人教版高中物理选修3-1知识讲解，巩固练习（教学资料，补习资料）：专题2.1 电源和电流word版含答案

第二章 恒定电流
第1节 电源和电流
知识
一、电源和恒定电场
1．电源的概念
电源就是把 从正极搬迁到负极的装置。
从能量的角度看，电源是一种能够不断地把其他形式的能量转变为 的装置。
2．电源的作用
保持导体两端的 （电压），使电路有持续的电流。
3．导线内的电场
有电源的电路中，导线内的电场，是由电源、导线等电路元件所积累的 共同形成的。
详尽的分析说明：尽管这些电荷也在运动，有的流走了，但是另外的又来补充，所以电荷的分布是稳定的，电场的分布也是稳定的，故称 。
4．恒定电场
由稳定分布的电荷所产生的 电场称为恒定电场。
二、电流及其微观表达式
1．电流
通过导体横截面的 跟通过这些电荷量所用的时间的 。
2．电流的定义式 。
3．电流的单位
安（安培）， 。1 mA= A，1 μA= A。
自由电子 电能 电势差 电荷 恒定电场 稳定的
电荷量 比值 A 10-3 10-6
重点
电流的微观表达式
取一段粗细均匀的导体，两端加一定的电压，设导体中的自由电子沿导体定向移动的速率为v。设想在导体中取两个横截面B和C，横截面积为S，导体中每单位体积的自由电荷数为n，每个自由电荷带的电荷量为q，则在时间t内处于相距为vt的两截面B、C间的所有自由电荷将通过截面C。
体积为V=vtS
电荷数为N=nV
总电荷量为Q=nVq=nvtSq
电流为I=Q/t=nvqS
此即电流的微观表达式。
【例题】如图所示是静电除尘器示意图，A接高压电源正极，B接高压电源的负极，AB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，每昼夜除尘的质量为m，计算高压电源的电流I（电子电荷量设为e，阿伏伽德罗常数为NA，一昼夜时间为t）。
参考答案：
试题解析：根据电流定义式，只要能够计算出一昼夜时间内通过的电荷量Q，就可以求出电流。由于电离出的气体中电子和正离子同时导电，煤粉吸附的电荷量为总电荷量的一半。
，，，。
规律总结：
1．当正、负电荷同时参与导电时，电流定义式中的电荷量是正、负电荷的电荷量的绝对值之和；
2．电流与横截面积结无关，电流的方向与自由电子定向移动的方向相反；
3．等效思想：将电荷的绕核运动等效为电荷沿着一个环形导体定向运动，从而形成环形电流，再结合电流的定义式求解。
基础训练
1．关于电流，下列说法中正确的是
A．通过导体横截面的电荷量越多，电流越大
B．电流的方向就是自由电荷定向移动的方向
C．单位时间内通过导体横截面的电荷量越多，导体中的电流就越大
D．因为电流有方向，所以电流是矢量
2．（2019·广西柳州高级中学高三冲刺模拟）下列关于电流的说法中正确的是
A．导体棒中电子运动的速率越大，电流越大
B．单位时间内通过导体横载面的电荷量越多，导体中的电流越大
C．因为电流既有大小也有方向，所以是矢量
D．闭合回路的导体做切割磁感线的运动就一定有感应电流
3．（2019·江西省九江市第三中学高二专项检测）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．
4．某根导线中的电流为1.6 A，则在0.5 s内通过这根导线某一横截面的电荷量为
A．0.8 C B．1.2 C
C．0.8 K D．1.2 K
5．（2019·福建省厦门市高二质量检测）关于电源和电流，下述说法正确的是
A．电源的电动势在数值上始终等于电源正负极之间的电压
B．由公式可知，导体的电阻与通过它的电流成反比
C．从能量转化的角度看，电源是把其他形式的能转化为电能的装置
D．闭合日光灯开关，日光灯立刻就亮了，这表明导线中自由电荷定向运动的速率接近光速
6．（2019·内蒙古太仆寺旗宝昌一中高二期末考试）导体中的电流是5 μA，那么在3.2 s内通过导体的横截面定向移动电荷量为q，相当于有n个电子通过该截面，则下列正确的是
A．q=1.6×10-5 C；n=1014个
B．q=1.6×10-2 C；n=1017个
C．q=1.6×10-5 C；n=1015个
D．q=1.6×10-2 C；n=1014 个
7．飞机在空中飞行时，其表面因不断与空气摩擦而带电。某次飞行中，飞机0.5 s内带电荷量增加约17 μC，此过程中形成的电流约为
A．34 mA B．34μA
C．8.5 mA D．8.5 μA
8．（2019·北京四中高二期末考试）若通过一段导体的电流是2 A，则1分钟内通过该导体某截面的电量为
A．2 C B．0.5 C C．120 C D．200 C
9．如图所示，将左边的铜导线和右边的铝导线连接起来，已知截面面积S铝=2S铜，在铜导线上取一截面A，在铝导线上取一截面B，若在1 s内垂直地通过它们的电子数相等，那么，通过这两截面的电流的大小关系是
A．IA=IB B．IA=2IB
