金属导体导电时的三个速率
金属的导电性与导热性.
金属的导电性与导热性姓名：马丽萍物理教育 Z1101班金属的导电性与导热性物理系Z1101班马丽萍一、导电性物体传导电流的能力叫做导电性。
各种金属的导电性各不相同，通常银的导电性最好，其次是铜和金。
固体的导电是指固体中的电子或离子在电场作用下的远程迁移，通常以一种类型的电荷载体为主，如：电子导电，以电子载流子为主体的导电；离子导电，以离子载流子为主体的导电；混合型导体，其载流子电子和离子兼而有之。
除此以外，有些电现象并不是由于载流子迁移所引起的，而是电场作用下诱发固体极化所引起的，例如介电现象和介电材料等。
1.1 导电的概述导电即是让电流通过1.2导电性的解释物体导电的能力。
一般来说金属、半导体、电解质和一些非金属都可以导电。
非电解质物体导电的能力是由其原子外层自由电子数以及其晶体结构决定的，如金属含有大量的自由电子，就容易导电，而大多数非金属由于自由电子数很少，故不容易导电。
石墨导电，金刚石不导电，这就是晶体结构原因。
电解质导电是因为离子化合物溶解或熔融时产生阴阳离子从而具有了导电性。
1.3理论由来最早的金属导电理论是建立在经典理论基础上的特鲁德一洛伦兹理论。
假定在金属中存在有自由电子，它们和理想气体分子一样，服从经典的玻耳兹曼统计，在平衡条件下，虽然它们在不停地运动，但平均速度为零。
有外电场存在时，电子沿电场力方向得到加速度a,电子产生定向运动，同时电子通过碰撞与组成晶格的离子交换能量，而失去定向运动，从而在一定电场强度下，有一平均漂移速度。
根据经典理论，金属中自由电子对热容量的贡献应与晶格振动的热容量可以相比拟，但是在实验上并没有观察到，这个矛盾在认识到金属中的电子应遵从量子的费米统计规律以后得到了解决。
根据费米统计,只有在费米面附近的很少一部分电子对比热容有贡献。
另一个困难是根据实验上得到的金属电导率数值估算出的电子平均自由程约等于几百个原子间距，而按照经典理论，不能解释电子为什么会有如此长的自由程。
金属导体中有电流通过时的“三速率”
教学方法课程教育研究172 学法教法研究在中学物理教学中，涉及金属导电三速率问题时，学生往往思维混乱、张冠李戴。
究其根本原因是对三种速率本质的认识及区分不清所致，现辨析示例如下仅供师生们参考。
一、 三速率辨析1.自由电子定向移动速率金属导体中有电流通过时,自由电子定向移动速率很小，约为10-5米/秒,以此速率自由电子通过1m 长的导线需要3个多小时！，它是电子在受电场力的作用下,先加速运动,而后与导体中处在其平衡位置附近热运动的正离子碰撞又减速,且这种现象连续不断发生，碰撞中电子将电场加速获得的能量传递给正离子，宏观上表现为通电导体的发热。
因此电子定向移动的速率是电子在加速和减速后的一个平均速率、且不随时间变化。
2.电场传导速率有上述1可知，通电导体中自由电子定向移动的速率并不是电流传导速率，所谓电流传导速率实际上电场传导速率，即等于光速3×108m/s,闭合开关的瞬间，恒定电场和电场力会以光速形成与电源正负极之间,整个电路中各处的自由电子几乎同时定向移动，整个电路也就几乎同时形成了电流.所以，电场传导速率指的是形成恒定电场的速率,也可简单理解成形成电流的速率。
3.自由电子热运动速率常温下金属导体中自由电子热运动的平均速率约为V 热=105m/s,是电子的一种属性，这一数值是约为电子定向移动速率的1010倍，并且自由电子热运动随温度的升高而加剧，平均速率随温度的升高随之增大，于是在相同电压下，在相同的时间内，温度升高，热运动的电子与处在晶格结点上的正离子碰撞次数增多，宏观上表现为电流所受阻碍作用增大了，即材料的电阻率变大。
综上所述，当金属导体中有电流通过时，自由电子定向移动速率、电场传导速率、热运动速率，三者的物理意义、本质及微观机理完全不同，相信大家仔细体会定能很好区分。
二、示例应有[例析1 ]关于电流,，下列说法中正确的是 ( )A.通电导线中自由电子定向移动的速率等于电流的传导速率B.金属导线中电子定向运动的速率越大,导线中的电流强度就越大C.电流强度是个矢量,其方向就是正电荷定向移动的方向D.国际单位制中,电流强度是一个基本物理量,安培是基本单位解析：电流是电荷的定向移动形成的，但电流传导速率实际是电场在电路中传导的速率，等于光速3×108m/s 而并非电子定向移动速度10-5m/s ，故A 项错 。
