关于高二物理电阻学的问题。

来源:百度知道 编辑:UC知道 时间:2024/05/24 22:51:14
某金属材料,其内自由电子相继两次碰撞时间间隔平均为R ,其单位体积的自由电子个数为N,设电子电量为E,质量为M,求此道题的电阻率的表达式 问题中的“自由电子相继两次碰撞时间间隔平均为R”应该如何理解? 请求详细介绍并且写出解题答案和结果是什么?

电场作用下,电子会被加速,如果没有阻力的话,岂不是电子越动越快了?
所以最初的金属模型Drude模型里面,设计了碰撞这个问题
假定,自由电子每R的时间就碰撞一次,碰撞后方向随机,所以对整体的速度没有贡献,就是说,一个电子碰完会向某方向跑,N多点子碰完向各个方向跑,总的效果就抵消了,相当于没跑。
那么好,长度为L,面积为A的金属中,含有LAN个电子,在电场E的作用下(不好意思,电场是E,电荷为e好不好,你说电荷E我不习惯),开始加速。我们观察一个电子,它从0开始加速,加速到EeR/m的时候撞了,速度又变成0,然后再加速,如此循环(你或许说不对,刚开始不是0,撞完也不是0。但是注意,很多电子的平均效益是0,无规则运动=无电流,对电流的贡献就相当于不动)
对电流有贡献的平均速度就是v = 0.5EeR/m(匀加速直线运动的东西不用再讲吧)
电流大小就是veAN(单位时间穿过的电子数)
又知道U = EL,所以E = U/L
v = 0.5Ue^2R/Lm
I = 0.5ANUe^2R/Lm
R=U/I=2LM/ANeR=(L/A)(2M/Ne^2R)
从而得到后面括号里的就是电阻率啦

参考Wiki百科里的德鲁德模型

注意,这里有一个错误,所有的教科书上基本都会写
在时间t分离的电子自从它最后一次碰撞将平均运动了R秒
这很明显是错的,如果真的每R秒撞击一次的话,任意一个时刻取出的电子从上次撞击应该平均过去了R/2秒。。。这是个定义的错误。。。其实平均自由弛豫时间并不是两次碰撞间的平均间隔时间,而是平均间隔时间的一半。但是很多教科书编者和出题人都搞错了这点,包括维基百科的书写者。
所以可能,你这道题目的官方答案是
M/Ne^2R

某金属材料,其内自由电子相继两次碰撞时间间隔平均为R ,其单位体积的自由电子个数为N,设电子电量为E,质量为M,求此道题的电阻率的表达式
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设“自由电子相继两次碰撞的时间间隔平均值为”τ
电子被加速:V=aτ
加速度:a