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新课预习衔接 电源和电流
一.选择题(共5小题)
1.(2024 大通县期末)自动体外除颤器是一种便携式的医疗设备,在最佳抢救时间的“黄金4分钟”内,对心脏骤停患者利用自动体外除颤器(AED)可进行有效的除颤和心肺复苏。某型号自动体外除颤器的电容器电容是16μF,充电后电容器的电压达到4kV,某次对某心脏骤停患者进行除颤时,平均放电电流达到16A(电荷量Q=平均放电电流×放电时间),则下列说法正确的是( )
A.电容器充电后的电荷量为0.64C
B.电容器的平均放电时间为4×10﹣3s
C.不同患者进行除颤时平均电流相同
D.电容器放电过程中电容器的电容逐渐减小
2.(2024 福田区校级期末)下列说法中正确的是( )
A.电势是一个标量,单位是V/m
B.电场强度,电容都是用比值法定义的
C.电容器所带电荷量是指各个极板所带电荷量的代数和
D.电流是矢量,规定正电荷定向移动的方向为电流的方向
3.(2024春 天山区校级期末)一个半径为r(米)的细橡胶圆环,均匀地带上Q(库仑)的负电荷,当它以角速度ω(弧度/秒)绕中心轴线顺时针匀速转动时,环中等效电流的大小为( )
A.Q B. C. D.
4.(2024春 故城县校级期末)2023年9月3日,华为Mate60Pro发售,市场异常火爆,一机难求。该机搭载了一块5000mA h的大容量电池,若用充满电后的该手机观看视频,可连续观看12个小时,则观看视频时电池的平均放电电流约为( )
A.0.35A B.0.42A C.0.48A D.0.55A
5.(2024 巴彦淖尔期末)在4s内通过电解槽某一横截面向右迁移的正离子所带的总电荷量为4C,向左迁移的负离子所带的总电荷量为4C,那么电解槽中的电流为( )
A.2A B.4A C.6A D.8A
二.多选题(共5小题)
(多选)6.(2024 鼓楼区校级期中)关于电流,下列说法中正确的是( )
A.电流流向总是从高电势流向低电势
B.导体中的电流跟导体两端电压成正比,跟导体的电阻成反比
C.单位时间内通过导体截面的电量越多,导体中的电流越大
D.因为电流有方向,所以电流是矢量
(多选)7.(2024 延吉市校级期末)关于电流的方向,下列说法正确的是( )
A.电源供电的外部电路中,电流的方向是从高电势一端流向低电势一端
B.电子运动形成的等效电流方向与电子运动方向相同
C.电源内部,电流的方向是从高电势一端流向低电势一端
D.电子运动形成的等效电流方向与电子运动方向相反
(多选)8.(2024 沙依巴克区校级期末)有一横截面积为S的铜导线,流经其中的电流为I,设每单位体积的导线中有n个自由电子,电子的电荷量为q,此时电子的定向移动速度为v,在Δt时间内,通过导线横截面的自由电子数目可表示为( )
A.nvSΔt B.nvΔt C. D.IΔtSq
(多选)9.(2024 红塔区校级期末)一根粗细均匀的导线,两端加上电压U时,通过导线的电流为I,导线中自由电子定向移动的平均速率为v.若将导线均匀拉长,使它的横截面的半径变为原来的,再给它两端加上电压U,则( )
A.通过导线的电流为
B.通过导线的电流为
C.导线中自由电子定向移动的速率为
D.导线中自由电子定向移动的速率为
(多选)10.(2024 深圳校级月考)电解槽内有一价离子的电解溶液,溶液中插有两根碳棒A、B作为电极,将它们接在直流电源上,溶液中就有电流通过,假设时间t内通过溶液内横截面S的正离子数是n1,负离子数是n2,设元电荷的电量为e,以下解释正确的是( )
A.溶液内正负离子沿相反方向运动,电流相互抵消
B.负离子定向移动的方向是从A到B
C.溶液内电流方向从B到A,电流I
D.溶液内电流方向从B到A,电流I
三.解答题(共5小题)
11.(2024 柳林县期中)根据I=neSv还可估算电子定向移动的平均速率。有横截面积为1mm2的铜导线,每立方米体积内的自由电子数为8.4×1028个,电子的电荷量大小为1.6×10﹣19C。若通过该导线的电流为1A,导线中自由电子定向移动的平均速率为多大?
