11.1 电源和电流 同步课时作业训练—2021-2022学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册（word含答案）

2021-2022年高二物理必修3同步课时作业训练（人教版2019）
11.1
电源和电流
一、单选题。本大题共10小题，每小题只有一个选项符合题意。
1．北京正、负电子对撞机的储存环是长240m的近似圆形轨道，若电子的速率为光速大小的十分之一，当环中的电流为10mA时，在整个环中运行的电子数目为（　　）
A．个
B．个
C．个
D．个
2．一段通有恒定电流电解液，若2秒钟有2C的正电荷和2C的负电荷相向运动，同时通过某一横截面，则电流强度是（　　）
A．1A
B．2A
C．4A
D．8A
3．在示波管中，电子枪2
s内发射了6×1013个电子，则示波管中电流的大小为（　　）
A．4.8×10－6
A
B．3×10－13
A
C．9.6×10－6
A
D．3×10－6
A
4．如图所示，真空中一根绝缘轻杆两端分别固定两个完全相同的、带等量异种电荷的小球M、N（可以看成点电荷，电荷量大小为Q），轻杆绕O点在水平面内沿逆时针方向（俯视）以角速度匀速，转动，已知小球M距离O点较近，下列说法正确的是（
）
A．小球N转动形成的等效电流沿逆时针方向
B．小球M转动形成的等效电流大于小球N转动形成的等效电流
C．小球M转动形成的等效电流大小为
D．小球M转动形成的等效电流与小球N转动形成的等效电流方向相同
5．如图所示，一根横截面积为S的均匀长直橡胶棒上带有均匀的负电荷，每单位长度上电荷量为q，当此棒沿轴线方向做速度为v的匀速直线运动时，由于棒运动而形成的等效电流大小为（　　）
A．qv
B．
C．qvS
D．
6．如图所示的电解槽接入电路后，在t秒内有n1个1价正离子通过溶液内截面S，有n2个1价负离子通过溶液内截面S，设e为元电荷，以下说法正确的是（　　）
A．当n1＝n2时电流强度为零
B．当n1＞n2时，电流方向从A→B，电流强度为I＝
C．当n1＜n2时，电流方向从B→A，电流强度I＝
D．电流方向从A→B，电流强度I＝
7．下列说法中正确的是（
）
A．导体中只要电荷运动就形成电流
B．在国际单位制中，电流的单位是A
C．电流有方向，它是一个矢量
D．根据，可知I与q成正比
8．在显像管的电子枪中，从炽热的金属丝不断放出的电子进入电压为U的加速电场，设其初速度为零，经加速后形成横截面积为S、电流为I的电子束。已知电子的电荷量为e、质量为m，则在刚射出加速电场时，一小段长为Δl的电子束内的电子个数是（　　）
A．
B．
C．
D．
9．一根横截面积为S的铜导线，通过电流为I。已经知道铜的密度为ρ，铜的摩尔质量为M，电子电荷量为e，阿佛加德罗常数为NA，设每个铜原子只提供一个自由电子，则铜导线中自由电子定向移动速率为（　　）
A．
B．
C．
D．
10．某电解池，如果在1s内共有5×1018个二价正离子和1×1019个一价负离子通过面积为0.1m2的某横截面，那么通过这个横截面的电流是（　　）
A．0
B．0.8A
C．1.6A
D．3.2A
二、多选题。本大题共3小题，每小题有一个选项或多个选项符合题意。
11．关于电流的方向，下列说法中正确的是(　　)
A．在电源供电的外部电路中，电流的方向是从高电势一端流向低电势一端
B．电源内部，电流的方向是从高电势一端流向低电势一端
C．电子运动形成的等效电流方向与电子运动方向相同
D．电容器充电时，电流从负极板流出，流入正极板
