进一步探究--演绎式探究:
晓丽探究了串联电路中电流关系后,得出了结论:给串联的导体a与导体b通电,通过导体a的电流与通过导体b的电流相同.
她想:两根粗细不同的导体可以流过相同的电流,或者说相同截面积中流过的电流可以不同.那么,相同截面积中流过的电流由谁决定呢?
带着这个问题,她查阅了资料,知道:单位时间内通过导体横截面的电荷叫做电流;通过单位截面积的电流称为电流密度用 J 表示.
那么电流密度的大小与什么因素有关呢?
(1)晓丽想探究这个问题,首先对该问题进行了如下简化:
①电子沿着截面积为S的金属导体运动;
②这些电子均以漂移速度v运动.
(2)已知每个电子所带电荷为e,单位体积内的电子数为n0;
晓丽推导出了电流密度的数学表达式.她的推导过程如下:(请你将推导过程填写完整)
①在△t时间内,通过导体某一截面的电子数为△N=________;
②在△t时间内通过圆柱体底面的电荷△Q=________;
③在△t时间内通过圆柱体的电流为I=________;
④电流密度J=________.
解:①已知电子沿着截面积为S的金属导体运动;且这些电子均以漂移速度v运动,在△t时间内的体积为:V=Sv△t,该段时间内通过导体某一截面的电子数为△N=n0V=n0Sv△t;
②已知每个电子所带电荷为e,单位体积内的电子数为n0,故在△t时间内通过圆柱体底面的电荷△Q=en0Sv△t;
③单位时间内通过导体横截面的电荷叫做电流,故在△t时间内通过圆柱体的电流为I==en0Sv;
④通过单位截面积的电流称为电流密度,故电流密度J==en0v.
故答案为:(2)①n0Sv△t; ②en0Sv△t; ③en0Sv; ④en0v.
选取一个以横截S为底,以v△t为高的一个圆柱体,根据题意分别求出题目中所对应的物理量即可.
点评:本题是一道信息给予题,解题的关键是1、全面理解题意,2、截取一圆柱体,求出圆柱体的体积,进一步能求其它的信息.