金属的导电性与热导性
金属的导电性与热导性金属作为一种重要的材料，具有优异的导电性和热导性，广泛应用于电子、能源、建筑等领域。
本文将介绍金属的导电性与热导性的原理和特点，并探讨其应用。
一、导电性原理和特点1.1 导电性原理金属的导电性是由其晶体结构和电子结构决定的。
金属晶体由正离子核和自由电子云组成，自由电子能在晶体中自由运动，形成电子气。
当外加电场作用于金属中时，电子气会在导电体内形成电流，从而实现电能的传导。
1.2 导电性特点金属的导电性具有以下特点：首先，金属的导电性较好，能够传导电流，并且电阻较低。
这是因为金属中存在大量自由电子，电子之间的相互作用较弱，电子能够自由运动，形成连续的电流。
其次，金属的导电性具有良好的稳定性。
金属导体在通电时不易发生电子散射、热扩散等现象，能够稳定地传导电流。
最后，金属的导电性随着温度的升高而略有下降。
这是由于温度升高会导致金属晶格振动增大，影响了电子的自由运动。
二、热导性原理和特点2.1 热导性原理金属的热导性是由其分子及电子的传导贡献决定的。
金属中的自由电子能够在外加温度梯度作用下传递热能，实现热量的导热。
2.2 热导性特点金属的热导性具有以下特点：首先，金属的热导性较好，能够迅速传递热量。
金属中的自由电子具有高速度，能够迅速传递热能，使热量快速传导。
其次，金属的热导性具有较高的热传导率。
热传导率是衡量物质导热能力的重要指标，金属的热传导率较高，能够迅速传递热量。
最后，金属的热导性受到材料的晶格结构和温度的影响。
晶格结构的不完整、缺陷会影响金属的热导性能力，而温度的升高会影响金属颗粒振动，从而影响热量的传导。
三、导电性与热导性的应用3.1 电子领域金属的导电性使其成为电子器件制造中重要的材料。
电子器件中的导线、电极通常采用金属材料，以实现电流的传导和电能的转换。
此外，金属材料在集成电路、电子元件等领域也有广泛的应用。
3.2 能源领域金属的导电性和热导性在能源领域具有重要应用。
高考物理一轮复习教案： 电路的基本概念和规律 Word版含解析
专题八 恒定电流 考纲展示 命题探究考点一 电路的基本概念和规律基础点知识点1 电流和电阻 1．电流 (1)形成①导体中有能够自由移动的电荷。
②导体两端存在电压。
(2)方向：规定为正电荷定向移动的方向。
电流是标量。
(3)定义式：I ＝qt 。
(4)微观表达式I ＝nqS v 。
(5)单位：安培(安)，符号A,1 A ＝1 C/s 。
2．电阻(1)定义式：R ＝UI。
(2)物理意义：导体的电阻反映了导体对电流的阻碍作用。
3．电阻定律(1)内容：同种材料的导体，其电阻R 与它的长度成正比，与它的横截面积成反比，导体的电阻与构成它的材料有关。
(2)表达式：R ＝ρlS 。
4．电阻率(1)计算式：ρ＝R Sl，单位：Ω·m 。
(2)物理意义：反映导体的导电性能，是表征材料性质的物理量。
(3)电阻率与温度的关系。
①金属：电阻率随温度升高而增大。
②半导体：电阻率随温度升高而减小。
③一些合金：几乎不受温度的影响。
④超导体：当温度降低到绝对零度附近时，某些材料的电阻率突然减小为零，成为超导体。
知识点2 欧姆定律和伏安特性曲线 1．欧姆定律(1)内容：导体中的电流跟导体两端的电压成正比，跟导体的电阻成反比。
(2)表达式：I ＝UR 。
(3)适用范围①金属导电和电解液导电(对气体导电不适用)。
②纯电阻电路(不含电动机、电解槽的电路)。
2．导体的伏安特性曲线(1)I -U 图线：以电流为纵轴、电压为横轴画出导体上的电流随电压的变化曲线，如图所示。
(2)比较电阻的大小：图线的斜率I U ＝1R ，图中R 1＞R 2(选填“＞”“＜”或“＝”)。
(3)线性元件：伏安特性曲线是直线的电学元件，适用于欧姆定律。
(4)非线性元件：伏安特性曲线为曲线的电学元件，不适用于欧姆定律。
知识点3 电功、电功率、焦耳定律 1．电功(1)定义：导体中的自由电荷在电场力作用下定向移动，电场力做的功称为电功。
