高中物理人教版选修3-1能力提升训练 电源和电流 Word版含解析
文档属性
| 名称 | 高中物理人教版选修3-1能力提升训练 电源和电流 Word版含解析 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 46.1KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2019-11-08 14:10:28 | ||
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文档简介
电源和电流
1.(2018·黄山期末)导体(conductor)是指电阻率很小且易于传导电流的物质．导体中存在大量可自由移动的带电粒子称为自由电荷．在外电场作用下，自由电荷作定向运动，形成明显的电流．下列粒子中是自由电荷的为( )
A．屠龙宝刀中的铁原子 B．皮蛋瘦肉粥中的米粒
C．老母鸡汤里的钠离子 D．国王王冠上金原子
【答案】C
【解析】金属导体中的自由电荷是自由电子，故铁原子和金原子均不是自由电荷，A、D选项错误；溶液中的自由电荷是正、负离子，故钠离子是自由电荷，B选项错误，C选项正确．
2.以下说法正确的是( )
A．只要有可以自由移动的电荷，就存在持续电流
B．金属导体内的持续电流是自由电子在导体内的电场作用下形成的
C．电流的传导速率就是导体内自由电子的定向移动速率
D．在金属导体内当自由电子定向移动时，它们的热运动就消失了
【答案】 B
【解析】 要有持续电流必须有电压，A错误．金属导体中形成持续电流的原因是在导体两端加上电压，于是在导体内形成了电场，导体内的自由电子在电场力作用下定向移动形成电流，B正确．电流的传导速率等于光速，电子定向移动的速率很小，C错误．在形成电流时电子定向移动，并不是热运动就消失了，其实电子仍然做无规则的热运动，D错误．故选B.
3.北京正负电子对撞机的储存环是周长为240 m的近似圆形轨道．当环中电子以光速的流动而形成10 mA的电流时，环中运行的电子数目为(已知光速c＝3×108 m/s，电子电荷量
e＝1.6×10－19 C)( )
A．5×1010个 B．5×1011个
C．1×102个 D．1×104个
【答案】 B
【解析】 电子运动一周所需要的时间：t＝ s＝8×10－6 s
在圆形轨道上任取一横截面，则在t时间内通过该截面的电荷量为：
q＝It＝10×10－3×8×10－6 C＝8×10－8 C
环中具有电子数N＝＝个＝5×1011个．
4．某一探测器因射线照射，内部气体电离，在时间t内有n个二价正离子到达阴极，有2n个电子到达探测器的阳极，则探测器电路中的电流为( )
A．0 B. C. D.
【答案】 D
【解析】 由于正、负电荷的定向移动对电流的形成都有贡献，故由I＝，
得I＝＝.
5.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，那么通过这两个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
【答案】 A
【解析】 这个题目中有很多干扰项，例如两个截面的面积不相等、导线的组成材料不同等．但解题关键是通过两截面的电子数在单位时间内相等，根据I＝可知电流相等．
6．有甲、乙两个由同种金属材料制成的导体，甲的横截面积是乙的两倍，而单位时间内通过导体横截面的电荷量乙是甲的两倍，以下说法中正确的是( )
A．通过甲、乙两导体的电流相等
B．通过乙导体的电流是通过甲导体电流的两倍
C．乙导体中自由电荷定向移动的速率是甲导体中的两倍
D．甲、乙两导体中自由电荷定向移动的速率大小相等
【答案】B
【解析】根据电流的定义式可知，I＝，单位时间内通过导体横截面的电荷量乙是甲的两倍，则通过乙导体的电流是甲导体的两倍，A选项错误，B选项正确；根据电流的微观表达式可知，I＝nqSv，甲的横截面积是乙的两倍，则乙导体中自由电荷定向移动的速率是甲导体中的四倍，C、D选项错误．
7.(多选)一横截面积为S的铜导线，流经其中的电流为I，设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率为v，在t时间内，通过铜导线横截面的自由电子数目可表示为( )
A．nvSt B．Nvt C. D.
【答案】 AC
【解析】 在t时间内，通过铜导线横截面的电荷量为It，通过铜导线横截面的自由电子数目可表示为N＝，故C正确，D错误；把I＝nqSv代入N＝可得N＝nvSt，故A正确，B错误．
8．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，通过的电流为I时，电子定向移动的平均速率为( )
A．光速c B. C. D.
【答案】 D
【解析】 设电子定向移动的速率为v，那么在t秒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，摩尔数为，自由电子数为，所以电荷量q＝，由I＝＝得v＝，故A、B、C错，D对．
9．如图所示，AD表示粗细均匀的一段长为l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v，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n，每个自由电荷的电荷量为q.则：这段导体上的电流是多大？
【答案】nqSv
【解析】 导体AD内的自由电荷全部通过横截面D所用的时间t＝
导体AD内的自由电荷总数N＝nlS
总电荷量Q＝Nq＝nlSq
此导体上的电流I＝＝＝nqSv
10.导线中的电流是10－8 A，导线的横截面积为1 mm2.
(1)在1 s内，有多少个电子通过导线的横截面？(电子电荷量e＝1.6×10－19 C)
(2)自由电子定向移动的平均速率是多大？(设导体每立方米内有8.5×1028个自由电子)
(3)自由电子沿导线移动1 cm，平均需要多少时间？
【答案】(1)6.25×1010 个 (2)7.4×10－13 m/s (3)1.35×1010 s
【解析】(1)N＝＝＝个＝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≈1.35×1010 s.
