3.1导体的伏安特性曲线 同步练习（Word版含解析）

粤教版（2019）必修三 3.1 导体的伏安特性曲线
一、单选题
1．某一导体的伏安特性曲线如图中AB段所示，关于导体的电阻，下列说法正确的是（　　）
A．电阻变化了5Ω B．电阻变化了15 Ω
C．电阻变化了20 Ω D．电阻变化了30 Ω
2．对于电动势的定义式的理解正确的是（　　）
A．E与W成正比
B．E与q成反比
C．E的大小与W、q无关
D．W表示非静电力
3．老吴在电器商场买了一只手机，说明书上写着最长待机时间为80 h，拆开手机后盖，可以看到手机电池板上的说明如图所示，以下判断电池正确的是（　　）
A．该手机长期待机时消耗的电功率0.0925 W
B．该电池的电动势为4.2 V
C．电池板充满电时的最大电能为7.4 kJ
D．电池板充电效率为70%
4．某电路中有一块锂电池，在电路闭合后，电池内部锂离子（）从负极向正极运动，下面说法正确的是（　　）
A．电池正在充电 B．电池正在放电
C．电势能逐渐减少 D．电池内部电场力对做正功
5．如图所示，一根横截面积为S的均匀带电长直橡胶棒沿轴线方向做速度为v的匀速直线运动，棒单位长度所带电荷量为。由于棒的运动而形成的等效电流大小和方向是（　　）
A．，方向与v的方向相反 B．，方向与v的方向相同
C．，方向与v的方向相同 D．，方向与v的方向相反
6．一根横截面积为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．
7．关于电流，下列说法正确的是（　　）
A．金属导体中自由电子定向移动速率增大时，电流变大
B．电流既有大小又有方向，所以是矢量
C．通过导体横截面积的电荷量越多，导体中电流就越大
D．电流的方向就是正电荷定向移动的方向
8．在国际单位制中，被选定作为电学物理量基本单位的是（ ）
A．A B．C C．T D．W
9．下列说法正确的是（　　）
A．简谐运动的回复力可以是恒力
B．将单摆由沈阳移至潮州，单摆周期变小
C．由R＝可知，电阻与电压成正比
D．若声源向观察者靠近，则观察者接收到的频率大于声源发出声波的频率
10．如图所示，图线Ⅰ和图线Ⅱ所表示的电阻值分别是（　　）
A．4Ω和2Ω
B．4kΩ和2kΩ
C．0.25Ω和0.5Ω
D．2.5×10－4Ω和5.0×10－4Ω
11．某兴趣小组调查一条河流的水质情况，通过计算结果表明，被污染的河里一分钟内有相当于的正离子和的负离子向下游流去，则取样时这条河流的等效电流大小和方向分别是（　　）
A．顺流而下 B．顺流而下
C．逆流而上 D．逆流而上
12．三个阻值相等的电阻、、接入如图所示电路。设各电阻两端的电压分别为、、，通过各电阻的电流分别为、、，则（　　）
A．，
B．，
C．，
D．，
13．某灯泡的图像如图所示，下列说法正确的是（　　）
A．小灯泡的电阻随着功率的增大而减小
B．小灯泡的电阻随着电压的增大而减小
C．小灯泡是非线性电阻，所以不能计算出其在某状态下的电阻
D．当小灯泡两端的电压为0.5 V时，它的电阻约为
14．要描绘一个标有“3V，0.8W”小灯泡的伏安特性曲线，要求小灯泡两端的电压由零逐渐增加，且尽量减小实验误差。已选用的器材除导线、开关外，还有：
电池组（电动势为4.5V，内阻约1Ω）
电流表（量程0.6A，内阻约为1Ω）
电压表（量程3V，内阻约为3kΩ）
滑动变阻器（最大阻值20Ω，额定电流1A）
实验电路应选用___________（填字母代号）。
A． B．
C． D．
15．某物理实验操作社团成员测得一只小灯泡的伏安特性曲线如图所示，小组讨论时，你认为正确的说法是（　　）
A．甲同学认为图线斜率减小，所以灯泡电阻在减小
B．乙同学认为图线与横轴所围面积代表功率，所以电压为3V时，小灯泡功率约为0.52W
C．丙同学认为根据欧姆定律，可以算出当电压为1.5V时，灯泡电阻约7.5Ω
D．丁同学认为图线不是直线，且小灯泡会发光，所以小灯泡不是纯电阻
二、填空题
16．恒定电流：大小、___________都不随时间变化的电流。
17．如图（a）所示为某种灯泡的图象，现将两个这种小灯泡、与一个阻值为的定值电阻R连成如图（b）所示的电路，电源的电动势为，电键S闭合后，小灯泡与定值电阻R的电功率均为P，则________W，电源的内阻_________。

18．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______。
19．用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电，则丝绸带____________电（选填“正”或“负”）；电荷之间的相互作用是通过___________发生的；电荷的定向移动形成电流，物理学规定___________电荷定向移动的方向为电流的方向（选填“正”或“负”）。