12.(2024 洮北区校级期中)某金属导体两端的电压为24V,30s内有36C的电荷量通过导体的横截面,则:
(1)每秒钟内有多少个自由电子通过该导体的横截面?
(2)导体中的电流有多大?
(3)该导体的电阻多大?
13.(2024 七星区校级月考)一根长为2m,横截面积为1.6×10﹣3m2的铜棒,两端电势差为5.0×10﹣2V,铜棒的电阻为2.19×10﹣3Ω,铜内自由电子密度为8.5×1029m﹣3.求:
(1)通过铜棒的电流
(2)铜棒内的电场强度
(3)自由电子定向移动的速率.
14.(2024 宁江区校级期中)电路中,每分钟有4.8×10﹣3C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=1.6×10﹣19C,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。
15.(2024 江川区校级期中)一根长为L=2m,横截面积S=1×10﹣3m2的铜棒,两端电势差为U=5.44×10﹣2V,铜棒的电阻R=2×10﹣5Ω,铜内自由电子的密度为n=8.5×1029个 m﹣3,求:
(1)通过铜棒的电流;
(2)铜棒内电场强度;
(3)自由电子定向移动速率.
新课预习衔接 电源和电流
参考答案与试题解析
一.选择题(共5小题)
1.(2024 大通县期末)自动体外除颤器是一种便携式的医疗设备,在最佳抢救时间的“黄金4分钟”内,对心脏骤停患者利用自动体外除颤器(AED)可进行有效的除颤和心肺复苏。某型号自动体外除颤器的电容器电容是16μF,充电后电容器的电压达到4kV,某次对某心脏骤停患者进行除颤时,平均放电电流达到16A(电荷量Q=平均放电电流×放电时间),则下列说法正确的是( )
A.电容器充电后的电荷量为0.64C
B.电容器的平均放电时间为4×10﹣3s
C.不同患者进行除颤时平均电流相同
D.电容器放电过程中电容器的电容逐渐减小
【考点】电流的概念及性质;电容的概念与物理意义.
【专题】信息给予题;定量思想;推理法;电容器专题;理解能力.
【答案】B
【分析】A.根据电容的定义式求电荷量;
B.根据电流强度的定义式求平均放电时间;
C.不同患者的电阻不同,根据欧姆定律分析作答;
D.根据电容器电容的决定因素分析作答。
【解答】解:A.根据电容的定义式,可得充电后电容器的带电量Q=CU=16×10﹣6×4×103C=6.4×10﹣2C,故A错误;
B.根据电流强度的定义式,可得电容器的平均放电时间,故B正确;
C.不同患者的电阻不同,根据欧姆定律可知患者的平均电流不同,故C错误;
D.电容器的电容决定于电容器本身,与电容器是否带电无关,因此电容器放电过程电容器的电容保持不变,故D错误。
故选:B。
【点评】本题考查了电容器的定义式、电流强度的定义式和欧姆定律,知道电容器的电容决定于电容器本身,与电压和电荷量无关。
2.(2024 福田区校级期末)下列说法中正确的是( )
A.电势是一个标量,单位是V/m
B.电场强度,电容都是用比值法定义的
C.电容器所带电荷量是指各个极板所带电荷量的代数和
D.电流是矢量,规定正电荷定向移动的方向为电流的方向
【考点】电流的概念及性质;矢量和标量的区分与判断;电容的概念与物理意义.
【专题】定性思想;归纳法;恒定电流专题;理解能力.
