第二章 第1节 电源和电流
练能力、课后提升
一、选择题
1．关于电流方向，下列说法正确的是( )
A．与正、负电荷的移动方向相反
B．与负电荷定向移动方向相同
C．与正电荷定向移动方向相同
D．在电源内部，从正极流向负极
解析：选C 电流的方向与正电荷的运动方向相同，与负电荷的运动方向相反，故A、B错误，C正确；在电源内部，电流的方向从负极流向正极，D错误．
2．关于电源的作用，下列说法正确的是( )
A．电源的作用是为电路持续地提供自由电荷
B．电源的作用是能直接释放电能
C．电源的作用就是保持导体两端的电压，使电路中有持续的电流
D．电源的作用就是使自由电荷运动起来
解析：选C 电源的作用是提供能量，把其他形成的能量转化为电能，故A、B错误；电源能使导体两端保持稳定的电压，从而使导体中有持续的电流，C正确，D错误．
3．关于导线中的电场，下列说法正确的是( )
A．导线内的电场线可以与导线相交
B．导线内的电场E是由电源电场E0和导线侧面堆积电荷形成的电场E′叠加的结果
C．导线侧面堆积电荷分布是稳定的，故导线处于静电平衡状态
D．导线中的电场是静电场的一种
解析：选B 稳定后电场线应与导线平行，当内部电场线与导线相交时，导线内自由电荷会发生重新分布，从而改变电场线的走向，使其再次与导线平行，故A错误；导线中的电场是电源电场和导线侧面堆积电荷形成的电场叠加而成的，故B正确；导线内电场不为零，不是静电平衡状态，导线中的电场是恒定电场，并非静电场的一种，故C、D错误．故选B．
4．下列关于电流的说法中，正确的是( )
A．金属导体中，电流的传播速率就是自由电子定向移动的速率
B．温度升高时，金属导体中自由电子热运动加快，电流也增大
C．电路接通后，自由电子由电源出发只要经过一个极短的时间就能达到用电器
D．通电金属导体中，自由电子的运动是热运动和定向移动的合运动
解析：选D 金属导体中，电流的传播速率不是自由电子定向迁移的速率，A选项错误；金属导体中，电流的大小与电子的热运动无关，温度升高时，金属导体中自由电子热运动加快，电流并不增大，B选项错误；电子定向移动的速率很小，电路接通后，自由电子由电源出发需要经过很长的时间才能达到用电器，C选项错误；通电金属导体中，自由电子一方面做定向运动，另一方面不停地做无规则的热运动，自由电子的运动是热运动和定向移动的合运动，D选项正确．
5．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
解析：选C 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．
6．在彩色电视机的显像管中，从电子枪射出的电子在加速电压U的作用下被加速，且形成电流强度为I的平均电流．若打在荧光屏上的高速电子全部被荧光屏吸收，在t秒内打在荧光屏上的电子数为( )
A． B．
C． D．
解析：选B 设t时间内打在荧光屏上的电子数为n，即总电荷量为q＝ne，由电流的定义式I＝，解得ne＝It，解得n＝，B正确．
7．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
解析：选A 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等．但关键是通过两截面的电子数在单位时间内相等，根据I＝可知电流强度相等．
8．导体中的电流是这样产生的：当在一根长度为l、横截面积为S，单位体积内自由电荷数为n的均匀导体两端加上电压U，导体中出现一个匀强电场，导体内的自由电子(－e)受匀强电场的电场力作用而加速，同时由于与阳离子碰撞而受到阻碍，这样边反复碰撞边向前移动，可以认为阻碍电子运动的阻力大小与电子移动的平均速率v成正比，即可以表示为kv(k是常数)，当电子所受电场力与阻力大小相等时，导体中形成了恒定电流，则该导体的电阻是( )
A． B．
C． D．
解析：选A 当电子所受电场力与阻力大小相等时，导体中形成了恒定电流，e＝kv，解得v＝，根据电流的微观表达式I＝neSv＝，由欧姆定律得R＝＝，A选项正确，B、C、D选项错误．
9．有一条横截面积为S的铜导线，通过的电流为I.已知铜的密度为ρ，摩尔质量为M，阿伏加德罗常数为NA，电子的电量为e.若认为导线中每个铜原子贡献一个自由电子，则铜导线中自由电子定向移动的速率可表示为( )
A． B．
C． D．
解析：选A 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，质量为m＝ρvtS，这段导线中自由电子的数目为n＝NA＝·NA，在t时间内这些电子都能通过另一端截面，则电流I＝＝，代入计算得出，I＝，则电子定向移动的速率：v＝，所以A正确．
10．(多选)硅光电池已广泛应用于人造卫星和灯塔、高速公路“电子眼”等设施；其原理如图所示，a、b是硅光电池的两个电极，P、N是两块硅半导体，P、N可在E区形成匀强电场，P的上表面镀有一层膜，当光照射时，P内产生的自由电子经E区电场加速后到达半导体N，从而产生电动势．以下说法中正确的是( )
A．a电极为电池的正极
B．电源内部的电流方向由P指向N
C．E区匀强电场的方向由N指向P
D．硅光电池是一种把化学能转化为电能的装置
解析：选AC 根据题意，E区电场能使P逸出的自由电子向N运动，因负电荷受到的电场力与电场方向相反，所以电场方向N指向P，C正确；由于电流的方向与负电荷的运动方向相反，所以电源内部的电流方向由N指向P，B错误；根据以上对电流方向的分析可知，a为电源正极，A正确；该电池是将光能转化为电能的装置，D错误．
二、非选择题
11.如图所示的电解槽中，如果在4 s内各有8 C的正、负电荷通过面积为0.8 m2的横截面AB，那么：
(1)正、负离子定向移动的方向如何？
(2)电解槽中的电流方向如何？
(3)4 s内通过横截面AB的电量为多少？
(4)电解槽中的电流为多大？
解析：(1)电源与电解槽中的两极相连后，左侧电极电势高于右侧电极，电极之间电场方向由左指向右，故正离子向右移动，负离子向左移动．(2)电解槽中的电流方向向右．(3)8 C的正电荷向右通过横截面AB，而8 C的负电荷向左通过该横截面，相当于又有8 C正电荷向右通过横截面，故4 s内通过横截面AB的电量为16 C．(4)电流强度大小I＝＝ A＝4 A．
答案：(1)正离子向右移动 负离子向左移动 (2)向右
(3)16 C (4)4 A
12．夏季某日午后，某地区距地面约1 km的空中有两块乌云，相距3 km，它们因与空气摩擦带电，致使两块乌云之间的电势差能保持约为3×109 V不变．已知空气的击穿场强为3×106 V/m.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)当电闪雷鸣时，若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)由E＝知d＝＝ m＝1 000 m.
(2)释放的能量，E能＝qU＝500×3×109 J＝1.5×1012 J.
(3)由电流的定义得I＝＝＝5×104 A．
答案：(1)1 000 m (2)1.5×1012 J (3)5×104A
13.如图所示是静电除尘器的示意图，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强度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：根据电流强度的定义式I＝.只要能够计算出一昼夜时间内通过的电荷量Q，就能够求解电流强度I，需要注意的是，流过电源的电荷量Q跟煤粉吸附的电荷量Q′并不相等，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Q′＝Q.
因为Q′＝mneNA，Q＝It，
所以mneNA＝It，I＝.
答案：
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