三、解答题
20．对于同一物理问题，常常可以从宏观与微观两个不同角度进行研究，找出其内在联系，从而更加深刻地理解其物理本质。
有一段金属导体，其电阻率为，长度为，横截面积为S。
（1）当在导体两端施加的恒定电压为U时，求通过导体的电流大小。
（2）若已知导体单位体积内有n个自由电子，电子的质量为m，电荷量为e。当通过导体的电流为I时，请你根据电流的定义，推导其中自由电子定向移动的平均速率。
21．电路中，每分钟有4.8×10-3 C的电荷流过导线的某一横截面，已知一个电子的带电量为e=1.6×10-19 C，求∶
（1）每分钟内流过该导线这一横截面的电子数目；
（2）流过该导线的电流。
22．有一横截面积为S的金属导体，设每单位体积内有n个自由电子，电子的电荷量大小为e，电子定向移动的平均速率为v。求此时流过导体的电流I。
23．宏观问题是由微观机制所决定的。对同一个物理问题，常常可以从宏观与微观两个不同角度研究，找出其内在联系，从而更加深刻地理解其物理本质。
（1）根据电动势的定义，结合能量转化与守恒定律，请证明：电动势在数值上等于内外电路电势降落之和。
（2）如图所示，一段长为L、横截面积为S的圆柱形金属导体，在其两端加上恒定电压，金属导体中产生恒定电流I。已知该金属导体中单位体积内的自由电子数量为n，自由电子的质量为m、电荷量为e。请根据电流的定义，求金属导体中自由电子定向移动的平均速率v。
（3）经典电磁理论认为：当金属导体两端电压稳定后，导体中产生恒定电场，这种恒定电场的性质与静电场相同。金属导体中的自由电子在电场力的驱动下开始定向移动，然后与导体中可视为不动的粒子碰撞，碰撞后电子沿导体方向定向移动的速率变为零，然后再加速，再碰撞……，自由电子定向移动的平均速率不随时间变化。金属电阻反映的就是定向移动的自由电子与不动的粒子的碰撞。假设自由电子连续两次碰撞的平均时间间隔为t0，碰撞时间不计，不考虑自由电子之间的相互作用力。请根据以上描述构建物理模型，推导金属导体两端电压U的大小和金属导体的电阻R。
24．一段横截面积为S的粗细均匀的金属导线，单位体积内有n个自由电子，电子的电荷量为e，自由电子定向移动的平均速率为v。按照经典理论，电子在金属中运动的情形是这样的：在外加电场（可通过加电压实现）的作用下，自由电子发生定向运动，便产生了电流。电子在运动的过程中要不断地与金属离子发生碰撞，将动能交给金属离子，而自己的动能降为零，然后在电场的作用下重新开始加速运动（假定电子沿电流方向做匀加速直线运动），经加速运动一段距离后，再与金属离子发生碰撞。电子在两次碰撞之间走的平均距离叫自由程，用L表示。请从宏观和微观相联系的角度，结合能量转化的相关规律，求金属导体的电阻率。
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．A
【解析】
【分析】
【详解】
电阻变化了
故选A。
2．C
【解析】
【分析】
【详解】
ABC．电动势是描述电源非静电力搬运电荷本领大小的物理量，与W、q无关，故AB错误，C正确；
D．公式中W表示非静电力做的功，故D错误。
故选C。
3．A
【解析】
【分析】
【详解】
AB．由图可知，电池的电动势为E=3.7V；充电电压为4.2V；该电源的容量（电量）为q=2000mA h=2000×3.6C=7200C；最长待机时间为80h，则手机长期待机时的电流
手机长期待机时消耗的电功率
故A正确，B错误；
C．电池板充满电时的最大电能
故C错误；
D．给电池板充电的效率除与充电电压有关外，还与充电电流的大小有关，已知充电电压与电池的电动势，不能求出充电的效率，故D错误。
故选A。
4．B
【解析】
【详解】
A B．由于电路是闭合的，在电池内部，正电荷从负极到正极运动，则电池外部电流方向是从正极到负极，表明电池正在放电，B正确，A错误；
C．越靠近正极电势越高，正电荷电势能越大，C错误
D．在向正极运动过程中所受电场力方向指向负极，电场力对做负功，D错误。
故选B。
5．A
【解析】
【详解】
橡胶棒带负电，等效电流方向与v的方向相反，由电流定义式可得
故A正确，BCD错误。
故选A。
6．A
【解析】
【详解】
设自由电子定向移动的速率为，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，即
t时间内通过导体截面的电荷量为
则电流强度为
解得
故选A。
7．A
【解析】
【分析】
【详解】
A．根据I=nqvS可知，金属导体中自由电子定向移动速率增大时，电流变大，故A正确；
B．电流有方向，但其运算不符合平行四边形定则，故为标量，故B错误；