【答案】B
【分析】电势是标量;电场强度和电容都是用比值法定义的;电容器所带电荷量是其中一个极板所带电荷量的绝对值;电流是标量。
【解答】解:A.电势的运算法则是代数加减法则,所以电势是一个标量,单位是V,故A错误;
B.电场强度,电容都是用比值法定义的,故B正确;
C.电容器所带电量等于任意一个极板所带电荷量的绝对值,两个极板所带电荷量的代数和是零,故C错误;
D.物理学中规定正电荷定向移动的方向为电流方向,虽然电流有方向,但是它的运算不适用于平行四边形法则,所以电流是标量,故D错误。
故选:B。
【点评】熟练掌握电势、电场强度、电容、电流等基本概念是解题的基础。
3.(2024春 天山区校级期末)一个半径为r(米)的细橡胶圆环,均匀地带上Q(库仑)的负电荷,当它以角速度ω(弧度/秒)绕中心轴线顺时针匀速转动时,环中等效电流的大小为( )
A.Q B. C. D.
【考点】等效电流的计算.
【专题】恒定电流专题.
【答案】C
【分析】负电荷Q均匀分布在橡胶环上,当环转动时,在环上任取一截面则一个周期T内穿过此截面的电荷量为Q,因此应用电流的定义式I,再结合圆周运动相关的知识即可求解.
【解答】解:负电荷运动的周期T,则电流I,故C正确。
故选:C。
【点评】本题考查等效电流的求法,解题关键在于明确一个周期内流过导体截面的电量.
4.(2024春 故城县校级期末)2023年9月3日,华为Mate60Pro发售,市场异常火爆,一机难求。该机搭载了一块5000mA h的大容量电池,若用充满电后的该手机观看视频,可连续观看12个小时,则观看视频时电池的平均放电电流约为( )
A.0.35A B.0.42A C.0.48A D.0.55A
【考点】电流的概念及性质.
【专题】应用题;信息给予题;定量思想;方程法;恒定电流专题;理解能力.
【答案】B
【分析】根据电流的定义求解即可。
【解答】解:由题意可知电池的电荷量为:Q=5000mA h=5A h,电流定义式得:
故B正确,ACD错误。
故选:B。
【点评】本题考查了电流的定义式,要牢记公式并能灵活运用。
5.(2024 巴彦淖尔期末)在4s内通过电解槽某一横截面向右迁移的正离子所带的总电荷量为4C,向左迁移的负离子所带的总电荷量为4C,那么电解槽中的电流为( )
A.2A B.4A C.6A D.8A
【考点】电流的概念及性质.
【专题】定性思想;推理法;恒定电流专题;理解能力.
【答案】A
【分析】由题计算出4s内通过截面正离子与负离子电量绝对值之和,根据电流的定义I,求解电流。
【解答】解:ABCD,正离子与负离子形成的电流同向,4s内通过横截面的电荷量为
Q=4C+4C=8C
则I2A
所以A正确,BCD错误。
故选:A。
【点评】本题是电流定义式的应用,关键确定通过导体截面的电量,当电流由正负离子向相反方向定向移动形成时,电量等于正离子与负离子电量绝对值之和。
二.多选题(共5小题)
(多选)6.(2024 鼓楼区校级期中)关于电流,下列说法中正确的是( )
A.电流流向总是从高电势流向低电势
B.导体中的电流跟导体两端电压成正比,跟导体的电阻成反比
C.单位时间内通过导体截面的电量越多,导体中的电流越大
D.因为电流有方向,所以电流是矢量
【考点】电流的概念及性质;电源及其性质.
【专题】恒定电流专题.
【答案】BC
【分析】解答本题应抓住:在电源的外电路中,电流流向总是从高电势流向低电势;
导体中的电流跟导体两端电压成正比,跟导体的电阻成反比;
电流的定义式I;
电流运算时遵守代数加减法则,故电流是标量.
