物理上常把電流的形成與水流的形成進行類比.閱讀以下材料,完成填空和推導.
(1)水管中的水朝一定方向流動,就會形成水流.如圖1所示,設水流動的速度為v,水管的橫截面積為S,水的密度為ρ,則在t時間內流過水管某一橫截面的水的體積V=________,在t時間內流過該橫截面的水的質量m=________,單位時間內流過該橫截面的水的質量即水流量I′=________.
(2)導體中的自由電荷發生定向移動就會形成電流.物理學中把單位時間內通過導體某一橫截面的電荷量叫做電流強度,用I表示.如圖2所示,已知金屬導體的橫截面積為S,導體中單位體積內的自由電荷數為n,每個自由電荷的電荷量為q,自由電荷定向移動的速度為v,請你仿照(1)中水流量的推導過程,推導出電流強度I的表達式.(用已知量符號表示)
解:
(1)在t時間內流過水管某一橫截面的水的體積V=vtS,
在t時間內流過該橫截面的水的質量m=ρvtS,
水的流量為I'===ρvS;
(2)t時間內電荷移動的距離l=vt
t時間內通過導體某一橫截面的電荷數 N=nvtS
t時間內通過導體某一橫截面的電荷量 Q=Nq=nvtSq
電流
故答案為:
(1)vtS;ρvtS;ρvS;
(2)電流強度的表達式為I=nvSq.
(1)已知水流動的速度為v,水管的橫截面積為S和水流時間,可以得到流過水管的水的體積;已知水的體積和密度,可以得到水的質量;已知水的質量和流動時間,利用I′=得到流量;
(2)已知電荷移動的速度和時間,可以得到電荷移動的距離;已知金屬導體的橫截面積、導體中單位體積內的自由電荷數和電荷移動的距離,可以得到一定時間內通過導體橫截面的電荷數;已知通過橫截面的電荷數和每個自由電荷的電荷量,可以得到一定時間通過導體橫截面的電荷量;已知電荷量和通電時間,利用I=得到電流.
點評:電流看不見,摸不著,不容易理解;水流能夠看到,流量大小可以直觀感知,以水流的形成類比電流的形成,降低了難度,易于理解.
物理解題技巧分享:動滑輪:動滑支點在輪上,豎直用力省力半,效率計算要計重,不變方向費距離。