11.1电源和电流 练习题-2021-2022学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册（word含答案）

高中物理必修三第十一章电路及其应用第一节电源和电流练习题
一、单选题（本大题共8小题，共32.0分）
下列说法正确的是
A. 电流的微观表达式中的指的是自由电荷热运动的速率
B. 单位时间内通过导体横截面的电荷量越多，导体中的电流越大
C. 由可知，导体的电阻跟它两端的电压成正比，跟通过它的电流成反比
D. 一节电动势为的干电池接入不同的电路时，电动势会发生变化
如图所示，一根横截面积为的均匀长直橡胶棒上均匀带有负电荷，每米电荷量为，当此棒沿轴线方向做速率为的匀速直线运动时，由于棒运动而形成的等效电流大小为
A. B. C. D.
以下说法正确的是
A. 导体中的电流是正电荷的定向移动形成的
B. 电荷定向移动的速率等于电流的传导速率
C. 导体中横截面积越大的地方运动电荷的平均速率越大
D. 单位时间内通过导体横截面的电荷量越大，电流越大
用比值法定义物理量是物理学中一种常用方法，以下物理量表达式中不属于比值法定义的是
A. 电源电动势 B. 导体电阻
C. 电容器的电容 D. 电流强度
某兴趣小组探究发现导电液体电阻变化规律与金属电阻相同．如图所示，将横截面积之比为，长度相同的两段玻璃管注满相同的盐水，封闭构成盐水柱和并联接入电路中，忽略温度对电阻的影响，则下列说法正确的是
A. 盐水柱和电阻之比为
B. 通过盐水柱和电流之比为
C. 盐水柱和中自由电荷移动速率之比
D. 电路稳定时盐水柱中电场强度处处为零
如图为一种服务型机器人，其额定功率为。额定工作电压为。机器人的锂电池容量为。则机器人
A. 额定工作电流为
B. 充满电后最长工作时间为
C. 电池充满电后总电量为
D. 以额定电流工作时毎秒消耗能量为
移动充电宝是一种能直接给手机等移动设备充电的储能装置。如图所示为某品牌充电宝的技术参数。关于该充电宝，下列说法中正确的是
产品名称：充电宝 输入：
输出
输出
电池容量：
A. 在给充电宝充电时，是将化学能转化为电能
B. 给该无电的充电宝充电，需要才能充满
C. 给该无电的充电宝充满电，需要消耗的电能
D. 该充电宝用“输出”给手机充电时，输出功率为
硅光电池作为电源已广泛应用于人造卫星、灯塔和无人气象站等，高速公路上安装的“电子眼”通常也采用硅光电池供电．硅光电池的原理如图所示，、是硅光电池的两个电极，、是两块硅半导体，区是两块半导体自发形成的匀强电场区，的上表面镀有一层增透膜．光照射到半导体上，使内受原子束缚的电子成为自由电子，自由电子经区电场加速到达半导体，从而产生电动势，形成电流．以下说法中正确的是
