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电磁学

电流

通过导线中电子漂移模型观察直流电流。验证 I=ΔQ/ΔtI = \Delta Q/\Delta t 及 I=neAvdI = neAv_d 中截面积与载流子密度的作用。

初中

⚠ 此为虚拟模拟;测量真实电流时电流表须串联,切勿直接并联在电压源两端——有短路危险。

器材

  • 带运动自由电子点的虚拟金属导线
  • 电流滑块(1–8)
  • 相对截面积与载流子密度滑块
  • 时间滑块与电荷计数器

实验步骤

  1. 追踪电子漂移与约定电流方向

    运行模拟:蓝点(电子)向一个方向漂移,而红箭头——约定电流——指向相反方向。电子在无规则热运动上叠加微小漂移;约定电流由正极流向负极。

  2. 随时间计数电荷

    设定电流值并拖动时间滑块:累积电荷随时间成正比增长,Q=ItQ = It。在两个时刻读取计数器,验证电流稳定时 I=ΔQ/ΔtI = \Delta Q/\Delta t 恒定。

  3. 改变截面积与载流子密度

    固定 I 增大截面积 A:电流不变时漂移速度按 vd=I/(neA)v_d = I/(neA) 下降。类似地改变密度 n。先预测导线更细时电子漂移更快还是更慢,再观察。

模拟

实验历史

1800年伏打发明的伏打电堆首次提供持续电流。安培在1820–1826年建立电动力学,定义约定电流方向并测量载流导线间的相互作用——安培即以他命名。 1876–1883年霍尔的霍尔效应测量表明金属中载流子带负电;1897年J.J.汤姆孙发现电子,确认了真实载流子。1900年德鲁德用漂移图像 I=neAvdI = neAv_d 建立金属导电模型。

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