3.1电流 同步练习（Word版含解析）

鲁科版 （2019）必修第三册 3.1 电流 同步练习
一、单选题
1．下列说法中正确的是（　　）
A．导体中电荷运动就形成了电流
B．电流有方向，它是一个矢量
C．在国际单位制中，电流的单位是安培（A）
D．任何物体，只要其两端电势差不为零，就有电流存在
2．半径为R的均匀带电圆环，横截面积为S，所带电荷量为Q，现使圆环绕垂直圆环所在平面且过圆心的轴以角速度ω匀速转动，则由环产生的等效电流为（　　）
A． B． C． D．
3．如图，关于闭合电路，下列说法正确的是（　　）
A．电荷在电源外部受静电力作用而运动，在电源内部受非静电力作用而运动
B．图中a、b两薄层之间所夹的区域是非静电力做功的区域
C．非静电力在单位时间内做功越多，该电源的电动势越大
D．从电源内部测量的铜、锌极板之间的电压称为外电压
4．随着环境污染越来越严重，国家开始大力推动新能源汽车的发展。镍氢电池具有高容量、大功率、无污染、安全性高等特点，目前被广泛应用在混合动力汽车中。若一节镍氢电池的容量为，则一节镍氢电池放电时能输出的总电荷量为（　　）
A．55C B．1320C C．3300C D．
5．安培提出了著名的分子电流假说，根据这一假说，电子绕原子核运动可等效为一环形电流。设电荷量为e的电子以速率v绕原子核沿顺时针方向做半径为r的匀速圆周运动，关于该环形电流的说法正确的是（　　）
A．电流大小为，电流方向为顺时针 B．电流大小为，电流方向为顺时针
C．电流大小为，电流方向为逆时针 D．电流大小为，电流方向为逆时针
6．北京正负电子对撞机的储存环是长为240m的圆形轨道，某时刻测得环中的电流强度为10mA，已知这时正在环中运行的电子有5×1011个，电子电荷量为－1.6×10－19C，则可估算出这时电子的速率约为（　　）
A．3×108m/s B．3×107m/s
C．9×107m/s D．9×106m/s
7．下列关于电动势的说法中正确的是（　　）
A．电动势就是电势差，也叫电压，单位是V
B．电动势大的电源做功一定多
C．电动势大的电源做功一定快
D．电动势的大小等于电路中通过单位电荷时电源所提供的电能
8．心室纤颤是一种可能危及生命的疾病。一种叫作心脏除颤器的设备，通过一个充电的电容器对心颤患者皮肤上的两个电极板放电，让一部分电荷通过心脏，使心脏完全停止跳动，再刺激心颤患者的心脏恢复正常跳动。如图所示是一次心脏除颤器的模拟治疗，该心脏除颤器的电容器电容为15，如果充电后电容器的电压为4.0kV，电容器在大约2.0ms内放电至两极板电压为0，则这次放电过程通过人体组织的平均电流强度约为（　　）
A．6×10-2A B．30A C．2×103A D．A
9．关于电流，下列说法中正确的是（　　）
A．导线内自由电子的定向移动速率等于电流的传导速率
B．在国际单位制中，电流是一个基本物理量，其单位“安培”是基本单位
C．电流是一个矢量，其方向就是正电荷的定向移动方向
D．电流越大，通过导体某横截面积的电荷量越多
10．小明同学在学习磁感应强度（I与B垂直）的定义式后，发现以下表达式中有一个不是物理量的定义式，它是（　　）
A．电流 B．电容
C．电动势 D．电场强度
11．单位正电荷沿闭合电路移动一周，电源释放的总能量取决于（　　）
A．电荷运动一周所需要的时间 B．电荷定向移动的速度
C．内外电路的电阻之和 D．电源的电动势
12．一根横截面积为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．
13．中科院大连化物所开发出了一种基于“微电极-电解质一体化薄膜”新概念的无基底、无固定形状的微型超级电容器。该器件具有超薄器件厚度（37μm）、超柔性、高面积容量（40.8mF/cm2）和高度集成度。将它的面积容量40.8mF/cm2用国际单位制中的基本单位表示，正确的是（ ）
A． B．
C． D．
14．手机已是我们生活中普遍使用的通信工具，如图所示是一种手机电池外壳上的文字说明，由此可知此电池的电动势和待机状态下的平均工作电流分别是（　　）
A．4.2 V，14.66 mA B．4.2 V，700 mA C．3.7 V，14.66 mA D．3.7 V，700 mA
15．匀强电场中有一与电场垂直的平面，面积为S，该电场的电场强度随时间的变化率为，静电力常量为k，则对应物理量的单位是（　　）
A．欧姆 B．伏特 C．瓦特 D．安培
二、填空题
16．电路中，每分钟有6×1013个自由电子通过横截面积为0.64×10－6m2的导线，那么电路中的电流大小为______A。
17．在10s内通过导体某一横截面的电量为16C， 则通过该导体的电流大小是________A．10s内通过这个截面的电子有________个（电子的电荷量为1.6×10﹣19C）。