(2)公式：W ＝qU ＝UIt 。
影响材料导电率的因素 (1)
++ ++ ++ ++ ++ ++ ++ ++ ++ + +
退火态钢
+
++
+ +
+
+
电场
++
方向
+ ++
+
+
++ +
+ ++
淬火态钢
SDEM
2.2.1缺陷量不同的金属导电状况的对比
时效处理对CuCr25合金导电 率的影响
SDEM
2.2.2不同温度下金属导电状况的对比
++ ++ ++ ++ ++ ++ ++ ++ ++ + +
统计平v均后，eE初t 速/ m度e的③平均值为零，则
平均时间间隔等于平均自由程除以平均速率
t /v ④
则由③和④得1、平均金漂属移速导度电v的机e理E /
电流密度ne为v
ne(eE
/
vme
)
(ne2
v
me
⑤
/ vme )E⑥
R ·LS ⑦
I
S⑧
E
V
L
I·R L
I··LS
L
·IS
⑨
E ⑩
• Ag表面不易生成氧化膜，膜电阻小；本身导电率高； 硬度低，收缩电阻小，是比较理想的电接触材料。但 其本身强度硬度不够，导致在接触时容易发生形变影 响寿命，所以经常与W、Ni、Fe等高强度材料相配合 以提高触头的机械寿命。并且其可焊性极好，易发生 熔焊，所以经常配合以C、CdO、SnO2等易产生气体 的材料配合以避免熔焊。
高二物理 第十四章 稳恒电流 第一节、第二节、第三节 知识精讲 人教版
高二物理 第十四章稳恒电流第一节、第二节、第三节 知识精讲 人教版【本讲教育信息】一. 教学内容：第十四章稳恒电流第一节欧姆定律第二节电阻定律电阻率第三节半导体与其应用二. 知识要点：1. 电流电流的定义式：tq I =，适用于任何电荷的定向移动形成的电流。
对于金属导体有I=nqvS 〔n 为单位体积内的自由电子个数，S 为导线的横截面积，v 为自由电子的定向移动速率，约为10－5m/s ，远小于电子热运动的平均速率105m/s ，更小于电场的传播速率3×108m/s 〕，这个公式只适用于金属导体，千万不要到处套用。
2. 电阻定律导体的电阻R 跟它的长度l 成正比，跟它的横截面积S 成反比。
sl R ρ= 〔1〕ρ是反映材料导电性能的物理量，叫材料的电阻率〔反映该材料的性质，不是每根具体的导线的性质〕。
单位是Ω m 。
〔2〕纯金属的电阻率小，合金的电阻率大。
〔3〕材料的电阻率与温度有关系：① 金属的电阻率随温度的升高而增大〔可以理解为温度升高时金属原子热运动加剧，对自由电子的定向移动的阻碍增大。
铂较明显，可用于做温度计；锰铜、镍铜几乎不随温度而变，可用于做标准电阻〕。
② 半导体的电阻率随温度的升高而减小〔半导体靠自由电子和空穴导电，温度升高时半导体中的自由电子和空穴的数量增大，导电能力提高〕。
③ 有些物质当温度接近0 K 时，电阻率突然减小到零——这种现象叫超导现象。
能够发生超导现象的物体叫超导体。
材料由正常状态转变为超导状态的温度叫超导材料的转变温度T C 。
我国科学家在1989年把T C 提高到130K 。
现在科学家们正努力做到室温超导。
3. 欧姆定律RU I =〔适用于金属导体和电解液，不适用于气体导电〕。
电阻的伏安特性曲线：注意I —U 曲线和U —I 曲线的区别。
还要注意：当考虑到电阻率随温度的变化时，电阻的伏安特性曲线不再是过原点的直线。
[例1] 实验室用的小灯泡灯丝的I —U 特性曲线可用以下哪个图象来表示〔 〕解：灯丝在温度达到一定值时会发光发热，而且温度能达到很高，因此必须考虑到灯丝的电阻随温度的变化而变化。
化学导电知识点总结
化学导电知识点总结一、导电物质的分类1. 金属导体金属是最常见的导电物质，其内部结构呈现出电子海模型，电子可以在金属晶格中自由移动，从而形成电流。
金属导电的基本机制是自由电子的漂移导致电流传导。
2. 非金属导体非金属导体主要包括导电聚合物和半导体材料。
导电聚合物是一类特殊的有机材料，通过掺杂或氧化等方式可以提高其导电性能。
半导体材料是一类介于导体和绝缘体之间的材料，其导电性能可以通过施加电场或掺杂等方式进行调控。
3. 电解质电解质是一种在溶液或熔融状态下能够导电的物质，其导电机制主要是通过离子在溶液或熔融状态下的运动来实现的。
