高中物理（人教大纲版）第二册 第十四章 恒定电流 一、欧姆定律(备课资料).docVIP

●备课资料 一、欧姆和欧姆定律的建立 欧姆（1787~1854年）1787年3月16日生于德国埃尔兰根城，父亲是锁匠.父亲自学了数学和物理方面的知识，并教给少年时期的欧姆，唤起了欧姆对科学的兴趣.16岁他进入埃尔兰根大学研究数学、物理和哲学，由于经济困难，中途辍学，到1813年才完成博士学业.欧姆是一个很有天才和科学抱负的人，他长期担任中学教师，由于缺少资料和仪器，给他的研究工作带来不少困难，但他在孤独与困难的环境中始终坚持不懈地进行科学研究，自己动手制作仪器. 欧姆对导线中的电流进行了研究.他从傅立叶发现的热传导规律中受到启发，导热杆中两点间的热流正比于这两点间的温度差.因而欧姆认为电流现象与此相似，猜想导线中两点之间的电流也许正比于它们之间的某种驱动力，即现在所称的电动势.欧姆花了很大的精力在这方面.开始他用伏打电堆作电源，但是因为电流不稳定，效果不好.后来他接受别人的建议改用温差电池作电源，从而保证了电流的稳定性.但是如何测量电流的大小，这在当时还是一个没有解决的难题.开始，欧姆利用电流的热效应，用热胀冷缩的方法来测量电流，但这种方法难以得到精确的结果.后来他把奥斯特关于电流磁效应的发现和库仑扭秤结合起来，巧妙地设计了一个电流扭秤，用一根扭丝悬挂一磁针，让通电导线和磁针都沿子午线方向平行放置；再用铋和铜温差电池，一端浸在沸水中，另一端浸在碎冰中，并用两个水银槽作电极，与铜线相连，当导线中通过电流时，磁针的偏转角与导线中的电流成正比.实验中他用粗细相同长度不同的八根铜导线进行了测量，得出了如下的等式： X= 式中X是磁效应强度，即电流的大小；a是与激发力有关的常数，即电动势；x表示导线的长度，b是与电路其余部分的电阻有关的常数，b+x实际上表示电路的总电阻.这个结果于1826年发表.1827年欧姆又在《动电电路的数学研究》一书中，把他的实验规律总结成如下公式： S=γE 式中S表示电流，E表示电动力，即导线两端的电势差，γ表示导线对电流的传导率，其倒数即为电阻. 欧姆定律发现初期，许多物理学家不能正常理解和评价这一发现，并提出怀疑和尖锐的批评.研究成果被忽视和经济的极其困难使欧姆精神抑郁.直到1841年英国皇家学会授予他最高荣誉的科普金奖，才引起德国科学界的重视. 1849年他当上了慕尼黑大学教授，后人为了纪念他，就用他的名字作为电阻的单位. 二、电流传导速率、电子定向移动速率、电子热运动速率三种速率的区别 1.电流传导速度等于光速，电路一接通，导体中的自由电子立即受到电场力的作用，定向移动形成电流. 2.电子定向移动速率其大小与电流有关，一般每秒为10－2m~10－3m的数量级. 3.电子热运动速率与温度有关，通常情况为每秒几百米. 三、电流的微观解释 设粗细均匀的一段导体长度为l，两端加一定的电压，导体中自由电荷定向移动的速率为v，导体的横截面积为S，导体单位体积内的自由电荷数为n，每个自由电荷的电量为e，则导体中自由电荷总数N=nlS，总电量q=Ne=nlSe，所有这些电荷都通过导体横截面所用时间t=，所以电流I==neSv. 由此可见，从微观上看，电流决定于单位体积内的自由电荷数n、导体的横截面S和自由电荷定向移动的速率v. w.w.w.k.s.5.u.c.o.m