【解答】解:A、在电源的外电路中,电流流向总是从高电势流向低电势,而电源的内电路中,电流流向总是从低电势流向高电势。故A错误。
B、根据欧姆定律得知:导体中的电流跟导体两端电压成正比,跟导体的电阻成反比;故B正确。
C、由电流的定义式I知,单位时间内通过导体截面的电量越多,导体中的电流越大。故C正确。
D、电流的方向表示电荷正电荷定向移动的方向,由于电流运算时遵守代数加减法则,故电流是标量。故D错误。
故选:BC。
【点评】本题考查电路中基本知识,欧姆定律、电流的定义式等等都是电路中必须掌握的基础知识.
(多选)7.(2024 延吉市校级期末)关于电流的方向,下列说法正确的是( )
A.电源供电的外部电路中,电流的方向是从高电势一端流向低电势一端
B.电子运动形成的等效电流方向与电子运动方向相同
C.电源内部,电流的方向是从高电势一端流向低电势一端
D.电子运动形成的等效电流方向与电子运动方向相反
【考点】等效电流的计算.
【专题】定性思想;推理法;恒定电流专题;理解能力.
【答案】AD
【分析】明确电源的性质,知道电流在电源外部由正极流向负极,而在内部由负极流向正极;同时明确负电荷形成的电流方向与运动方向相反。
【解答】解:AC、物理学中,人们把正电荷移动的方向规定为电流的方向。按照这个规定,在闭合电路中,电源外部的电流方向是从电源的正极(高电势)经过用电器流向负极(低电势),而电源内部,电流是从负极流向正极,故A正确,C错误;
BD、电子带负电,故电子运动形成的等效电流方向与电子运动方向相反,故B错误,D正确。
故选:AD。
【点评】本题考查了电流的方向,要牢记。要注意:在电源内部,电流方向是从负极流向正极的。
(多选)8.(2024 沙依巴克区校级期末)有一横截面积为S的铜导线,流经其中的电流为I,设每单位体积的导线中有n个自由电子,电子的电荷量为q,此时电子的定向移动速度为v,在Δt时间内,通过导线横截面的自由电子数目可表示为( )
A.nvSΔt B.nvΔt C. D.IΔtSq
【考点】电流的微观表达式;电流的概念及性质.
【专题】恒定电流专题.
【答案】AC
【分析】根据电流的微观表达式I=nqvs,求出在Δt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q,再确定通过导体横截面的自由电子的数目.
【解答】解:根据电流的微观表达式I=nqvs,在Δt时间内通过导体横截面的自由电子的电量Q=IΔt,
则在Δt时间内,通过导体横截面的自由电子的数目为n,
将I=nevS代入得nnvSΔt,故AC正确,BD错误。
故选:AC。
【点评】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I=nqvs,是联系宏观与微观的桥梁,常常用到.
(多选)9.(2024 红塔区校级期末)一根粗细均匀的导线,两端加上电压U时,通过导线的电流为I,导线中自由电子定向移动的平均速率为v.若将导线均匀拉长,使它的横截面的半径变为原来的,再给它两端加上电压U,则( )
A.通过导线的电流为
B.通过导线的电流为
C.导线中自由电子定向移动的速率为
D.导线中自由电子定向移动的速率为
【考点】电流的微观表达式;电阻定律的内容及表达式.
【专题】恒定电流专题.
【答案】BC
【分析】横截面的半径变为原来的,可知面积变为原来的,由体积V=LS不变,可知长度变为原来的4倍,由电阻定律的表达式:,可得变化后的电阻值.进而判定各个选项.
【解答】解:AB、横截面的半径变为原来的,可知面积变为原来的,由体积V=LS不变,可知长度变为原来的4倍。
由电阻定律的表达式:,可得变化后的电阻值为:
由可知,电流变为。
故A错误,B正确。
CD、由电流的微观表达式:I=nqSv,可知,
故C正确,D错误。
故选:BC。
【点评】本题关键要掌握好电阻定律,会分析长度变化导致的横截面积的变化.其次要掌握电流的微观表达式.