12．半径为R的橡胶圆环均匀带正电，总电荷量为Q，现使圆环绕垂直环所在平面且通过圆心的轴以角速度ω匀速转动，则由环产生的等效电流判断正确的是（　　）
A．若ω不变而使电荷量Q变为原来的2倍，则等效电流也将变为原来的2倍
B．若电荷量Q不变而使ω变为原来的2倍，则等效电流也将变为原来的2倍
C．若使ω、Q不变，将橡胶环拉伸，使环半径增大，等效电流将变大
D．若使ω、Q不变，将橡胶环拉伸，使环半径增大，等效电流将变小
13．有一横截面积为S的金属导线，流经其中的电流为I。设导线中单位体积内有n个自由电子，电子的电荷量大小为e，此时电子的定向移动速率为v。在t时间内，通过导线横截面积的自由电子数目可表示为（　　）
A．nvSt
B．nvt
C．
D．
三、填空题。本大题共3小题。
14．来自质子源的质子（初速度为零）经一加速电压为的直线加速器加速，形成电流大小为的细柱形质子流，已知质子电荷量。
(1)这束质子流每秒打到靶上的个数为______。
(2)假定分布在质子源和靶之间的加速电场是均匀的，在质子束中与质子源相距L和4L的两处，各取一段极短的相等长度的质子流，其中的质子数分别为和，则______。
15．一个半径为的绝缘圆盘，绕垂直圆盘的转动轴以角速度沿逆时针方向匀速转动，圆盘边缘上均匀地分布着一圈电荷，电性均为负，单位圆弧上所带的电荷量为，当圆盘转动时，这些电荷所形成的电流大小________，电流的方向为_________。
16．原子中的电子绕原子核的运动可以等效为环形电流。设氢原子的电子以速率v在半径为r的圆周轨道上绕核运动，电子的电荷量为e，等效电流是______。
四、解答题。本大题共2小题，解答过程必修有必要的文字说明，公式和解题过程。
17．若距地面高约2km的空中有两块乌云，它们因与空气摩擦带电，致使两块乌云之间的电势差约为3×109V且保持不变。已知空气的电场强度达到3×106V/m将被击穿放电，请对以下问题进行估算。
（1）当两块乌云相距多少米时会发生电闪雷鸣？
（2）若某次闪电，两块乌云之间通过的电荷量为500C，可释放多少能量？
（3）这次放电现象历时约0.01s，则其平均电流约为多大？
18．根据I=neSv还可估算电子定向移动的平均速率。有一横截面积为1mm2的铜导线，每立方米体积内的自由电子数为8.4×1028个，电子的电荷量大小为1.6×10-19C。若通过该导线的电流为1A，导线中自由电子定向移动的平均速率为多大？
参考答案
1．A
【解析】北京正、负电子对撞机的储存环长为240m，环中的电流I为10mA，电子的速率，则由：
代入数据联立可得：
个
故A正确，BCD错误。
故选A。
2．B
【解析】因为有2C的正电荷和2C的负电荷相向运动，故通过截面的电量为4C，电流的定义式是
故B正确ACD错误。
故选B。
3．A
【解析】每个电子的电荷量大小为e=1.6×10?19C
6×1013个电子总电荷量为
q=6×1013×1.6×10?19C=9.6×10?6C
则示波管中电流大小为
I=A=4.8×10?6A
故选A。
4．C
【解析】AD．根据电流方向为正电荷定向移动的方向可知，小球M转动形成的等效电流沿逆时针方向，小球N转动形成的等效电流沿顺时针方向，选项A、D错误；
BC．两个小球所带的电荷量大小相等，转动的周期相等，所以它们转动形成的等效电流的大小相等，在小球做圓周运动的运动轨迹上任取一横截面，在小球转动一周的时间内，通过该横截面的电荷量为Q，由于，则
选项B错误，C正确.
