在金属导体中,自由电子的定向移动形成电流,其大小等于1S内通过导体截面的电荷量,学了这一知识后,某科技小组的同学用粗细均匀横截面积为S的圆环形电阻丝,圆环半径为r,电压为U的电源,组成如图所示电路(已知电阻丝单位长度的电阻为R0,单位体积的自由电子数为n,每个电子的电荷量为e)则电阻丝中的电流为________,电阻丝中由电子的总电荷量________,自由电子在电阻丝中定向移动的速度为________.
2πrSne
知道圆环的半径,从而可以计算出圆环电阻丝的周长,知道电阻丝单位长度的电阻为R0,从而可以计算出圆环电阻丝的阻值,知道电源电压,可利用公式I=计算电阻丝中的电流.
知道圆环电阻丝的周长和横截面积,从而可以计算出圆环电阻丝的体积,又知道单位体积的自由电子数和每个电子的电荷量,从而可以计算出电阻丝中由电子的总电荷量.
根据电流的微观表达式I=nqSv(n是单位体积内的自由电荷数,q是电子的电量,s是导体的横截面积,v是自由电子定向移动的速度)得出电子的速度.
解答:
∵圆环半径为r,
∴圆环电阻丝的周长为2πr,
而电阻丝单位长度的电阻为R0,
∴圆环电阻丝的阻值为:R=2πrR0,
又∵电源电压为U,
∴电阻丝中的电流为:I==;
而圆环电阻丝的横截面积为S,
∴圆环电阻丝的体积为V=2πrS,
又∵单位体积的自由电子数为n,每个电子的电荷量为e,
∴电阻丝中由电子的总电荷量为:Q=Vne=2πrSne;
则自由电子在电阻丝中定向移动的速度为:V===.
故答案为:,2πrSne,.
点评:本题考查了电阻、电流、电荷量、速度的计算,关键是公式和公式变形的理解和应用,同时还考查了利用数学知识计算周长.
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