高中物理电学讲座.doc

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1、2．6、黑箱问题图2-6-1此类问题具有智力测试的性质，无明显规律可循，而全凭思维的灵敏性和判断的周密性例11、如图2-6-1所示，在黑盒内有一个电源和几个阻值相同的电阻组成的电路，盒外有四个连接柱。利用电压表测出每两点间的电压分别为：。试画出盒内的电路，并要求电阻数不超过5个。解：在盒内电阻数不超过5个的条件下，可能的电路有6种，如图2-6-2所示图2-6-2§2、7物质的导电性2．7．1、导体的导电性（1）金属中的电流金属导体内的电流强度与自由电子的平均定向运动速率有关。设金属导体的横截面积

2、为S，单位面积内自由电子的数密度为n，自由电子的平均定向运动速率v，电子电量为e，则由上式可估算出电子的定向运动速率是很小的，一般为数量级，与电子热运动的平均速率（约数量级）和“电的传播速率”（即电场的传播速率，为）不能混为一谈。（2）。液体中的电流液体导电包括液态金属导电与电解质导电两种。电解质导电与金属导电的机理不同，固态金属导电跟液态金属（如汞）导电的载流子是自由电子，在导电过程中，金属本身不发生化学变化，而电解质导电的载流子是正负离子，在导电过程中，伴随着电解现象，在正负极板处同时发生化

3、学反应（即电解）。英国物理学家、化学家法拉第，通过大量的实验，在1833年总结出了两条电解定律。电解质导电时，所析出物质的质量m跟通过电解液的电流强度I成正比，跟通电时间t成正比，就这是法拉第电解第一定律。由于，法拉第电解第一定律也可表述为：电解时析出物质的质量m跟通过电解液的电量Q成正比，用公式表示为式中比例恒量k叫做电化当量，其物理意义是：通过1C电量时，所析出这种物质的质量。各种物质的电化当量跟它的摩尔质量M成正比，跟它的化合价n成正比。这就是法拉第电解第二定律。而在化学中，我们常将称为“

4、化学当量”。因此，法拉第电解第二定律又可简述为：各种物的电化当量与它的化学当量成正比，即例如一价银的化学当量等于它的摩尔质量，二价铁的化学当量等于它的摩尔质量0.065546kg/mol除以它的化合价，得0.031772kg/mol。上式中的比例恒量C是一个普通恒量，对各种物质都是相同的，称为“法拉第恒量”，用F表示。因此，法拉第电解第二定律又可以表示为实验指出，对于任何物质，都有，将上式代入电解第一定律可得这就是法拉第电解定律的统一表达式。当析出物质的质量m等于该物质的化学当量，则F与Q在数值

5、上相等。例12、把的食盐溶解在1L的水中，测得44%的食盐分子发生电离。若钠离子的迁移率（单位电场强度所产生的平均速率）为，氯离子的迁移率为。求食盐溶液的电阻率。分析：由于溶液中的电流是正、负离子共同提供的，所以溶液中导电电流微观表达式为根据欧姆定律、电阻定律可以导出电阻率与钠离子、氯离子迁移率之间的关系，利用分子动理论求出离子体密度，代入数据可求解食盐溶液的电子率。解：根据溶液中电流的微观表达式根据欧姆定律、电阻定律得：又由分子动理论，求得离子体密度n为电离率，M为摩尔质量，N为阿伏加德罗常数

6、。（3）气体中的电流①通常情况下，气体不导电。只有在电离剂存在或极强大的电场情况下，气体才会被电离而导电。气体导电既有离子导电，又有电子导电。气体导电不遵从欧姆定律。②由于引起气体电离的原因不同，可分为被激放电和自激放电。在电离剂（用紫外线、X射线或放射性元素发出的放射线照射或者用燃烧的火焰照射气体）的作用下，发生的气体放电现象叫做被激放电。没有电离剂作用而在高电压作用下发生的气体放电现象叫做自激放电。各种自激放电形式的区别如下表气体电离原因阴极发射电子原因辉光放电电子碰撞被正离子轰击弧光放电强

7、电流通过时产生的高温被正离子轰击并保持很高的温度(主要是热电子发射)火花放电主要是电子碰撞还有火花本身的辐射被正离子轰击电晕放电很强电场的作用(场致电离和碰撞电离)种种自激放电形式间的联系主要表现在它们之间可以转化。在放电电流很强时，辉光放电可以变成弧光放电。若电源的功率很大时，火花放电可以变成弧光放电。2．7．2、半导体的导电性（1）半导体的导电性导电性能介于导体和绝缘体之间的一类物质被称为半导体，如硅、锗、氧化亚铜等。以硅为例，硅是四价元素，硅原子最外层四个价电子，在形成单晶硅时，每个原子都

8、以四个价电子与相邻的四个原子联系。相邻的两个原子就有一对共有电子，形成共价键。如图2-7-1所示。共价键中电子是被束缚的。但是由于热运动，极少数电子可能获得足够大能量，挣脱成为自由电子，同时共价键中留下一个空位叫空穴，原图2-7-1图2-7-2子是中性的，失去电子后可以看作空穴带正电，如图2-7-2所示。这个空穴很容易被附近共价键中束缚电子填补，形成新的空穴，束缚电子的填补运动叫空穴运动，在纯净的半导体中，自由电子和空穴是成对出现，叫电子——空穴对。半导体的导电是既有电子导电，又有空穴导电。但由