故选C。
5．A
【解析】1
s内棒通过的长度
l＝vt
总电荷量
Q＝ql＝qvt
则
故选A。
6．D
【解析】电荷的定向移动形成电流，正电荷的定向移动方向是电流方向，由图示可知，溶液中的正离子从A向B运动，因此电流方向是A→B，电流
故选D。
7．B
【解析】A．导体中只要电荷能定向运动就形成电流，选项A错误；
B．在国际单位制中，电流的单位是A，选项B正确；
C．电流有方向，但它是一个标量，选项C错误；
D．根据I＝q/t，电路中的电流强度用电量与时间的比值来量度，但是与电量和时间无关，选项D错误。
故选B。
8．B
【解析】在加速电场中有
得
在刚射出加速电场时，一小段长为Δl的电子束内电荷量为
则电子个数
ACD错误，B正确。
故选B。
9．A
【解析】设自由电子定向移动的速率为v，导线中自由电子从一端定向移到另一端所用时间为t，对铜导体研究，每个铜原子可提供一个自由电子，则铜原子数目与自由电子的总数相等，为
t时间内通过导体截面的电荷量为
则电流强度为
得
故BCD错误，A正确。
故选A。
10．D
【解析】由题意，1s内通过横截面正离子的电荷量为
负离子的电荷量绝对值为
则电流为
I＝＝
将代入数据解得
I＝3.2A
故选D。
11．AD
【解析】AB、在电源供电的外部电路中，电流从正极流向负极，在电源的内部，电流从负极流向正极，电源正极电势高于负极电势，所以A正确，B错误；
C、电子带负电，电子运动形成的电流方向与电子运动的方向相反，C错误；
D、电容器充电时，电子流入负极板，所以电流从负极板流出，流入正极板，D正确．
12．AB
【解析】截取圆环的任一截面S，如题图所示，在橡胶圆环运动一周的时间T内，通过这个截面的电荷量为Q，则有
I=
又，所以
I＝
A．由I＝可知，若ω不变而使电荷量Q变为原来的2倍，则电流也将变为原来的2倍，故A正确；
B．由I＝可知，电荷量Q不变而使ω变为原来的2倍，则电流也将变为原来的2倍，故B正确；
CD．由I＝可知，若使ω、Q不变，将橡胶环拉伸，使环的半径增大，对电流没有影响，故CD错误。
故选AB。
13．AC
【解析】根据电流的微观表达式
在t时间内通过导体横截面的自由电子的电量
则在t时间内，通过导体横截面的自由电子的数目为
代入得
故选AC。
14．
2:1
【解析】（1）[1]设每秒打到靶上的质子数为n，由得
个
（2）[2]解法1：:建立如图3-1-6所示的“柱体微元”模型，设质子在距质子源L和4L处的速率分别为、，在L和4L处作两个长为（极短）的柱体微元.因极短，故L和4L处的两个柱体微元中的质子的平均速率可分别视为、.对于这两个柱体微元，设单位体积内的质子数分别为和，由电流的微观表达式可知，，，作为串联电路，各处的电流相等，即
所以
①
设质子源到靶之间均匀的加速电场的电场强度为E，根据动能定理，分别有
②
③
由①②③式得
即
.
解法2：设质子源到靶之间均匀的加速电场的电场强度为E，则质子源和与质子源相距L、4L两处间的电势差分别为:和.设质子在这两处的速率分别为和，根据电场力做的功与电荷动能变化的关系，有，得.在这两处极短的相等长度内，质子数
可见
又两段长度相等，所以有
故
即
15．
顺时针方向
【解析】[1]设周期为
[2]由于电荷电性为负，所以电流的方向为顺时针方向。
16．
【解析】由题，电子圆周运动的速率为v，半径为r，则电子运动的周期
根据电流的定义式得到，等效电流为
17．(1)1000m；(2)
1.5×1012J；(3)
5×104A
【解析】(1)由
U=Ed
可得乌云与建筑物间的距离为
(2)释放的能量为电场力做功
W=Uq=3×109×500J=1.5×1012J
(3)平均电流约为
18．
【解析】根据电流微观表达式
I=neSv
可得