1.建立模型:如图所示,AD表示粗细均匀的一段导体,长为l,两端加一定的电压,导体中的自由电荷沿导体定向移动的速率为v,设导体的横截面积为S,导体每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.
2.理论推导:导体AD中的自由电荷总数:N=nlS.总电荷量Q=Nq=nlSq.所有这些电荷都通过横截面D所需要的时间.根据公式q=It可得:导体AD中的电流.
3.结论:由此可见,从微观上看,电流决定于导体中单位体积内的自由电荷数、每个自由电荷的电荷量、定向移动速率的大小,还与导体的横截面积有关.
特别提醒 使用公式I=nqSv讨论问题时,要注意以下两点:
(1)要正确理解式中各物理量的意义,各个物理量都要用国际单位.
(2)由该式不难理解,导体横截面积大的位置,电荷运动速率较慢.
4.两个公式的比较
I=q/t I=nqSv 公式性质 定义式 决定式 电流的意义 时间t内的平均电流 某时刻的瞬时电流 描述的角度 大量电荷定向移动的宏观表现 形成电流的微观实质 联系 由I=q/t可导出I=nqSv 【例2】 (多选)截面积为S的导线中通有电流I.已知导线每单位体积中有n个自由电子,每个自由电子的电荷量是e,自由电子定向移动的速率是v,则在时间Δt内通过导线横截面的电子数是( )
A.nSvΔt B.nvΔt C. D.
点拨:电子数等于总电荷量除以每个电子的电荷量,只要求出通过导线截面的电荷量,即可求出电子数.
解析:电荷量q=It,单位体积内的电子数已知,要求出Δt时间内有多少电子通过截面,才能求出电子数.