A. 区匀强电场的方向由指向
B. 电源内部的电流方向由指向
C. 电极为电池的负极
D. 硅光电池是一种把光能转化为电能的装置
二、多选题（本大题共4小题，共16.0分）
有一横截面积为的铜导线，流经其中的电流为，设单位体积的自由电子数目为个，电子电荷量为，此时电子的定向移动速率为，在时间内，通过导体横截面的自由电子数目可表示为
A. B. C. D.
如图为某一款移动充电宝，其参数见如表，下列说法正确的是
A. 给充电宝充电时将大部分电能转化为化学能
B. 该充电宝最多能储存能量为
C. 理论上该充电宝电量从零到完全充满电的时间约为
D. 该充电宝给电量为零、容量为的手机充电，则理论上能充满次
下图为某种锂电池充电过程中电池电压、充电电流随时间变化的图像。根据图像，可以做出的正确推断是
A. 该锂电池的电动势约为
B. 该锂电池的充电电压可能小于
C. 充电的小时内，电池充入的电荷量为
D. 若该锂电池的容量为，则整个充电过程中，锂电池增加的电能不超过
如图所示是常用在电子手表和小型仪表中的锌汞电池，它的电动势约为，这表示
A. 电路通过的电荷量，电源把其他形式能转化为电能
B. 电源在每秒内把其他形式能转化为电能
C. 该电源比电动势为的干电池做功少
D. 该电源与电动势为的干电池相比，通过电荷量时转化为电能少
三、实验题（本大题共1小题，共9.0分）
电阻放电法测电容的实验，是通过对高阻值电阻放电的方法测出电容器充电电压为时所带的电荷量，从而再求出待测电容器的电容，某同学的实验情况如下：
按图甲所示电路连接好实验电路。
接通开关，调节电阻箱的阻值，使小量程电流表的指针偏转接近满刻度，记下这时电流表的示数、电压表的示数，和分别是电容器放电的初始电流和初始电压，此时电阻箱的阻值为，则电流表的内阻为______。
断开开关，同时开始计时，每隔或读一次电流的值，将测得数据填入预先设计的表格中，根据表格中的数据标出以时间为横坐标、电流为纵坐标的坐标纸上的点，如图乙中用“”表示的点。
请在图中描绘出电流随时间变化的图线，并根据图线估算出该电容器两端电压为时所带的电荷量约为________。结果保留两位有效数字
根据公式________来计算电容器的电容。只要求写出表达式，不要求计算结果
四、计算题（本大题共3小题，共30.0分）
某导线中的电流，导线的横截面积。已知电子电荷量，导体每立方米内有个自由电子。求：
在内定向移动通过导线横截面的电子个数。
自由电子定向移动的速度大小。
自由电子沿导线定向移动所需要的时间。
中子流是高能物理研究的对象之一，假定高速中子流控制为圆柱体粒子流，其横截面积为，每个中子的能量均为，中子流的运动速度为若中子流单位体积内所包含的能量叫做中子流的能量密度，记为则：
单位时间内通过中子流截面的中子数是多少？
单位时间沿运动方向通过单位面积的能量是多大？
如图甲所示,竖直面内有一圆形小线圈,与绝缘均匀带正电的圆环同心放置.带电圆环的电荷量为Q,绕圆心做圆周运动,其角速度ω随时间t变化的关系如图乙所示(图中ω0、t1、t2为已知量).线圈通过绝缘导线连接两根竖直的间距为l的光滑平行金属长导轨,两导轨间的矩形区域内存在垂直于纸面向里的水平匀强磁场,磁场的上、下边界间距为h,磁感应强度大小恒为B.“工”字形构架由通过绝缘杆固连的间距为H(H>h)的水平金属棒AB、CD组成,并与导轨紧密接触.初始时锁定“工”字形构架,使AB棒位于磁场内的上边沿,t1时刻解除锁定,t2时刻开始运动.已知“工”字形构架的质量为m,AB棒和CD棒离开磁场下边沿时的速度大小均为v,金属棒AB、CD和圆形线圈的电阻均为R,其余电阻不计,重力加速度为g,不考虑线圈的自感.
(1)0~t1时间内,求带电圆环的等效电流;
(2)t1~t2时间内,求穿过圆形线圈的磁通量变化率的大小,并判断带电圆环圆周运动的方向;
(3)从0时刻到CD棒离开磁场的全过程,求AB棒上产生的焦耳热.
答案和解析
1.【答案】
【解析】
【分析】
根据电流的微观表达式中各物理量的意义解答；物理学中把每秒钟通过导体任一横截面的电荷量简称电量叫做电流强度，简称电流；影响导体电阻大小的因素：导体的长度、材料、横截面积以及温度，与导体两端的电压和通过的电流无关；电源电动势反映了电源内部非静电力做功的本领。
本题主要考查电流的微观表达式中各物理量的意义、电流强度的定义式、电阻的定义式、电动势。
【解答】
A.电流的微观表达式中的指的是自由电荷定向移动的速率，不是自由电荷热运动的速率，故A错误；
B.根据知单位时间内通过导体横截面的电荷量越多，导体中的电流越大，故B正确；