18．电源
（1）定义：能把电子在电源内部从电源___________搬运到___________的装置。
（2）作用：移送电荷，维持电源正、负极间有一定的___________，保持电路中有持续电流。
19．若氢原子的核外电子绕核做半径为r的匀速圆周运动，则其角速度ω＝________；电子绕核的运动可等效为环形电流，则电子运动的等效电流I＝________。(已知电子的质量为m，电量为e，静电力常量用k表示)
三、解答题
20．水为什么能从水池A流到水池B ？
21．如图所示，表示粗细均匀的一段长为的导体，两端加一定的电压，导体中的自由电荷沿导体定向移动的速率为，设导体的横截面积为S，导体每单位体积内的自由电荷数为，每个自由电荷的电荷量为。则：
（1）导体内的自由电荷的总电荷量是多少？
（2）这段导体上的电流是多大？
22．（1） 电荷的定向移动形成电流，电流是物理量中的基本量之一，求解电流有很多物理模型。如图，有一段粗细均匀的一段导棒，横截面积为S。现两端加一定的电压，导体中的自由电荷沿导体定向移动的平均速率为，金属中单位体积内的自由电子数量为n，自由电子的质量为m，带电量为e，现利用电流的定义式推导电流的决定式。
（2）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。由于恒定电场的作用，导体内自由电子定向移动的速率增加，而运动过程中会与导体内不动的粒子发生碰撞从而减速，因此自由电子定向移动的平均速率不随时间变化。金属电阻反映的是定向运动的自由电子与不动的粒子的碰撞。假设碰撞后自由电子定向移动的速度全部消失，碰撞时间不计。某种金属中单位体积内的自由电子数量为n，自由电子的质量为m，带电量为e，现取由该种金属制成的长为L、横截面积为S的圆柱形金属导体，将其两端加上恒定电压U，自由电子连续两次与不动的粒子碰撞的时间间隔平均值为。如图所示，求金属导体中的电流I。
23．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，从而更加深刻的理解其物理本质。一段长为l、电阻率为ρ、横截面积为S的细金属直导线，单位体积内有n个自由电子，电子电荷量为e、质量为m。
（1）当该导线通有恒定的电流I时：
①请根据电流的定义，推导出导线中自由电子定向移动的速率v；
②经典物理学认为，金属的电阻源于定向运动的自由电子与金属离子（即金属原子失去电子后的剩余部分）的碰撞，该碰撞过程将对电子的定向移动形成一定的阻碍作用，该作用可等效为施加在电子上的一个沿导线的平均阻力。若电子受到的平均阻力大小与电子定向移动的速率成正比，比例系数为k。请根据以上的描述构建物理模型，推导出比例系数k的表达式。
（2）将上述导线弯成一个闭合圆线圈，若该不带电的圆线圈绕通过圆心且垂直于线圈平面的轴匀速率转动，线圈中不会有电流通过，若线圈转动的线速度大小发生变化，线圈中会有电流通过，这个现象首先由斯泰瓦和托尔曼在1917年发现，被称为斯泰瓦—托尔曼效应。这一现象可解释为：当线圈转动的线速度大小均匀变化时，由于惯性，自由电子与线圈中的金属离子间产生定向的相对运动。取线圈为参照物，金属离子相对静止，由于惯性影响，可认为线圈中的自由电子受到一个大小不变、方向始终沿线圈切线方向的力，该力的作用相当于非静电力的作用。
已知某次此线圈匀加速转动过程中，该切线方向的力的大小恒为F。根据上述模型回答下列问题：
① 求一个电子沿线圈运动一圈，该切线方向的力F做功的大小；
② 推导该圆线圈中的电流 的表达式。
24．夏季常有闪电，某次两团乌云放电持续时间t=0.1s，中和的电荷量Q=1.5×104C。两团乌云之间的距离d=30.0m，电势差U=3×107V，放电后电势差变为0。已知两团乌云放电前可看作平行板电容器，乌云之间的电场可以视为匀强电场。求∶
（1）闪电时的平均电流I；
（2）两团乌云构成的电容器的电容C；
（3）放电前两团乌云间匀强电场的电场强度大小E。
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．C
【详解】
A．导体中只有产生电荷的定向移动才能形成电流，A错误；
B．电流有方向，但其计算不能应用矢量法则，故电流是标量，B错误；
C．在国际单位制中，电流的单位是安培，符号为A，C正确；
D．只有导体其两端电势差不为零，才能形成电流，D错误。
故选C。
2．D
【详解】
环转动一周的时间为
一周内通过某一截面的电量为Q，则电流为
故选D。
3．D
【详解】
A．电荷在电源外部受静电力作用而运动，在电源内部受非静电力和静电力的合力作用而运动。故A错误；