电解质在化学电池、电解水等领域有重要应用。
二、导电机制1. 金属导电机制金属内部的电子形成电子云，可以在整个金属晶体中自由移动，从而形成电流。
金属导电的特点是电子的自由移动性，电阻较小，导电性能较好。
2. 导电聚合物导电机制导电聚合物的导电机制主要包括载流子的形成和传导两个过程。
其中，导电聚合物通过掺杂或氧化等方式引入载流子，使聚合物材料产生导电能力。
此外，载流子的传导也是导电聚合物导电性能的重要影响因素。
3. 半导体导电机制半导体材料的导电机制与其能带结构密切相关。
当半导体处于室温或较低温度时，其价带中填满了电子，导带中没有电子。
当施加电场或掺杂时，可提高导带中的载流子浓度，从而增加半导体的导电性能。
4. 电解质导电机制在电解质溶液中，正负离子会在外加电场的作用下向相反电极方向移动，从而形成离子迁移电流。
电解质的导电机制与离子运动和电解质浓度密切相关。
三、导电性质的影响因素1. 温度温度对导电性质有显著影响。
在金属导体中，温度升高会增加电子的热运动，导致电阻增加；在半导体中，温度升高会增加载流子的热激发，提高导电性能。
2. 施加电场在外加电场作用下，材料内部的载流子会受到电场力的作用而产生移动，从而形成电流。
电场强度越大，材料的导电性能越好。
3. 材料结构材料的结构对导电性能有显著影响。
北师大新课标初中物理九年级全册《第十一章 简单电路 六、不同物质的导电性能》_14
探究——不同物质的导电性能教学设计【教材依据】本节课是北师大版九年级物理第十一章《简单电路》第六节《探究——不同物质的导电性能》【设计思路】1.指导思想：本节课采用学生分组（全班分成八个实验小组）实验合作探究为主，教师指点引导为辅的教学方法。
首先学生分组合作探究实验，探究得出导体和绝缘体的定义；鉴于学生有一定的化学基础，对于导体容易导电、绝缘体不容易导电的原因，学生自己分析总结，同时通过FLASH动画演示（附图2），加深印象。
同一物质导电性能是否不变？教师用自制的实验器材演示实验（本实验需要电压为２２０V，有一定危险性）（实验器材和效果请看附图3和附图4）。
学生小组合作实验探究，再次把铜、铝、铁等金属导体接入电路，观察有什么不同？（电流表示数不同，灯泡亮度不同）从而得出电阻的定义和概念。
2.教学目标：知识与水平：（１）了解我们周围的物质哪些属于导体，哪些属于绝缘体。
（２）了解导体和绝缘体是相对的，在一定条件下它们可相以互转化。
（３）知道电阻是表示导体对电流防碍作用大小的物理量，掌握电阻的单位及其换算。
方法与途径：（1）通过实验探究的方法知道哪些属于导体，哪些属于绝缘体。
（2）通过实验探究的方法感知导体和绝缘体能够相互转化。
情感与评价：通过用实验探究的方法了解导体、绝缘体的概念以及它们在一定条件下相互转化，使学生学会研究问题的方法，激发学生学习物理的兴趣。
现代教学手段的使用：ＦＬＡＳＨ动画的使用（请看附图2），使学生对导体为什么容易导电，绝缘体为什么不容易导电的微观成因有更加直观化和形象化的理解。
3.教学重点：电阻的单位及其换算教学难点：导体容易导电和绝缘体不容易导电的原因。
【教学准备】课件制作首页采用卷轴动画方式展开，尾页采用卷轴动画方式结束（请看附图1），具有浓郁的文学氛围，可激发学生的学习兴趣。
ＦＬＡＳＨ动画（附图2）的制作和收集，使抽象的物理原因更加直观化和形象化。
导体和绝缘体相互转化的实验器材（附图4），自己制作，以身作则，示范引领，激发学生的实验动手水平。
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金属导体导电时的三个速率
发表时间：2009-03-16T12:01:51.373Z 来源：《当代教育之窗》2008年第12期供稿作者：邱忠[导读] 本文主要阐述金属导体导电时的三个速率，即金属导体中自由电子定向移动的平均速率、热运动平均速率以及电流传播的速率。
【摘要】本文主要阐述金属导体导电时的三个速率，即金属导体中自由电子定向移动的平均速率、热运动平均速率以及电流传播的速率。
