
(2024·北京通州·统考一模)对于同一个物理问题,经常可以从宏观与微观两个不同角度进行研究,找出其内在联系,加深理解。给定一段粗细均匀的导体AB,横截面积为S、长为L。单位体积内有n个自由电子,每个电子的电荷量为e。该导体AB两端加某一电压时,自由电子定向移动的平均速率为v。
(1)求导体中的电流I;
(2)经典物理学认为,金属的电阻源于定向运动的自由电子与金属离子(即金属原子失去电子后的剩余部分)的碰撞。电子与金属离子碰撞的平均结果表现为导体给电子以连续的阻力,这是导体形成电阻的原因。设阻力的大小与电子定向移动速率成正比,即,k是阻力系数。请推导导体的电阻率
。
(3)自由电子与金属离子发生碰撞,会使金属离子的热运动更加剧烈,电子将能量转移给金属离子,从而使金属导体发热。某段时间内,将导体中所有自由电子因与正离子碰撞而损失的动能之和设为,将这段时间内导体产生的焦耳热设为Q,请证明:
。
【答案】(1);(2)见解析;(3)见解析
该题有详细解析可以查阅
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