C.导体的电阻是导体本身的一种性质，在数值上等于它两端的电压和通过的电流的比值，决定它大小的只有材料、长度和横截面积，与电阻两端的电压和通过的电流无关，故C错误；
D.电源电动势反映了电源内部非静电力做功的本领，所以一节电动势为的干电池接入不同的电路时，电动势不会发生变化，故D错误。
故选B。
2.【答案】
【解析】
【分析】
求出时间内通过导体横截面的电荷量，再利用电流的定义式直接求出。
正确理解电流的定义是解题的关键。
【解答】
在运动方向上假设有一横截面，在时间内通过横截面的电量，则等效电流，故A正确，BCD错误。
3.【答案】
【解析】
【分析】
本题要注意无论是正电荷还是负电荷，只要定向移动都会形成电流，不要将电流的形成速度与电流的方向的规定混淆；同时注意电流的微观表达式的应用。
【解答】
A.电荷的定向移动形成电流，在金属导体中形成电流时，定向移动的是电子。在电解液中形成电流时，正离子和负离子都在定向移动，故A错误。
B.电流的传导速率等于光速，电荷定向移动的速度远远小于电流传导的速度，故B错误。
C.由电流的微观表达式可知，可知，导体中横截面积越大的地方运动电荷的平均速率越小；故C错误；
D.根据电流的定义可知，单位时间内通过导体横截面的电荷数越多电流越大，故D正确。
故选D。
4.【答案】
【解析】
【分析】
所谓比值定义法，就是用两个基本的物理量的“比”来定义一个新的物理量的方法，比值法定义的基本特点是被定义的物理量往往是反映物质的最本质的属性。
比值法定义物理量是物理学中一种常用的方法，比如：电场强度、磁感应强度、加速度、电阻、电容等等。
【解答】
A.电动势公式是电动势的定义式，故A不符合题意；
B.导体电阻，等于电压与电流的比值，属于比值法定义，故B不符合题意；
C.电容器的电容是由电容器本身决定的，电容器的电容是电容器电容决定式，不是定义式，故C符合题意；
D.电流强度，电流等于流过导体的某横截面与时间的比值，属于比值法定义，故D不符合题意。
本题选不属于比值法定义的，
故选：。
5.【答案】
【解析】
【分析】
由电阻定律得出电阻之比，由并联电路特点判断电流之比；由电流的微观表达式得出电荷的移动速度之比；根据电流的产生判断场强。
熟悉电阻定律，并联电路特点，电流的微观表达式和电流的产生知识是解题的关键。
【解答】
A.根据电阻定律可知，横截面积之比为，电阻之比为，故A错误；
B.电压相同，由欧姆定律得电流之比为，故B正确；
C.由，得，可知电荷移动速率之比，故C错误；
D.导体中自由电荷在电场力作用下沿力的方向定向运动形成持续电流，电场强度不为零，故D错误。
故选B。
6.【答案】
【解析】
【分析】
已知额定功率和额定电压，根据可以求解额定电流；根据求解放电时间；额定功率等于以额定电流工作时每秒消耗能量。
本题考查了电流做功以及电量等相关知识，对于电源，有电动势、内电阻和电容量三个重要参数，电容量即为存储的电荷量。
【解答】
A.根据可知，额定电流应该为，故A错误；
B.机器人的锂电池容量为，即当额定电流下工作时，能够工作最长时间为，故B错误；
C.电源充满电后的总电量为，故C正确；
D.在额定电流下，机器人功率，即每秒消耗电能，故D错误。
故选C。

7.【答案】
【解析】
【分析】
根据铭牌读出充电宝的容量，充电宝的容量是指电池能释放的总电量；根据输入电压和输入电流，确定充电宝充满电的时间以及放电的时间。
本题考查读取电池铭牌上信息的能力，解答的关键是要知道电池的容量是指电池所能释放的总电量。
【解答】
A.给充电宝充电时是把电能转化为化学能的过程，故A错误；
B.该充电宝的容量为，以的电流为用电器充电则供电时间为：，故B错误；
C.该充电宝的容量为，充电的电压为，则消耗的电能为：，而是充电宝的额定储存能量，故C错误；
D.该充电宝用“输出”给手机充电时，电压为，电流为，则输出功率为，故D正确。
故选D。
8.【答案】
【解析】
【分析】
本题以电源为背景考查静电场的问题，正确分析电源内部的电场方向是解题的关键。
【解析】
根据题意，区电场能使逸出的自由电子向运动，因负电荷受到的电场力与电场方向相反，所以电场方向由指向，由于电流的方向与负电荷的运动方向相反，所以电源内部的电流方向由指向，故A、B错误；
根据以上对电流方向的分析可知，为电源正极，该电池是将光能转化为电能的装置，C错误，D正确。故选 D。
9.【答案】
【解析】
【分析】
根据电流的微观表达式，求出在时间内通过导体横截面的自由电子的电量，每个电子的电量为，再确定通过导体横截面的自由电子的数目。
本题考查电流的微观表达式和定义式综合应用的能力，电流的微观表达式，是联系宏观与微观的桥梁，常常用到。