结论：自由电子的定向移动平均速率很小，热运动的平均速率很大，而电流传播的速率更大，三者无必然联系。
【关键词】钻研；求实；创新
The metals conductor conduct electricity of three velocity Qiu Zhong
【Abstract】This text main elaborate metals conductor to conduct electricity of three velocity, namely metals conductor in freedom electronics definite direction move of average velocity, hot sport average the velocity of velocity and electric current dissemination.Conclusion:Freedom the definite direction of the electronics move average the velocity be very small, hot sport of average velocity very big, but electric current dissemination of the velocity be larger, three have no inevitable contact. 【Key words】Delve into；Beg solid；Innovation 【中图分类号】G102.1 【文献标识码】A 【文章编号】1236-3619（2008）11-22-0034
学生在学习“电流时”，往往对金属导体中形成电流的情况弄不清楚，特别是对自由电子定向移动速率，自由电子的热运动速率和电流传播的速率更陌生，这时学生透彻理解物理知识以及将来的进一步学习都是一个障碍，下面谈一谈过几个方面的问题。
1．金属导体中电流的形成
金属导体中的自由电子，在导体两端没有加上电压时，只是做无规则的热运动。
加上电压时，自由电子受到电场的作用，在无规则运动的基础上又加上一个定向的运动。
自由电子的定向运动不是简单的匀速直线运动，而是在电场力作用下的加速运动，又由于频繁地跟金属正离吕碰撞使它向各个方面弹射回来，使得定向的加速运动遭到破坏，而电场力的作用使它再度变成定向运动，接着又会出现新的碰撞，如此反复。
从大量自由电子运动的宏观效果来看，可以为它们以平均速率做定向运动。
2．金属导体中单位体积内的自由电子数
金属导体中单位体积内的自由电子数可以着作跟单位体积内的原子数同一个数量级，即假设每个原子都能提供一个电子来充当自由电子。
设金属的密度为，摩尔质量为M，阿佛加德罗常数为，那么，单位体积内的自由电子数n= N0。
以铜为例：M=63.6×10-3kg/mot, =8.9×103kg/m3,N0==6.02×1023mot-1,所以n= m-3=8.4×1028m-3. 3．金属导体中自由电子定向移动的平均速率
设单位体积内的自由电子数为n，电子定向移动的平均速率为，每个电子带电量为e，导线横截面积为s，则时间t内通过导线横截面的电子数N= ，其总电量Q=Ne= ，根据I= 得I= ， = ，假设S=1.0mm2，I=1.0A，n=8.4×1028m-3，e=1.6×10-19，代入可得到 =7.4×10-5m/s。
可见自由电子定向移动的平均速率是很小的。
4．金属导体中自由电子的热运动平均速率
自由电子要在晶体的阵间做无规则的热运动，根据分子运动论，电子热运动为平均速率 = ，式中K是玻耳兹曼常数—k=1.38×10-23J/K，m 是电子质量—m=0.91×10-30kg，T是热力学温度，设t=270C，即T=300K，代入得 = m/s=1.08×105m/s。
可见自由电子热运动的平均速率是很大的。
5．电流传播的速率等于光在其空中传播的速度， =3.0×108m/s。
由以上分析和计算可知金属导体中自由电子定向移动的平均速率是很小的，自由电子的热运动平均速率是很大的，而电流传播的速率更大。
这三个速率之间没有什么关系，更谈不上相等。