留下了疑虑重重：原子核带正电，电子带负电，原子核对核外电子有着巨大的吸引力--库仑力，自由电子的自由是从何而来？为什么有二个自由电子的铁比一价的铜导电性能还要差些？为什么三价的铝又比二价的铁导电性能又要强些？面对（没有自由电子的）液体的导电、半导体导电，此说已显得无能为力，面对物体的超导事实，此说更是无计可施。
于是有人就液体导电，增设了离子导电理论；就超导事实，增设了电子隧道理论，这样一来就使得导电的理论五花八门、更趋复杂、丧失系统。
更令人质疑的是100年来还没有被其它途径证实自由电子的存在和作用。
在第五、六章，读者已经了解到物体的构成：所有元素，不管是金属还是非金属，其原子的电子数是与核内的质子数一一对应的，是不可改变的。
物质内不管其原子的内部或外层有几个电子，其电子有的是在内层轨道、有的是在价和轨道，每个电子都是在一定轨道上运转，都从属于一个或二个核心，没有电子是所谓自由的，当然就不存在自由电子导电。
那么，导电是怎么样形成的呢？导体为什么能够导电？半导体、液体为什么能导电？物质是靠什么导通电流呢？导电原理电流是电子的定向流动，这就象水流是水的定向流动一样。
•这叫人联想到一个常用的中国词"流通"，通则流，不通则不流。
水流不是因为该物体内有水(桶里的水，池塘里的水就不能形成水流)。
除了压力差之外还必须得"通"--必须得有让水定向通过的空间(如渠道、管道等)；电流不是因为该物体内的电子有自由，除了电压差之外还必须得"通"--必须得有让电子定向通过的空间。
最新人教版高中物理必修三第十一章电路及其应用 1电源和电流
第十一章 电路及其应用1．电源和电流【课程标准】观察并能识别常见的电路元件，了解它们在电路中的作用。
【素养目标】1.知道电流的形成条件，知道电源的作用和导体中的恒定电场。
(物理观念)2．理解电流的定义和定义式I ＝q t ，并会分析相关的问题。
(科学思维) 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．恒定电流：大小、方向都不随时间变化的电流。
3．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 ＝10－6A 。
(4)方向：正电荷定向移动的方向规定为电流的方向。
【生活链接】为什么电闪雷鸣时，强大的电流能使天空发出耀眼的强光，但它只能存在于一瞬间？提示：电荷很快中和，电压变为零，电流也就消失了。
某同学学习电源和电流后，总结出以下结论：①任何物体两端的电势差不为零，就有电流。
②电源的作用就是将其他形式的能转化为电能。
③导体中电荷运动就形成了电流。
④电流有方向，它是一个矢量。
⑤导体中的电流，实际是正电荷的定向移动形成的。
⑥电流越大，单位时间内通过导体横截面的电荷量就越多。
你的判断：正确的结论有②⑥。
一、电源和电流(物理观念——运动观念)闪电是云与云之间、云与地之间或者云体内各部位之间的强烈放电现象。
若某次闪电是在云与地之间发生的，在放电时间内电子从地面向云层移动，则该次闪电放电电流的方向如何？提示：在放电过程中，电子从地面向云层移动，由于电子带负电，因此电流的方向从云层指向地面。
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。
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金属导体导电时的三个速率
发表时间：2009-03-16T12:01:51.373Z 来源：《当代教育之窗》2008年第12期供稿作者：邱忠[导读] 本文主要阐述金属导体导电时的三个速率，即金属导体中自由电子定向移动的平均速率、热运动平均速率以及电流传播的速率。
【摘要】本文主要阐述金属导体导电时的三个速率，即金属导体中自由电子定向移动的平均速率、热运动平均速率以及电流传播的速率。
结论：自由电子的定向移动平均速率很小，热运动的平均速率很大，而电流传播的速率更大，三者无必然联系。
【关键词】钻研；求实；创新
The metals conductor conduct electricity of three velocity Qiu Zhong
【Abstract】This text main elaborate metals conductor to conduct electricity of three velocity, namely metals conductor in freedom electronics definite direction move of average velocity, hot sport average the velocity of velocity and electric current dissemination.Conclusion:Freedom the definite direction of the electronics move average the velocity be very small, hot sport of average velocity very big, but electric current dissemination of the velocity be larger, three have no inevitable contact. 【Key words】Delve into；Beg solid；Innovation 【中图分类号】G102.1 【文献标识码】A 【文章编号】1236-3619（2008）11-22-0034
学生在学习“电流时”，往往对金属导体中形成电流的情况弄不清楚，特别是对自由电子定向移动速率，自由电子的热运动速率和电流传播的速率更陌生，这时学生透彻理解物理知识以及将来的进一步学习都是一个障碍，下面谈一谈过几个方面的问题。
1．金属导体中电流的形成
金属导体中的自由电子，在导体两端没有加上电压时，只是做无规则的热运动。
加上电压时，自由电子受到电场的作用，在无规则运动的基础上又加上一个定向的运动。
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，又由于频繁地跟金属正离吕碰撞使它向各个方面弹射回来，使得定向的加速运动遭到破坏，而电场力的作用使它再度变成定向运动，接着又会出现新的碰撞，如此反复。
从大量自由电子运动的宏观效果来看，可以为它们以平均速率做定向运动。
2．金属导体中单位体积内的自由电子数
金属导体中单位体积内的自由电子数可以着作跟单位体积内的原子数同一个数量级，即假设每个原子都能提供一个电子来充当自由电子。
设金属的密度为，摩尔质量为M，阿佛加德罗常数为，那么，单位体积内的自由电子数n= N0。
以铜为例：M=63.6×10-3kg/mot, =8.9×103kg/m3,N0==6.02×1023mot-1,所以n= m-3=8.4×1028m-3. 3．金属导体中自由电子定向移动的平均速率
设单位体积内的自由电子数为n，电子定向移动的平均速率为，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电子数N= ，其总电量Q=Ne= ，根据I= 得I= ， = ，假设S=1.0mm2，I=1.0A，n=8.4×1028m-3，e=1.6×10-19，代入可得到 =7.4×10-5m/s。
可见自由电子定向移动的平均速率是很小的。
4．金属导体中自由电子的热运动平均速率
自由电子要在晶体的阵间做无规则的热运动，根据分子运动论，电子热运动为平均速率 = ，式中K是玻耳兹曼常数—k=1.38×10-23J/K，m 是电子质量—m=0.91×10-30kg，T是热力学温度，设t=270C，即T=300K，代入得 = m/s=1.08×105m/s。
可见自由电子热运动的平均速率是很大的。
5．电流传播的速率等于光在其空中传播的速度， =3.0×108m/s。
由以上分析和计算可知金属导体中自由电子定向移动的平均速率是很小的，自由电子的热运动平均速率是很大的，而电流传播的速率更大。
这三个速率之间没有什么关系，更谈不上相等。