分层作业15　电源和电流--2025人教版高中物理必修第三册同步练习题

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2025人教版高中物理必修第三册
分层作业15　电源和电流
A组 必备知识基础练
题组一　电流I=的理解与计算
1.“超级电容器”安全性高,可反复充、放电100万次以上,使用寿命长达十二年,且容量达到9 500 F,能够在10 s内完成充电,该电容器的电压为2.7 V,下列说法正确的是(　　)
A.该“超级电容器”放完电后的电容为零
B.该“超级电容器”的电容随电压的增大而增大
C.该“超级电容器”从不带电到充满电的平均电流为2 565 A
D.该“超级电容器”充满电后所带的电荷量为2 565 C
2.(多选)某品牌电动汽车的标识牌如图所示,下列说法正确的是(　　)
整车型号 CH830BEV
最大设计总质量 1 800 kg
动力电池容量 60 A·h
驱动电机额定功率 30 kW
驱动电机型号 WXMP30LO
车辆设计代号VIN LVFAD1A3440000003
A.该动力电池的容量为60 A·h
B.若该动力电池以6 A的电流放电,可以工作10 h
C.若该动力电池以6 A的电流放电,可以工作60 h
D.该动力电池充满电可贮存的电荷量为60 C
题组二　电流I=nqSv的理解与计算
3.某些肿瘤可以用“质子疗法”进行治疗。在这种疗法中,为了能让质子进入癌细胞,首先要实现质子的高速运动,该过程需要一种被称作“粒子加速器”的装置来实现。质子先被加速到较高的速度,然后轰击肿瘤并杀死癌细胞。如图所示,来自质子源的质子(初速度为零),经加速电压为U的加速器加速后,形成细柱形的质子流。已知细柱形的质子流横截面积为S,其等效电流为I;质子的质量为m,其电荷量为e。那么这束质子流内单位体积的质子数n是(　　)
A. B.
C. D.
4.铜的摩尔质量为m,密度为ρ,每摩尔铜原子有n个自由电子,每个自由电子的电荷量为e,今有一根横截面积为S的铜导线,通过电流为I时,电子定向移动的平均速率为(　　)
A.光速c B. C. D.
B组 关键能力提升练
5.在导体中有电流通过时,下列说法正确的是(　　)
A.电子定向移动速率接近光速
B.电子定向移动速率即是电场传导速率
C.电子定向移动速率即是电子热运动速率
D.在金属导体中,自由电子只不过在速率很大的无规则热运动上附加了一个速率很小的定向移动
6.(多选)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的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 (　　)
A.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
B.若电荷量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
C.若使ω、Q不变,将橡胶圆环拉伸,使环半径增大,电流将变大
D.若使ω、Q不变,将橡胶圆环拉伸,使环半径增大,电流将变小
7.(多选)如图所示,两段长度和材料相同的金属导线a、b,各段粗细均匀,单位体积内的自由电子数相等,横截面积之比为Sa∶Sb=1∶2。已知5 s内有5×1018个自由电子通过导线a的横截面,则(　　)
A.流经导线a的电流为0.16 A
B.流经导线b的电流为0.32 A
C.5 s内有1×1019个自由电子通过导线b的横截面
D.自由电子在导线a和b中移动的速率之比va∶vb=2∶1
8.(2024江苏宿迁阶段练习)某导线中的电流I=1×10-8 A,导线的横截面积S=1 mm2。已知电子电荷量e=1.6×10-19 C,导线每立方米内有n=8.5×1028个自由电子。求:
(1)在1 s内定向移动通过导线横截面的电子个数N;
(2)自由电子定向移动的速度大小v;
(3)自由电子沿导线定向移动1 cm所需要的时间t。
9.某摄影爱好者拍摄到的闪电如图所示,闪电产生的电压、电流是不稳定的,假设这次闪电产生的电压可等效为2.5×107 V,电流可等效为2×105 A,历时1×10-3 s。
(1)若闪电定向移动的是电子,这次闪电产生的电荷量以0.5 A的电流给小灯泡供电,能维持多长时间
(2)这次闪电释放的电能是多少
C组 核心素养拔高练
10.(2024山东威海高二期末)采用电解法可以测量阿伏加德罗常数。用两块铜片作两极,以CuSO4溶液为电解质溶液进行电解,Cu2+在阴极上得到电子析出金属铜,使铜片增重,作为阳极的铜片溶解而减重。电极反应分别为阴极:Cu2++2e-Cu,阳极:Cu-2e-Cu2+。电解时,电流为I,经过时间t阴极铜片增加的质量为m,铜的摩尔质量为M,电子的电荷量为e,则阿伏加德罗常数为(　　)
A. B. C. D.
11.(2024山东东营高二期中)当金属导体两端电压稳定后,导体中产生分布不随时间变化的恒定电场。恒定电场中,任何位置的电荷分布和电场强度都不随时间变化,它的基本性质与静电场相同,在恒定电场的作用下,金属中的自由电子做定向加速运动,在运动过程中与导体内不动的粒子不断碰撞,每次碰撞后定向移动的速度减为零。碰撞阻碍了自由电子的定向运动,结果是大量自由电子定向移动的平均速度不随时间变化。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,所带电荷量为e,如图所示,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。为了简化问题,假设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t0。求:
(1)自由电子从静止开始加速时间为t0时的速度v;
(2)金属导体中的电流I。
分层作业15　电源和电流
1.C　2.AB　3.D
4.D　设电子定向移动的平均速率为v,那么在t内通过导体横截面的自由电子数相当于在体积vt·S中的自由电子数,而体积为vtS的铜的质量为vtSρ,物质的量为,自由电子数为,所以电荷量q=,由I=得v=,D正确。
5.D
6.AB　截取圆环的任一截面S,如图所示,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T=,所以I=。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,A正确。若电荷量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,B正确。若使ω、Q不变,将橡胶圆环拉伸,使环半径增大,电流不变,C、D错误。
7.AD　因a、b串联,通过两导线的电流相等,有I= A=0.16 A,故A正确,B错误;因a、b串联,通过两导线的电荷量相等,则5 s内有5×1018个自由电子通过导线b的横截面,故C错误;由I==neSv'可知,当I、n、e相同时,自由电子的定向移动速率与横截面积成反比,则有,故D正确。
8.解析 (1)电子个数N==6.25×1010个。
(2)由公式I=neSv得v==
m/s=7.4×10-13 m/s。
(3)由v=得t= s=1.4×1010 s。
答案 (1)6.25×1010个
(2)7.4×10-13 m/s
(3)1.4×1010 s
9.解析 (1)根据电流的定义式I=
可得,q=It=2×105×1×10-3 C=200 C
供电时间t'= s=400 s。
(2)这次闪电释放的电能E=qU=200×2.5×107 J=5×109 J。
答案 (1)400 s　(2)5×109 J
10.B　电流为I,设经过时间t阴极铜片得到的总电荷量为q,根据电流的定义式有I=,阴极铜片增加的质量为m,则有q=NA·2e,解得NA=,故选B。
11.解析 (1)恒定电场的电场强度为E=,则自由电子所受电场力F=Ee=
根据牛顿第二定律得,自由电子在电场中的加速度为a=
根据运动学公式得v=at0
解得v=。
(2)电子定向移动的平均速率
由金属导体中产生的电流I=,得I==neS。
答案 (1)　(2)
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