C．根据电流的定义可知，故电流大小取决于电量与时间的比值，电量多，但如果用时很长，则电流较小，故C错误；
D．电流的方向与正电荷定向移动的方向相同，与负电荷定向移动的方向相反，故D错误。
故选A。
8．A
【解析】
【详解】
在国际单位制中，被选定作为电学物理量基本单位的是电流的单位安培A。
故选A。
9．D
【解析】
【详解】
A．简谐运动的回复力，因此回复力一定是变力，故A错误；
B．将单摆由沈阳移至潮州，纬度降低，重力加速度变小，由知单摆周期变大，故B错误；
C．由R＝是电阻的比值定义式，电阻与电压成无关，故C错误；
D．若声源向观察者靠近，根据多普勒效应可知，则观察者接收到的频率大于声源发出声波的频率，故D正确；
故选D。
10．B
【解析】
【详解】
从图中可得当通过的电流为
时，加在两端的电压为
加在两端的电压为
则可得
ACD错误，B正确。
故选B。
11．D
【解析】
【详解】
在内通过横截面的总电荷量应为
所以电流
方向与河水的流动方向相反，即电流的方向为逆流而上，ABC错误，D正确。
故选D。
12．B
【解析】
【分析】
【详解】
由电路图可知，和串联，则
又
则
和串联后再与并联，由并联电路的规律知
则根据欧姆定律有
故选B。
13．D
【解析】
【详解】
AB．由图可知,随着电流的增加图像上各点与原点连线的斜率变大，则小灯泡的电阻随着功率以及电压的增大而增大，选项AB错误；
C．小灯泡是非线性电阻，用某状态下的电压与电流的比值来计算在某状态下的电阻，选项C错误；
D．由图像可知,当小灯泡两端的电压为0.5V时，电流为6A，则它的电阻约为
故D正确。
故选D。
14．B
【解析】
【详解】
由题意得，本实验要求从电压表读数为零开始测量，故滑动变阻器应采用分压式接法；由于小灯泡电阻较小，因此应采用电流表外接法，所以选择B电路。
15．C
【解析】
【详解】
A．图线的斜率表示电阻的倒数，所以图线斜率减小，灯泡电阻在增大，A错误；
B．由图可知，电压为3V时，电流为0.25A，所以小灯泡功率为
B错误；
C．丙同学认为根据欧姆定律，可以算出当电压为1.5V时，电流为0.2A，则灯泡电阻约
C正确；
D．小灯泡是纯电阻，D错误。
故选C。
16．方向
【解析】
【分析】
【详解】
[1]根据定义可知，恒定电流为大小、方向都不随时间变化的电流。
17． 0.2 2.5
【解析】
【分析】
【详解】
[1]小灯泡L1与定值电阻R的电功率均为P，分析知：图中L1的电阻与R阻值相同，在图线上读出L1阻值为5欧时的电流电压值，为(0.2A，1V)，则
[2]通过L2的电流为0.4A，电压由图线读得4V，根据闭合电路欧姆定律得
18． 2:1
【解析】
【分析】
【详解】
（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
19． 负 电场 正
【解析】
【详解】
[1]自然界只存在正电荷和负电荷，人们把用丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电称正电荷，摩擦起电的实质是电荷转移，所以丝绸带由于得到电子而带负电；
[2]电荷之间的相互作用是通过特殊物质电场发生的；
[3]物理学规定正电荷定向移动的方向为电流的方向。
20．（1）；（2）
【解析】
【详解】
（1）金属导体电阻
当在导体两端施加的恒定电压为U时，通过导体的电流大小
（2）根据电流的定义
自由电子定向移动的平均速率
21．（1）3.0×1016个；（2）8.0×10 5A
【解析】
【分析】
【详解】
解：（1）每分钟流经导线这一横截面积的电子数目为
（2）流经该导线的电流为
22．I=neSv
【解析】
【分析】
【详解】
如图所示
设在时间t内，通过导体横截面的自由电子数目为N、电荷量为q，则
N=nSvt
q=Ne=nSvte
再由
可得
I=neSv
23．（1）证明见解析；（2）；（3）；
【解析】
【详解】
（1）电动势的定义式为
根据能量守恒定律，非静电力所做的功W产生的电能等于内，外电路产生的电热，即
又因为
联立以上式子，可得
即有
（2）根据电流的定义，得
故电子定向移动的平均速率
（3）由题意得，电子在电场力的作用下从静止开始做匀加速直线运动，运动时间为，速度变为，然后与粒子发生碰撞，速度减为0。则电子碰撞前瞬间速度为
根据动量定理可得
联立解得
再根据电阻的定义式得
24．
【解析】
【详解】
设长度为自由程的导体两端的电压为U，则根据欧姆定律得到，电阻
根据电阻定律得
导体中电流的微观表达式
I=neSv
在自由程内，电子在电场力作用作用下，速度从0加速到v′，由动能定理得
又平均速度
联立上述五式得到，金属导体的电阻率
答案第1页，共2页
答案第1页，共2页