【解答】
根据电流的微观表达式，在时间内通过导体横截面的自由电子的电量，
则在时间内，通过导体横截面的自由电子的数目为，
将代入得故AC正确，BD错误。
故选AC。

10.【答案】
【解析】
【分析】
本题考查读取电池铭牌信息的能力，解答的关键是要知道电池的容量是指电池所能释放的总电量。
【解答】
A.给充电宝充电时是把大部分电能转化为化学能的过程，故A正确；
B.该充电宝的容量为：，该电池的电动势为，所以充电宝储存的能量：，故B错误；
C.该充电宝的容量为：，以的电流为用电器供电则供电时间，故C正确；
D.由于充电宝的转化率是，所以可以释放的电量为：，给容量为的手机充电的次数：，故D正确。
故选ACD。
11.【答案】
【解析】分析】
本题考查电流、电量、电能以及充电的知识，电量，而电能，而图线与横轴之间的面积就表示充入的电量，每个小格表示，数一数格数就可以算出电量。
【解答】
A.电流为零后电压为，则电动势为，故A正确；
B.充电电压应大于等于电池电动势，故B错误；
C.充电的小时内，电池充入的电荷量：，故C错误；
D.根据：，故D正确。
故选AD。
12.【答案】
【解析】
【分析】
本题主要考查电流的定义及电动势的意义。
【解答】
由可知，电路通过的电荷量，电源把其他形式能转化为电能，电源与电动势为的干电池相比，通过电荷量时转化为电能少，故AD正确；
B.由可知，电源每秒转换的电能还取决于电流的大小，故B错误；
C.由可知，电源做功的多少不仅取决于电动势的大小还取决于电流的大小及时间的长短，故C错误；
故选AD．
13.【答案】；
，；
【解析】
【分析】
由欧姆定律可求得电流表的内阻；
根据描点法可得出对应的图象；由知，电荷量为图象与坐标轴所包围的面积，可利用数格数的方法计面积，从而可解得电容器的带电量；
明确电容的定义式的应用即可求得电容大小。
本题考查用数学方法求解物理问题的能力，关键在于明确图象的面积的意义，同时卡号从到了欧姆定律的应用，欧姆定律适用于纯电阻电路，金属导电和电解液导电，在气体导电和半导体元件等中欧姆定律将不适用。
【解答】
由欧姆定律有：
得：
用平滑曲线连接各点，如图所示：
查出所画的曲线与从标轴所围的格数以求得面积．因即为曲线与从标轴所围的格数的面积，则利用数格子方法，估算出电容器两端电压为时的电量为：
利用可求出电容
故答案为：；，；
14.【答案】电子个数 个 个。
由公式 得， 。
由 得，时间 。
【解析】利用和求通过导线横截面的电子个数；利用 和 求自由电子定向移动的速度大小；利用的变形式求需要的时间。
15.【答案】解：根据题意，单位时间内通过的中子流的体积，
单位体积的能量，
所以单位时间内通过中子流截面的中子数
单位时间沿运动方向通过单位面积的能量为
答：单位时间内通过中子流截面的中子数是；
单位时间沿运动方向通过单位面积的能量是。
【解析】首先要读懂题意，先求出单位时间内通过的中子流的体积，再求出单位体积的能量，进而求出单位时间内通过中子流截面的中子数。
16.【答案】解：(1)带电圆环的周期T=
带电圆环的等效电流I=
取Δt为T,则Δq为Q
故I=
(2)设t1~t2时间内通过AB棒的电流为I1,因t1~t2时间内“工”字形构架仍然静止,
故mg=BI1l
解得I1=
则通过圆形线圈的电流I=2I1=
回路总电阻R总=R+=
穿过圆形线圈的磁通量变化率=E=IR总
联立解得=
由左手定则可判断,AB棒中电流方向向右,则线圈中电流方向为逆时针,再根据楞次定律可判断,带电圆环圆周运动的方向为逆时针.
(3)在t1~t2的时间内,AB棒产生的焦耳热Q1=R(t2-t1)=(t2-t1)
在AB棒经过磁场的过程中,回路总焦耳热Q2总=mgh-mv2
AB棒中的电流即为总电流,电阻为总电阻的,
由Q=I2Rt,可得AB棒产生的焦耳热Q2=Q2总=mgh-mv2
在CD棒经过磁场的过程中,回路总焦耳热Q3总=mgH
AB棒中的电流为总电流的,电阻为总电阻的,
由Q=I2Rt可得AB棒产生的焦耳热Q3=Q3总=mgH
全过程中,AB棒产生的焦耳热Q=Q1+Q2+Q3=(t2-t1)+mgh-mv2+mgH
【解析】(1)根据电流的定义式,即可求解；
(2)依重力与安培力平衡，结合安培力表达式，及闭合电路欧姆定律，从而求解磁通量变化率的大小；再根据榜次定律，确定电流方向；
(3)根据功能关系，注意AB棒上产生的焦耳热与整个电路的焦耳热的关系，即可求解。
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