课时跟踪检测（十三）电源和电流

课时跟踪检测（十三）电源和电流
A级——学考达标
1．下列关于电流方向的说法中，正确的是(　 )
A．电流的方向规定为自由电子定向移动的方向
B．电流的方向规定为正电荷定向移动的方向
C．在金属导体中，电流的方向与自由电子定向移动的方向相同
D．在电解液中，电流的方向与正离子定向移动的方向相反
解析：选B　物理学中把电流的方向规定为正电荷定向移动的方向，B正确，A错误；自由电子带负电，故在金属导体中，电流的方向与自由电子定向移动的方向相反，C错误；在电解液中，电流的方向与正离子定向移动的方向相同，D错误。
2．关于电源的以下说法，正确的是(　 )
A．电源的作用是在电源内部把电子由负极不断地搬运到正极，从而保持两极之间有稳定的电势差
B．电源的作用是在电源内部把电子由正极不断地搬运到负极，从而保持两极之间有稳定的电势差
C．只要电路中有电源，电路中就一定有电流
D．电源实质上也是一个用电器，也需要外界提供能量
解析：选B　电源的作用是维持正、负极之间恒定的电势差，这需要电源不断地将其内部的负电荷向负极聚集，将正电荷向正极聚集，外电路中自由电子在静电力的作用下向正极移动；在电源内部，需要将正极上的电子搬运到负极，维持电势差不变，故A错误，B正确；电路中有电流不仅需要电源，还需要电路是闭合的，两者缺一不可，故C错误；电源是对电路提供能量的装置，故D错误。
3．(2023·江苏盐城检测)一太阳能电池对一用电器供电时，在1 min时间内，通过该用电器的电荷量为1.2 C，则通过用电器的电流为(　 )
A．10 mA　　　　　　　 B．20 mA
C．40 mA D．1.2 A
解析：选B　通过用电器的电流为I＝＝ A＝0.02 A＝20 mA。B正确，A、C、D错误。
4．如图所示，一根均匀带电的长直橡胶棒沿其轴线方向做速度为v的匀速直线运动。已知棒的横截面积为S，单位体积内所带的电荷量为－q。由于棒的运动而形成的等效电流(　 )

A．大小为qv，方向与v相同
B．大小为qv，方向与v相反
C．大小为qSv，方向与v相同
D．大小为qSv，方向与v相反
解析：选D　橡胶棒带负电，等效电流方向与v的方向相反，由电流的定义式可得I＝＝＝qSv，故D正确，A、B、C错误。
5．一宽为d的绝缘薄传送带，以速率v运动。已知传送带单位面积上带有q的电荷量，则传送带运动形成的等效电流大小为(　 )
A．vq B.
C．vdq D.
解析：选C　时间t内传送带运动的距离x＝vt，长为x的传送带上带的电荷量Q＝xdq＝vtdq，由电流的定义知传送带运动形成的等效电流的大小为I＝＝vdq，C正确，A、B、D错误。
6．某电解池，如果在1 s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0.1 m2的某截面，那么通过这个截面的电流是(　 )
A．0　　　　　　　　　　 B．0.8 A
C．1.6 A D．3.2 A
解析：选D　1 s内，通过截面正离子的电荷量为q1＝5×1018×2×1.6×10－19 C＝1.6 C，通过截面负离子的电荷量绝对值为q2＝1×1019×1.6×10－19 C＝1.6 C，则通过这个截面的电流为I＝＝3.2 A，D正确，A、B、C错误。
7.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 μF，如果充电后电容器的电压为4.0 kV，电容器在大约2.0 ms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．6×10－2 A　　　　 B．30 A
C．2×103 A D.×106 A
解析：选B　由电容定义式得C＝，所以放电过程中通过人体电荷量为Q＝CU＝15×10－6 ×4 000＝0.06 C，所以放电过程通过人体组织的平均电流强度约为I＝＝ A＝30 A，故选B。
8．一段粗细均匀的金属导体单位长度内的自由电子数为n，电子电荷量为e，电子定向移动速率为v，则导体中的电流为(　 )
A．nev　　　B.　　　C.　　　D.
解析：选A　时间t内通过导体的电荷量为q＝nvte，由电流的定义可知I＝＝nev，故A正确，B、C、D错误。
9.如图所示是静电除尘器示意图，A接高压电源的正极，B接高压电源的负极，A、B之间有很强的电场。空气被电离为电子和正离子，电子奔向正极A的过程中，遇到烟气中的煤粉，使煤粉带负电，吸附到正极A上，排出的烟就成为清洁的了。已知每千克煤粉会吸附n mol电子，每昼夜能除尘m kg，计算高压电源的电流I。(已知电子的电荷量为e，阿伏加德罗常数为NA，一昼夜时间为t)
解析：由于电离出的气体中电子和正离子同时导电，流过电源的电荷量Q跟煤粉吸附的电荷量Q′并不相等，则煤粉吸附的电荷量为Q′＝Q
由于Q′＝mneNA，Q＝It，解得I＝。
答案：
B级——选考进阶
10.某电解池中，若在2 s内有5.0×1015个二价正离子和1.0×1016个一价负离子通过某截面M，其中正离子水平向右移动，那么通过这个截面的电流的大小和方向是(　 )
A．0.8 mA，水平向左
B．0.08 mA，水平向左
C．1.6 mA，水平向右
D．0.16 mA，水平向右
解析：选C　2 s内流过截面M的电荷量为q＝5.0×1015×2×1.6×10－19 C＋1.0×1016×1.6×10－19 C＝3.2×10－3 C，由电流的定义可知I＝＝ A＝1.6 mA，由于正离子水平向右移动，则电流的方向水平向右。故A、B、D错误，C正确。

11.(2023·宣威三中月考)(多选)半径为R的橡胶圆环均匀带负电，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
解析：选AB　取任一截面S，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，则有电流I＝＝，周期T＝，解得I＝。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；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；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C、D错误。
12．某根导线的横截面积为S，通过电流为I。已知该导线材料密度为ρ，摩尔质量为M，电子电荷量为e，阿伏加德罗常数为NA，设每个原子只提供一个自由电子，则该导线中自由电子定向移动平均速率为(　 )
A. B.
C. D.
解析：选A　设自由电子定向移动的平均速率为v，导线中自由电子从一端定向移到另一端所用时间为t。对导体研究：每个原子可提供一个自由电子，则自由电子的总数与原子数目相等，为n＝NA，t时间内通过导体横截面的电荷量为q＝ne，电流为I＝＝，得v＝，故A正确。
13．(选自鲁科版教材课后练习)若距地面高约2 km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3×109 V且保持不变。已知空气的电场强度达到3×106 V/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500 C，可释放多少能量？
(3)这次放电现象历时约0.01 s，则其平均电流约为多大？
解析：(1)两块乌云间电势差U＝3×109 V，空气的击穿电场强度E＝3×106 V/m，
当发生电闪雷鸣时，空气被击穿。
由U＝Ed可得两块乌云间的距离d＝＝1 000 m。
(2)两块乌云之间通过的电荷量q＝500 C时，释放的能量W＝qU＝1.5×1012 J。
(3)放电时间t＝0.01 s，由I＝可求得平均电流I＝＝5×104 A。
答案：(1)1 000 m　(2)1.5×1012 J　(3)5×104 A