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物理必考物理上常把电流的形成与水流的形成进行类比.阅读以下材料.完成

更新时间:2024-01-19 文章作者: 信息来源: 阅读次数:

物理上常把电流的形成与水流的形成进行类比.阅读以下材料,完成填空和推导.Wmw物理好资源网(原物理ok网)

(1)水管中的水朝一定方向流动,就会形成水流.如图1所示,设水流动的速度为v,水管的横截面积为S,水的密度为ρ,则在t时间内流过水管某一横截面的水的体积V=________,在t时间内流过该横截面的水的质量m=________,单位时间内流过该横截面的水的质量即水流量I′=________.Wmw物理好资源网(原物理ok网)

(2)导体中的自由电荷发生定向移动就会形成电流.物理学中把单位时间内通过导体某一横截面的电荷量叫做电流强度,用I表示.如图2所示,已知金属导体的横截面积为S,导体中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,自由电荷定向移动的速度为v,请你仿照(1)中水流量的推导过程,推导出电流强度I的表达式.(用已知量符号表示)Wmw物理好资源网(原物理ok网)

试题答案

解:Wmw物理好资源网(原物理ok网)

(1)在t时间内流过水管某一横截面的水的体积V=vtS,Wmw物理好资源网(原物理ok网)

在t时间内流过该横截面的水的质量m=ρvtS,Wmw物理好资源网(原物理ok网)

水的流量为I'===ρvS;Wmw物理好资源网(原物理ok网)

(2)t时间内电荷移动的距离l=vtWmw物理好资源网(原物理ok网)

t时间内通过导体某一横截面的电荷数 N=nvtSWmw物理好资源网(原物理ok网)

t时间内通过导体某一横截面的电荷量 Q=Nq=nvtSqWmw物理好资源网(原物理ok网)

电流 Wmw物理好资源网(原物理ok网)

故答案为:Wmw物理好资源网(原物理ok网)

(1)vtS;ρvtS;ρvS;Wmw物理好资源网(原物理ok网)

(2)电流强度的表达式为I=nvSq.Wmw物理好资源网(原物理ok网)

试题解析

(1)已知水流动的速度为v,水管的横截面积为S和水流时间,可以得到流过水管的水的体积;已知水的体积和密度,可以得到水的质量;已知水的质量和流动时间,利用I′=得到流量;Wmw物理好资源网(原物理ok网)

(2)已知电荷移动的速度和时间,可以得到电荷移动的距离;已知金属导体的横截面积、导体中单位体积内的自由电荷数和电荷移动的距离,可以得到一定时间内通过导体横截面的电荷数;已知通过横截面的电荷数和每个自由电荷的电荷量,可以得到一定时间通过导体横截面的电荷量;已知电荷量和通电时间,利用I=得到电流.Wmw物理好资源网(原物理ok网)

点评:电流看不见,摸不着,不容易理解;水流能够看到,流量大小可以直观感知,以水流的形成类比电流的形成,降低了难度,易于理解.Wmw物理好资源网(原物理ok网)

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