(多选)10.(2024 深圳校级月考)电解槽内有一价离子的电解溶液,溶液中插有两根碳棒A、B作为电极,将它们接在直流电源上,溶液中就有电流通过,假设时间t内通过溶液内横截面S的正离子数是n1,负离子数是n2,设元电荷的电量为e,以下解释正确的是( )
A.溶液内正负离子沿相反方向运动,电流相互抵消
B.负离子定向移动的方向是从A到B
C.溶液内电流方向从B到A,电流I
D.溶液内电流方向从B到A,电流I
【考点】电流的概念及性质;电源及其性质.
【专题】信息给予题;定量思想;推理法;恒定电流专题;理解能力.
【答案】BD
【分析】电荷的定向移动形成电流,规定正电荷定向移动方向为电流方向,据此作答;在酸碱盐溶液中移动的电荷量为正负离子的总和,再根据电流的定义式求解。
【解答】解:AB.电流的方向与正离子定向移动方向相同,与负离子定向移动方向相反.所以正离子定向移动形成电流,方向从B到A,负离子定向移动形成电流方向也从B到A,不会相互抵消,故A错误,B正确;
CD.溶液内电流方向从B到A.t时间内通过溶液截面S的电荷量q=n1e+n2e=(n1+n2)e,则根据电流的定义式有,故C错误,D正确。
故选:BD。
【点评】注意在酸碱盐溶液中正负电荷都能够做定向运动,所以移动的电荷量为正负离子的总和。
三.解答题(共5小题)
11.(2024 柳林县期中)根据I=neSv还可估算电子定向移动的平均速率。有横截面积为1mm2的铜导线,每立方米体积内的自由电子数为8.4×1028个,电子的电荷量大小为1.6×10﹣19C。若通过该导线的电流为1A,导线中自由电子定向移动的平均速率为多大?
【考点】电流的微观表达式;电流的概念及性质.
【专题】计算题;定量思想;推理法;恒定电流专题;推理能力.
【答案】导线中自由电子定向移动的平均速率为7.35×10﹣5m/s。
【分析】根据公式I=neSv,可得导线中自由电子定向移动的平均速率为v,代入数据解得即可。
【解答】解:根据公式I=neSv,可得导线中自由电子定向移动的平均速率为:vm/s=7.35×10﹣5m/s
答:导线中自由电子定向移动的平均速率为7.35×10﹣5m/s。
【点评】本题考查电流强度的微观表达式的具体应用,要求学生能够灵活应用公式求解。
12.(2024 洮北区校级期中)某金属导体两端的电压为24V,30s内有36C的电荷量通过导体的横截面,则:
(1)每秒钟内有多少个自由电子通过该导体的横截面?
(2)导体中的电流有多大?
(3)该导体的电阻多大?
【考点】电流的概念及性质.
【专题】恒定电流专题.
【答案】见试题解答内容
【分析】(1)金属中是电子导电,通过的总电子数=总电荷量÷电子电量.(2)由电流的定义式可得电流大小.(3)由电阻公式可求电阻大小.
【解答】解:(1)金属靠自由电子导电,电子带负电,其电荷量大小为e=1.6×10﹣19 C,所以在
每秒钟内通过该导体横截面的自由电子数为
(2)导体中的电流为
(3)导体的电阻为
答:(1)每秒钟内有7.5×1018个自由电子通过该导体的横截面.(2)导体中的电流为1.2A.(3)该导体的电阻为20Ω.
【点评】要解本题需要知道电子的带电量,牢记电流的定义式和求电阻的公式.
13.(2024 七星区校级月考)一根长为2m,横截面积为1.6×10﹣3m2的铜棒,两端电势差为5.0×10﹣2V,铜棒的电阻为2.19×10﹣3Ω,铜内自由电子密度为8.5×1029m﹣3.求:
(1)通过铜棒的电流
(2)铜棒内的电场强度
(3)自由电子定向移动的速率.