B．电源在其内部的a、b两个区域依靠非静电力做功，将其他形式的内转化为电能，在中间区域仍然是静电力做功。故B错误；
C．非静电力把单位正电荷从负极移送到正极做功越多，该电源的电动势越大。故C错误；
D．从电源内部测量的铜、锌极板之间的电压称为外电压。故D正确。
故选D。
4．D
【详解】
电池放电时输出的电荷量
故选D。
5．C
【详解】
根据题中所给信息，可求得电流大小为
其方向与电子运动方向相反，即电流方向为逆时针。
故选C。
6．B
【详解】
因为
其中
联立解得
故选B。
7．D
【详解】
A．电动势是用来描述电源把其他形式的能转化为电能的本领，其大小只取决于电源本身的性质，与外电路无关，而电势差是由电源和外电路共同决定的，并不是不变的，A错误；
B．电源的电动势大，不一定做功就多，还有可能不做功，如电源没有接入外电路时做功为零，B错误；
C．电源做功的快慢不仅仅由电动势决定，而是与通过电源的电流的大小来共同决定的，即
C错误；
D．电动势的大小等于在电源内部移动单位正电荷所做的功，即电源向外所提供的能量，D正确。
故选D。
8．B
【详解】
由电容定义式得
所以放电过程通过人体电荷量为
所以放电过程通过人体组织的平均电流强度约为
故选B。
9．B
【详解】
A．导线内自由电子的定向移动速率远小于电流的传导速率，选项A错误；
B．在国际单位制中，电流是一个基本物理量，其单位“安培”是基本单位，选项B正确；
C．电流是一个标量，其方向是正电荷的定向移动方向，选项C错误；
D．电流越大，单位时间内通过导体某横截面积的电荷量越多，选项D错误。
故选B。
10．A
【详解】
A.欧姆定律
电流I与电压U正比，与R成反比，不是比值定义法，故A正确；
B．电容C 反映电容器容纳电荷的本领大小，与Q、U 无关，采用的是比值定义法，故B错误；
C．电动势E反映的是电源储存电能本领强弱的物理量，与W、q无关，采用的是比值定义法，故C错误；
D．电场强度E是描述电场本身性质的物理量，与F、q 无关，采用的是比值定义法，故D错误；
故选A。
11．D
【详解】
单位正电荷q沿闭合电路移动一周，电源释放的总能量，其中E为电源的电动势，D正确。
故选D。
12．A
【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。
13．A
【详解】
由单位关系可知面积容量
有
可得
所以
故A正确，BCD错误。
故选A。
14．C
【详解】
由手机电池外壳上的文字说明可知，4.2V是充电电压，电池的电动势是3.7V，1700mAh是电池的容量，即放电电流与待机时间的乘积，所以待机状态下平均工作电流为
故选C。
15．D
【详解】
由题意，将各物理量的单位代入表达式有
故选D。
16．
【详解】
[1]每分钟通过的电量为
则电路中的电流为
17． 1.6 1020
【详解】
[1]通过该导体的电流大小是
[2]10s内通过这个截面的电子有
18． 正极 负极 电势差
【详解】
电源
（1）[1][2]定义：能把电子在电源内部从电源正极搬运到负极的装置。
（2）[3]作用：移送电荷，维持电源正、负极间有一定的电势差，保持电路中有持续电流
19．
【详解】
[1]由
解得
[2]由电流定义式得
又
联立解得
20．因为水池A比水池B高
【详解】
略
21．（1）；（2）
【详解】
（1）导体内的自由电荷总数为
总电荷量为
（2）此导体上的电流为
22．（1） ；（2）
【详解】
（1）取长为L的导体研究，则金属中自由电子总数量为
长为L的金属的电荷量为
而
电流的定义式
解得电流的决定式
（2）恒定的电场为
则自由电子所受的电场力为
设电子在恒定的电场中由静止加速的时间为t0时的速度为v0，由动量定理
解得
电子定向移动的平均速率为
金属中的电流
23．（1）①；② ne2ρ；（2）① Fl；② 。
【详解】
（1）①一小段时间内，流过导线横截面的电子个数为：
对应的电荷量为：
根据电流的定义有：
解得：
②从能量角度考虑，假设金属中的自由电子定向移动的速率不变，则电场力对电子做的正功与阻力对电子做的负功大小相等，即：
又因为：
联立以上两式得：
（2）①电子运动一圈，非静电力做功为：
②对于圆线圈这个闭合回路，电动势为：
根据闭合电路欧姆定律，圆线圈这个闭合回路的电流为：
联立以上两式，并根据电阻定律：
解得：
24．（1） 1.5×105A；（2） 5×10-4F；（3） 1×106V/m
【详解】
（1）由电流的定义式
解得
I=1.5×105A
（2）由电容的定义式
解得
C=5×10-4F
（3）由匀强电场中的电场强度与电势差的关系
解得
E=1×106V/m
答案第1页，共2页
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