1.(2018·黄山期末)导体(conductor)是指电阻率很小且易于传导电流的物质．导体中存在大量可自由移动的带电粒子称为自由电荷．在外电场作用下，自由电荷作定向运动，形成明显的电流．下列粒子中是自由电荷的为( )
A．屠龙宝刀中的铁原子 B．皮蛋瘦肉粥中的米粒
C．老母鸡汤里的钠离子 D．国王王冠上金原子
【答案】C
【解析】金属导体中的自由电荷是自由电子，故铁原子和金原子均不是自由电荷，A、D选项错误；溶液中的自由电荷是正、负离子，故钠离子是自由电荷，B选项错误，C选项正确．
2.以下说法正确的是( )
A．只要有可以自由移动的电荷，就存在持续电流
B．金属导体内的持续电流是自由电子在导体内的电场作用下形成的
C．电流的传导速率就是导体内自由电子的定向移动速率
D．在金属导体内当自由电子定向移动时，它们的热运动就消失了
【答案】 B
【解析】 要有持续电流必须有电压，A错误．金属导体中形成持续电流的原因是在导体两端加上电压，于是在导体内形成了电场，导体内的自由电子在电场力作用下定向移动形成电流，B正确．电流的传导速率等于光速，电子定向移动的速率很小，C错误．在形成电流时电子定向移动，并不是热运动就消失了，其实电子仍然做无规则的热运动，D错误．故选B.
3.北京正负电子对撞机的储存环是周长为240 m的近似圆形轨道．当环中电子以光速的流动而形成10 mA的电流时，环中运行的电子数目为(已知光速c＝3×108 m/s，电子电荷量
e＝1.6×10－19 C)( )
A．5×1010个 B．5×1011个
C．1×102个 D．1×104个
【答案】 B
【解析】 电子运动一周所需要的时间：t＝ s＝8×10－6 s
在圆形轨道上任取一横截面，则在t时间内通过该截面的电荷量为：
q＝It＝10×10－3×8×10－6 C＝8×10－8 C
环中具有电子数N＝＝个＝5×1011个．
4．某一探测器因射线照射，内部气体电离，在时间t内有n个二价正离子到达阴极，有2n个电子到达探测器的阳极，则探测器电路中的电流为( )
A．0 B. C. D.
【答案】 D
【解析】 由于正、负电荷的定向移动对电流的形成都有贡献，故由I＝，
得I＝＝.
5.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，那么通过这两个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
【答案】 A
【解析】 这个题目中有很多干扰项，例如两个截面的面积不相等、导线的组成材料不同等．但解题关键是通过两截面的电子数在单位时间内相等，根据I＝可知电流相等．
6．有甲、乙两个由同种金属材料制成的导体，甲的横截面积是乙的两倍，而单位时间内通过导体横截面的电荷量乙是甲的两倍，以下说法中正确的是( )
A．通过甲、乙两导体的电流相等
B．通过乙导体的电流是通过甲导体电流的两倍
C．乙导体中自由电荷定向移动的速率是甲导体中的两倍
D．甲、乙两导体中自由电荷定向移动的速率大小相等
【答案】B
【解析】根据电流的定义式可知，I＝，单位时间内通过导体横截面的电荷量乙是甲的两倍，则通过乙导体的电流是甲导体的两倍，A选项错误，B选项正确；根据电流的微观表达式可知，I＝nqSv，甲的横截面积是乙的两倍，则乙导体中自由电荷定向移动的速率是甲导体中的四倍，C、D选项错误．
7.(多选)一横截面积为S的铜导线，流经其中的电流为I，设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率为v，在t时间内，通过铜导线横截面的自由电子数目可表示为( )
A．nvSt B．Nvt C. D.
【答案】 AC
【解析】 在t时间内，通过铜导线横截面的电荷量为It，通过铜导线横截面的自由电子数目可表示为N＝，故C正确，D错误；把I＝nqSv代入N＝可得N＝nvSt，故A正确，B错误．
8．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，通过的电流为I时，电子定向移动的平均速率为( )
A．光速c B. C. D.
【答案】 D
【解析】 设电子定向移动的速率为v，那么在t秒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，摩尔数为，自由电子数为，所以电荷量q＝，由I＝＝得v＝，故A、B、C错，D对．
9．如图所示，AD表示粗细均匀的一段长为l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v，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n，每个自由电荷的电荷量为q.则：这段导体上的电流是多大？
【答案】nqSv
【解析】 导体AD内的自由电荷全部通过横截面D所用的时间t＝
导体AD内的自由电荷总数N＝nlS
总电荷量Q＝Nq＝nlSq
此导体上的电流I＝＝＝nqSv
10.导线中的电流是10－8 A，导线的横截面积为1 mm2.
(1)在1 s内，有多少个电子通过导线的横截面？(电子电荷量e＝1.6×10－19 C)
(2)自由电子定向移动的平均速率是多大？(设导体每立方米内有8.5×1028个自由电子)
(3)自由电子沿导线移动1 cm，平均需要多少时间？
【答案】(1)6.25×1010 个 (2)7.4×10－13 m/s (3)1.35×1010 s
【解析】(1)N＝＝＝个＝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≈1.35×1010 s.