人教版高二物理选修3-1课堂同步精选练习
2.1电源和电流（原卷版）
链接高考
(多选)通常一次闪电过程历时约0.2~0.3
s,它由若干个相继发生的闪击构成。每个闪击持续时间仅40~80
μs,电荷转移主要发生在第一个闪击过程中。在某一次闪电前云地之间的电势差约为1.0×109
V,云地间距离约为1
km;第一个闪击过程中云地间转移的电荷量约为6
C,闪击持续时间约为60
μs。假定闪电前云地间的电场是均匀的。根据以上数据,下列判断正确的是( )
A.闪电电流的瞬时值可达到1×105
A
B.整个闪电过程的平均功率约为1×1014
W
C.闪电前云地间的电场强度约为1×106
V/m
D.整个闪电过程向外释放的能量约为6×106
J
基础过关
(多选)下列关于电源的说法正确的是( )
A.电源是将其他形式的能转化为电能的装置
B.电源的作用是使电源的正负极保持一定量的正、负电荷,维持一定的电势差
C.与电源相连的导线中的电场是由电源正、负极上的电荷形成的
D.在电源内部正电荷由负极流向正极,负电荷由正极流向负极
关于电流的方向,下列叙述中正确的是( )
A.金属导体中电流的方向即自由电子定向移动的方向
B.在电解质溶液中有自由移动的正离子和负离子,电流方向不能确定
C.不论何种导体,电流的方向规定为正电荷定向移动的方向
D.电流的方向有时与正电荷定向移动的方向相同,有时与负电荷定向移动的方向相同
一段粗细均匀的金属导体的横截面积是S,导体单位长度内的自由电子数为n,金属内的自由电子的电荷量为e,自由电子做无规则热运动的速率为v0,导体中通过的电流为I,则下列说法中正确的是( )
A.自由电子定向移动的速率为v0
B.自由电子定向移动的速率为v=
C.自由电子定向移动的速率为真空中的光速c
D.自由电子定向移动的速率为v=
高考模拟
如果导线上均匀带有负电荷,每米电荷量为q,当此导线沿轴线方向做速度为v的匀速直线运动时,由于导线运动而形成的等效电流大小为( )
A.vq
B.
C.qvS
D.qv/S
我国北京正、负电子对撞机的储存环是周长为240
m的近似圆形轨道,电子电荷量e=1.6×10-19
C,在整个环中运行的电子数目为5×1011个,设电子的运行速度是3×107
m/s,则环中的电流是( )
A.10
mA
B.1
mA
C.0.1
mA
D.0.01
mA
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,今有一根横截面为S的铜导线,当通过的电流为I时,电子平均定向移动的速率为( )
A.光速c
B.
C.
D.
在显像管的电子枪中,从炽热的金属丝中不断放出的电子进入电压为U的加速电场,设其初速度为零,经加速后形成横截面积为S、电流为I的电子束。已知电子的电荷量为e、质量为m,则在刚射出加速电场时,一小段长为Δl的电子束内的电子个数是( )
A.
B.
C.
D.
非选择题
如果导线中的电流为1
mA,那么1
s内通过导体横截面的自由电子数是多少?若“220
V 60
W”的白炽灯正常发光时的电流为273
mA,则20
s内通过灯丝的横截面的电子数目是多少个?
在电解液导电中,若在5
s内分别有5
C的正离子和5
C的负离子通过电解槽中与电流方向垂直的截面,则电路中的电流是多少?若5
s内各有5
C的正、负离子分别在阴极和阳极放电,则电路中的电流是多少?
已知铜导线中的电流为1
A,铜导线的横截面积为1
mm2,求:
(1)在1
s内,有多少个电子通过铜导线的横截面(电子的电荷量e=1.6×10-19
C)?
(2)自由电子的平均移动速率是多大(设铜导线中每立方米含有8.5×1028个自由电子)?
已知电子的电荷量为e、质量为m,氢原子的电子在原子核的静电力吸引下做半径为r的匀速圆周运动,则电子运动形成的等效电流大小为多少?人教版高二物理选修3-1课堂同步精选练习
2.1电源和电流（解析版）
链接高考
(多选)通常一次闪电过程历时约0.2~0.3
s,它由若干个相继发生的闪击构成。每个闪击持续时间仅40~80
μs,电荷转移主要发生在第一个闪击过程中。在某一次闪电前云地之间的电势差约为1.0×109
V,云地间距离约为1
km;第一个闪击过程中云地间转移的电荷量约为6
C,闪击持续时间约为60
μs。假定闪电前云地间的电场是均匀的。根据以上数据,下列判断正确的是( )
A.闪电电流的瞬时值可达到1×105
A
B.整个闪电过程的平均功率约为1×1014
W
C.闪电前云地间的电场强度约为1×106
V/m
D.整个闪电过程向外释放的能量约为6×106
J
【答案】AC
【解析】由I=知I=
A=1×105
A,A正确;整个过程的平均功率P===
W=3×1010
W(t代0.2
s或0.3
s),B错误;由E==
V/m=1×106
V/m,C正确;整个闪电过程向外释放的能量为电场力做的功W=qU=6×109
J,D错。
基础过关
(多选)下列关于电源的说法正确的是( )
A.电源是将其他形式的能转化为电能的装置
B.电源的作用是使电源的正负极保持一定量的正、负电荷,维持一定的电势差
C.与电源相连的导线中的电场是由电源正、负极上的电荷形成的
D.在电源内部正电荷由负极流向正极,负电荷由正极流向负极
【答案】ABD