C．IB=2IA D．不能确定
能力提升
10．（2019·湖南省邵阳市第二中学高二期末考试）有关电流的下列说法正确的是
A．因为电流有方向，因而电流是矢量
B．由I=q/t知，I与q成正比，与通电时间成反比
C．金属导体里面电流的方向和自由电子定向移动的方向相同
D．单位时间内通过导体横截面的电量越多，导体中的电流越大
11．如图所示的电解液接入电路后，在t s内有n1个一价正离子通过溶液内截面S，有n2个二价负离子通过溶液内截面S，设e为元电荷，则以下关于通过该截面电流的说法正确的是
A．当n1=n2时，电流大小为零
B．当n1>n2时，电流方向由A指向B，电流
C．当n1D．电流方向由A指向B，电流
12．有甲、乙两导体，甲的横截面积是乙的两倍，而乙在单位时间内通过导体截面的电荷量是甲的2倍，以下说法中正确的是
A．甲、乙两导体中的电流相同
B．乙导体中的电流是甲导体的2倍
C．乙导体中自由电荷定向移动的速度是甲导体的2倍
D．甲、乙两导体中自由电荷定向移动的速度大小相等
13．（2019·湖南省湖南师大附中炎德英才大联考高三模拟）半径为a的金属球远离其它一切物体，通过阻值为R的电阻与大地相连。电子束从远处射向小球，各物理量达稳定状态后每秒钟有n个电子以速度v不断地落到球上，电子的质量为m，电荷量为e，那么以下结论正确的是
A．小球的电势为-neR
B．通过电阻的电流为ne，且从金属球流向大地
C．电阻上的电熟功率为P=，小球所带电荷量是不为零的一个定值
D．金属球单位时间内释放的热量为Q=
参考答案
1．C【解析】根据公式可知通过导体横截面的电荷量越多，有可能所用的时间也较长，电流不一定大，根据定义式可知单位时间内通过导体横截面的电荷量越多，导体中的电流就越大，A错误，C正确；电流的方向和正电荷定向移动方向相同，与负电荷定向移动电荷相反，B错误；电流是标量，没有正负方向，D错误。
2．B【解析】由电流的微观表达式：I=nesv，可知v大，不一定电流就大，故A错误；由电流定义式可知，单位时间内通过导体横截面的电荷量多，导体中的电流就大，故B正确；电流有方向，但电流的计算不适用于平行四边形定则，电流为标量；故C错误；闭合电路在磁场中做切割磁感线运动时，而闭合电路中的磁通量不一定变化，闭合电路中就不一定会有感应电流，故D错误。
3．A【解析】设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，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，为：，t时间内通过导体截面的电荷量为：q=ne，则电流强度为：得：，故选A。
4．A【解析】电流为1.6 A，时间为0.5 s，故电荷量，故选项A正确。
【名师点睛】已知电流的大小和通电时间，根据公式可求导体中的电荷量。
5．C【解析】电源正负极之间的电压称为路端电压，当外电路接通时，路端电压小于电源的电动势，故A错误；公式是电阻的定义式，与电阻两端的电压以及通过它的电流都无关，故B错误；从能量转化的角度看，电源是把其他形式的能转化为电能的装置，故C正确；闭合日光灯开关，日光灯立刻就亮了，是由于导线中电场传播的速度接近光速，而不是自由电荷定向运动的速率接近光速，故D错误。
6．A【解析】根据电流的定义式得3.2 s内通过导体横截面的电荷量为：，通过该截面的电子的个数为： 个，故A正确，BCD错误。
7．B【解析】根据，则，故选B。
8．C【解析】根据q=It可知q=2×60 C=120 C，故选C。
9．A【解析】根据公式I=可得，I的大小与横截面积的大小无关，主要应取决于单位时间内通过导体横截面电荷量的多少，选项A正确。
10．D【解析】电流的方向是电荷移动的方向，但电流这个物理量描述电流的强弱，是标量。故A错误。电流的定义，是比值定义法，电流与电荷量不成正比，与时间不成反比，故B错误。电流的方向为正电荷的定向移动方向，故金属导体里面电流的方向和自由电子定向移动的方向相反，故C错误。根据电流的定义，得q=It，则单位时间内通过导体横截面的电量越多，导体中的电流越大，故D正确。故选D。
11．D【解析】由题意可知，流过溶液截面上的电荷量，则电流，方向与正电荷的定向移动方向相同，故选D。
12．B【解析】根据可知，因为乙在单位时间内通过导体截面的电荷量是甲的2倍，故乙导体中的电流是甲导体的2倍，选项B正确，A错误；根据I=nqSv，因两导体中单位体积的电荷数n不能确定，故无法比较两导体中自由电荷定向移动的速度大小，选项CD错误；故选B。
13．AD【解析】因为通过电阻的电流为ne，从大地流向金属球，所以电阻两端的电压为U=neR，小球的电势为φ=neR，所以A正确，B错误。电阻的发热功率为P=I2R=(ne)2R，所以C错误。D、金属球单位时间的发热量(非弹性碰撞、电流等因素)为，所以D正确。