蒋炜波

(清华大学附属中学 北京 100084)

赵 坚

(昆明市五华区基础教育发展研究院 云南 昆明 650031)

1 引言

与导体中的自由电子相关联的一些物理问题，在高中物理中很常见，比如图1所示，固定于水平面的导杆MN和PQ处于竖直向下的匀强磁场B中，金属直导线ab在安培力的作用下向右运动.在这一情景中，导体中的自由电子会受到磁场、电场、金属离子(晶格)等施加的各种作用力，这类问题往往涉及到宏观和微观之间的联系，因此一直是学生学习理解和教师教学过程中的一大难点.但受限于中学阶段的学习和教学要求，教材并未对这些作用力进行系统的分析阐述，同时从物理课程的新要求看，《普通高中物理课程标准(2017年版)》明确提出将“物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任”4个方面作为物理学科的核心素养要求.鉴于此，有必要对金属导体中与自由电子相关联的一些中学教学范畴内的问题，做出梳理探讨，并提出相应的教学建议，供大家教学中参考.

图1 通电导体在磁场中受力

2 自由电子

什么是金属导体中的自由电子呢？按照经典原子核式结构理论和能级理论，原子核周围存在着绕核运行的电子，这些电子分别位于不同的能级上，所处能级越高，电子越容易脱离原子核的束缚，但脱离的过程仍然需要克服原子核的束缚作用做功.对单个金属原子而言，电子都处于束缚状态，没有自由电子的概念，但是对于由金属原子构成的宏观……