有关电的几点思索

公丽丽+俊杰

摘要：本文主要对有关电的三点问题进行了分析解释，一、为什么要使用电能作为能源转换的中介而不是其他形式的能源？二、大家都知道在开关闭合的一瞬间所有的用电器就立即开始工作，而电流的大小和自由电子的移动速度却远远小于传播速度？

关键词：自由电子；电流；速度

中图分类号：G632 文献标识码：B 文章编号：1002-7661（2014）11-007-01

从小学自然课中一些有关电的常识开始，到初中物理电路的初步学习和高中大学有关电学知识的逐步深入，虽然学过了这么多关于电的理论知识，但是当谈论起一些关于“电”的一些最基本的认识时却会各执己见，为什么对于有些基本的问题大家仍有迷惑不解之处？

其实我们从小学到大学毕业学过的有关电的理论知识确实不少，但是当谈及这个比较抽象看不见也摸不着有关电的最基础问题时，大家往往会陷入深深地思考之中：对啊，为什么要发明并使用电呢使用其他的能源不行吗？电到底是什么？是怎么流动的？电的传播速度那么快为什么电荷的移动速度却不是光速？

首先，电的发明确实是人类科学史上一次伟大的创举，发电厂发电就是把分散在各处不好利用的一次能源如风能，热能，水力，核能，潮汐能，太阳能转换为能成本低廉的进行远距离输送并且更为有效，清洁，用途更广的电能。然后经过高压输电，输送到目的地后再根据具体的用途将电能转化为各种形式的能量：如转换为热能冬日里来取暖，转换为机械能来运输物品，转换为风能夏日里来纳凉等等。简言之电能在中间起到了一个中介的作用。

其次，关于电压及电流的流动。大家都知道电的传播速度是很快的，在一个电路中只要在开关闭合的一霎那，所有的电器设备就会即刻开始工作，即电以光的传播速度c= 3.0×10^8m/s来传播的。但是自由电子的运动速度却是很慢的。（根据电流的大小为I=nqsv。在人教版选修3-1的课本例题中算出电子的运动速度v=7.5 ×10^-5m/S，如果自由电子同多一条长1m的导线需要3个多小时）。电是以光的速度传播的，而为什么电子的传播速度又是如此的缓慢呢？那两者具体怎么解释呢？大家都知道只要是导体就有可以自由移动的电子，只是这些自由电子的运动是不规则，不定向的。在这里因为电比较抽象我就用一个形象的例子来说明一下。

早上学校操场上站满了等待跑操的学生（类比如导体）。在体育老师没有下达命名开始跑操之前学生们都是可以在自己的班级附近自由活动，找同学聊聊天，嬉笑打闹一下（类比如导体中自由电子）。但是只要早操时间一到老师一声令下（电路中的开关）大家立即全都列队整齐的同步围绕操场运动起来（通路中自由电子定向移动）。这里操场必须是闭合的，学生才可以一圈一圈的跑步运动（只有闭合的通路才有电流）。学生能在操场上跑步运动时学生们体内必须有能量和有运动的动力（通路中电子能定向移动必须有电源提供电压和能量）。通过这个例子大家也就能很好的理解为什么电的传播速度是很快的但电子的运动速度却不快。就如老师一声命下以声音的速度传到学生的耳朵里大家即刻开始全部向前运动起来，整个操场顿时流动有了流动性，但是同学们跑步前进的速度却是远远小于命令传播的速度的(电在命令的一刻瞬间产生，而电子却在缓慢的移动)。

再次，关于电路中的电压。这一点可以用水压来做类比：虽然水流和电流有许多不同之处，但是这里用水压来比电压还是能帮大家形象的理解电压的。大家都知道只有有水压差水才会在渠道里流动否则会是死水一潭，同理只有有电压的情况下才会有电流经过。如在以下的电路中：

如果R1=R2，R3=R4的情况下，在开关闭合后，因为R1 R3与R2 R4中间的这根导线两端没有电压差，所以此时导线中是没有电流流过的相当于断路。

随着对一些简单问题谜团的打开，渐渐地发现虽然这些年学过的理论知识很多，拿来一些题目也会做，但是以前仅仅是为了学习为了考试而学习的。有时拿出你所学过的一些问题思考一下，在通过查阅有关的资料文献和网络搜索，对于一些问题会有一种恍然大悟茅塞顿开的感觉。

参考文献：

[1] 刘文广.概念的特征及物理教学对策.

[2] 普通高中课程标准实验教科书 物理选修3-1人民教育出版社

[3] 韩锋.物理教学中若干问题之我见［J］.河池学院学报,2008（8）:143