高中物理教学论文 正负离子同时导电电流应该为多大 新人教版选修3-1

1、正负离子同时导电，电流应该为多大？问题提出：酸碱盐溶液中的电流是由阴阳（正负）离子同时向两极定向移动形成的，根据电流的定义式，只要求出在t时间内通过导体某一横截面的电量q就可以求出这段时间内的平均电流。然而，在这个过程中有两种电荷同时参与导电，电量q与阴阳离子个数又有什么关系呢？对于液体、气体导电过程中选择不同的横截面计算出电流的结果又有什么不同呢？本文试通过教辅上常见的两道例题来说明这一过程。 【例1】如图所示，在NaCl溶液中，正、负电荷定向移动，方向如图所示，若测得2s内各有1.0×1018个Na和Cl通过溶液内部的横截面M，试问：溶液中的电流方向如何？电流多大？原文解析：Na

2、Cl溶液导电是靠自由移动的Na和Cl离子，它们在电场力作用下向相反方向运动因为电流方向规定为正电荷定向移动的方向，故溶液中电流方向与Na定向移动方向相同，即由A指向B.图1Na和Cl都是一价离子，每个离子的电荷量为e1.6×1019C，NaCl溶液导电时，Na由A向B定向移动，Cl由B向A运动，负离子的运动可以等效地看做正离子沿相反方向的运动，可见，每秒钟通过M横截面的电荷量为两种离子电荷量的绝对值之和，则有IA0.16A【例2】如图2是静电除尘器示意图,A 是高压电源的正极,B接高压电源的负极,AB之间有很强的电场,空气被电离为电子和正离子,电子奔向正极A的过程中,遇到烟气中的煤粉

3、,使煤粉带负电,吸附到正极A上,排出的烟就成为清洁的了.已知每千克煤粉会吸附n mol电子,每昼夜能除尘m kg,计算高压电源的电流强度 .(已知电子的电荷量为e,阿伏加德罗常数为NA,一昼夜时间为t)图2原文解析：思路点拨：同样由电流的定义式 来求解,要特别注意q的含义.由于电离出的气体中的电子和正离子同时导电,则流过电源的电荷量q跟煤粉吸附的电荷量q的关系是: q= 2q 而q=mnNAe所以两道题考查的知识点都是电流的定义式，并且都是正负电荷同时向两极定向移动而形成的，求解过程也是异曲同工，看到这里似乎问题已经解决。可细看来又产生了一个新的问题：两种情况有一个区别：一个q是通过横截面的电

4、荷量；一个q是到达电极的电荷量。导电溶液也有电极，后者属于电晕放电，也是正负离子同时向两边定向移动，两者又有什么联系呢？这就要看两种情况的微观解释了。（1）酸碱盐溶液导电的情况图3213231如图（3）是NaCl溶液导电示意图，整个溶液中正负离子的分布是均一稳定的，使得溶液任何一部分都不显电性，可以建立这样的模型：每一个负离子的附近就有一个正离子向相反方向定向移动。在图中分别选取1、2、3三个横截面，由图可知通过横截面1的电荷量；通过横截面2的电荷量；通过横截面3的电荷量。可见，无论选取哪个横截面在这段时间内通过的电量都相等。由通过横截面3的电量等于到达正极的电量可以进一步得出：通过电极导线横

5、截面的电量也为5e。由电流的定义式得这个电路中各处电流都有，这结论也和串联电路中电流处处相等的结论相自洽。（2）电离气体导电的情况图4如图（4）这是一个管式静电除尘器示意图，在烟囱的轴线上，悬置了一根导线，称之谓电晕线；在烟囱的四周设置了1个金属线圈（筒），我们称它为集电极。 直流高压电源的正极接在线圈上，负极接在电晕线上，如下图所示。 可以看出，接通电源以后，集电极与电晕线之间就成立了1个非均匀电场，电晕线周围电场强度最大。 当实际电场强度与空气的击穿场强E（约为）相近时就会使得电晕线周围空气发生电离，形成一个电晕圈，同时产生大量的正离子和自由电子。正离子直接飘向电晕线与上面的负电荷中和，

6、自由电子随电场向正极飘移，在飘移的过程当中和灰尘中的中性分子或颗粒发生碰撞，这些粉尘颗粒吸附电子以后就带上了负电。 在电场的作用下，这些带负电的灰尘颗粒继续向正极运动，并最后附着在集电极上与上面的正电荷中和。当灰尘积聚到一定程度时，通过振动装配，灰尘颗粒就落入灰斗中。同样，我们也在电场中选取1、2、3三个横截面。1在电晕线附近，2在电晕圈中，3在集电极附近。因为空气在电离时同时电离出的电荷量的阴阳离子，由图可知通过横截面1的电荷量；通过横截面2的电荷量；通过横截面3的电荷量。可见，在无论选取哪个横截面在这段时间内通过的电量都相等。由通过横截面3的电量等于到达正极的电量可以进一步得出：通过电极导

7、线横截面的电量也为4e。由电流的定义式得t时间内这个电路中各处电流都有。由上述例题可以得出如下结论：在含有正负离子同时向两极定向移动形成的电流的串联电路中，某段时间内通过任意横截面的电量都相等。再由此回顾【例2】中的解题步骤：电路的电荷量q跟煤粉吸附的电荷量q的关系应该是: q= q，而不是q= 2q。再由q=mnNAe得，而并非。即便题目中问的是通过电源的电流，根据串联电路的电流处处相等，计算结果也应一样。然而，笔者查阅了大量的教辅资料，各资料所给的答案均为，解析过程也如出一辙。可见编者大都没注意到这一点，希望再版时加以更正。各位同仁在给学生讲解时也应去伪存真，辩证的来看待答案。通过上述结论还可以合理的解决下面例题：【例3】“氢火焰离子化监测器”可以检测出无机物气体中极其微量的有机分子的含量,其装置如图5所示,在氢火焰的作用下,有机物的分子电离为一价正离子和自由电子,而无机物的分子不会电离.设单位时间内有n摩尔被检测气体进入检测器,调节滑动变阻器,使得电流表的示数逐渐变大,直到最大值I,求有机物分子与被检测气体分子的数目的比值K是多少?(阿伏加德罗常数为NA,电子的电荷量为e)解析 电流达到最大值I后,表明电离出来的电子全部到达了阳极,设经过时间t到达极板的电荷量为q，虽然整