【考点】电流的微观表达式;欧姆定律的简单应用;匀强电场中电势差与电场强度的关系;电流的概念及性质.
【专题】恒定电流专题.
【答案】见试题解答内容
【分析】(1)由欧姆定律可求出通过铜棒的电流;
(2)由U=Ed可求得铜棒内的电场强度;
(3)设自由电子定向移动的速率为v和导线中自由电子从一端定向移到另一端所用时间为t,求出导线中自由电子的数目,根据电流的定义式推导出电流的微观表达式,解得自由电子定向移动的速率.
【解答】解:(1)由I可得:
I22.8A;
(2)由U=Ed可得:
E2.5×10﹣2v/m;
(3)设铜导线中自由电子定向移动的速率为v,导线中自由电子从一端定向移到另一端所用时间为t.则导线的长度为l=vt,体积为V=Sl=Svt,在t时间内这些电子都能通过下一截面,则电流为:IenvS,
所以:v
将S=1.6×10﹣5m2,I=22.8A,n=8.5×1029个/m3,e=1.6×10﹣19C
代入解得:v=1.1×10﹣5m/s
答:(1)电流为22.8A;(2)电场强度为2.5×10﹣2v/m;(3)电子的定向移动速度为1.0×10﹣5m/s
【点评】本题要知道铜棒内部建立匀强电场,电压与场强的关系为E.掌握电流的微观表达式:I=envS,并能建立模型熟练推导.
14.(2024 宁江区校级期中)电路中,每分钟有4.8×10﹣3C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=1.6×10﹣19C,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。
【考点】电流的概念及性质.
【专题】计算题;信息给予题;定性思想;推理法;恒定电流专题.
【答案】见试题解答内容
【分析】(1)已知流过导线某一横截面的电荷量,而电子的带电量为e=1.6×10﹣19C,由Q=ne求出电子数目。
(2)根据电流的定义式I求流过该导线的电流。
【解答】解:(1)每分钟内流过该导线这一横截面的电子数目为:
n3×1016个
(2)流过该导线的电流为:
I8×10﹣5A
答:(1)每分钟内流过该导线这一横截面的电子数目为3×1016个。
(2)流过该导线的电流是8×10﹣5A
【点评】解决本题时,关键要知道电流的定义式I,并要知道电子的电荷量为e=1.6×10﹣19C。
15.(2024 江川区校级期中)一根长为L=2m,横截面积S=1×10﹣3m2的铜棒,两端电势差为U=5.44×10﹣2V,铜棒的电阻R=2×10﹣5Ω,铜内自由电子的密度为n=8.5×1029个 m﹣3,求:
(1)通过铜棒的电流;
(2)铜棒内电场强度;
(3)自由电子定向移动速率.
【考点】电流的微观表达式;电流的概念及性质.
【专题】恒定电流专题.
【答案】见试题解答内容
【分析】(1)由欧姆定律可求出通过铜棒的电流;
(2)由U=Ed可求得铜棒内的电场强度;
(3)设自由电子定向移动的速率为v和导线中自由电子从一端定向移到另一端所用时间为t,求出导线中自由电子的数目,根据电流的定义式推导出电流的微观表达式,解得自由电子定向移动的速率.
【解答】解:(1)由I可得:
IA=2.72×103A;
(2)由U=EL可得:
EV/m=2.72×10﹣2V/m;
(3)设铜导线中自由电子定向移动的速率为v,导线中自由电子从一端定向移到另一端所用时间为t.则导线的长度为l=vt,体积为V=Sl=Svt,在t时间内这些电子都能通过下一截面,
则电流为:IenvS,
所以:v2.0×10﹣5m/s
答:(1)通过铜棒的电流为2.72×103A;
(2)铜棒内电场强度为2.72×10﹣2V/m;
(3)电子的定向移动速度为2.0×10﹣5m/s。
【点评】本题要知道铜棒内部建立匀强电场,电压与场强的关系为E.掌握电流的微观表达式:I=envS,并能建立模型熟练推导.
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