【解析】在电源内部由非静电力做功(后面将学到)将正电荷由负极搬到正极,将负电荷由正极搬到负极,使正、负极维持一定的电势差,同时将其他形式的能转化为电能,故A、B、D正确。导线中的电场是由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成的,故C错。
关于电流的方向,下列叙述中正确的是( )
A.金属导体中电流的方向即自由电子定向移动的方向
B.在电解质溶液中有自由移动的正离子和负离子,电流方向不能确定
C.不论何种导体,电流的方向规定为正电荷定向移动的方向
D.电流的方向有时与正电荷定向移动的方向相同,有时与负电荷定向移动的方向相同
【答案】C
【解析】电流是有方向的,电流的方向是人为规定的。物理上规定正电荷定向移动的方向为电流的方向,则负电荷定向移动的方向一定与电流的方向相反。
一段粗细均匀的金属导体的横截面积是S,导体单位长度内的自由电子数为n,金属内的自由电子的电荷量为e,自由电子做无规则热运动的速率为v0,导体中通过的电流为I,则下列说法中正确的是( )
A.自由电子定向移动的速率为v0
B.自由电子定向移动的速率为v=
C.自由电子定向移动的速率为真空中的光速c
D.自由电子定向移动的速率为v=
【答案】D
【解析】本题考查的是对电流微观表达式I=nqSv的理解,关键是理解v和n的物理意义,式中n为单位体积内自由电荷数,而本题中n为单位长度内的自由电子数,t时间内通过导体某一横截面的自由电子为长度是vt内的自由电子,其数量为nvt,电荷量q=nvte,所以电流
I==nev,所以v=,故答案为D。
高考模拟
如果导线上均匀带有负电荷,每米电荷量为q,当此导线沿轴线方向做速度为v的匀速直线运动时,由于导线运动而形成的等效电流大小为( )
A.vq
B.
C.qvS
D.qv/S
【答案】A
【解析】在运动方向上假设有一截面,则在t时间内通过截面的电荷量为Q=vt·q,等效电流I==vq,故A正确。
我国北京正、负电子对撞机的储存环是周长为240
m的近似圆形轨道,电子电荷量e=1.6×10-19
C,在整个环中运行的电子数目为5×1011个,设电子的运行速度是3×107
m/s,则环中的电流是( )
A.10
mA
B.1
mA
C.0.1
mA
D.0.01
mA
【答案】A
【解析】电子运动一周的时间为T=,在T时间内通过任意横截面的电荷量为:q=ne,电流为:I===
A=10
mA。
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,今有一根横截面为S的铜导线,当通过的电流为I时,电子平均定向移动的速率为( )
A.光速c
B.
C.
D.
【答案】D
【解析】假设电子定向移动的速率为v,那么在t时间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,所以电荷量q=,I==,于是得:v=。
在显像管的电子枪中,从炽热的金属丝中不断放出的电子进入电压为U的加速电场,设其初速度为零,经加速后形成横截面积为S、电流为I的电子束。已知电子的电荷量为e、质量为m,则在刚射出加速电场时,一小段长为Δl的电子束内的电子个数是( )
A.
B.
C.
D.
【答案】B
【解析】设电子刚射出电场时速度为v,长为Δl的电子束内的电子数为n,则
eU=mv2①
I=②
Δt=③
由①②③式解得n=,故B正确。
非选择题
如果导线中的电流为1
mA,那么1
s内通过导体横截面的自由电子数是多少?若“220
V 60
W”的白炽灯正常发光时的电流为273
mA,则20
s内通过灯丝的横截面的电子数目是多少个?
【答案】6.25×1015个 3.4×1019个
【解析】q=It=1×10-3×1
C=1×10-3
C,
设电子的数目为n,则:n===6.25×1015(个)。
当“220
V 60
W”的白炽灯正常发光时,
I=273
mA。
q=It=273×10-3×20
C=5.46
C。
设电子的数目为N,则
N==≈3.4×1019(个)。
在电解液导电中,若在5
s内分别有5
C的正离子和5
C的负离子通过电解槽中与电流方向垂直的截面,则电路中的电流是多少?若5
s内各有5
C的正、负离子分别在阴极和阳极放电,则电路中的电流是多少?
【答案】2
A 1
A
【解析】本题考查的是电解液导电问题,关键要找出t时间内在某一截面所通过的电荷量q。
在电解液中,电流等于同一截面上正、负电荷电荷量的绝对值之和与所用时间t之比,所以
I==2
A。
电解液中各种离子的质量、电荷量都可能不同,它们在电场中所受电场力的大小、加速度的大小、速度大小也各不相同,在同一时间内通过电解液某一截面的正、负离子数可能不同,特别是在阳极附近的正离子可以认为刚被加速,速度为零,而负离子的速度却被加速至最大,所以在阳极附近的横截面上,在5
s内只通过5
C的负电荷,故电流I==1
A(阴极附近同理为1
A),则电路中的电流为1
A。
已知铜导线中的电流为1
A,铜导线的横截面积为1
mm2,求:
(1)在1
s内,有多少个电子通过铜导线的横截面(电子的电荷量e=1.6×10-19
C)?
(2)自由电子的平均移动速率是多大(设铜导线中每立方米含有8.5×1028个自由电子)?
【答案】(1)6.25×1018个 (2)7.35×10-5
m/s
【解析】(1)1
s内通过铜导线横截面的电荷量为q=It=1
C。
所以1
s内通过铜导线横截面的电子个数为N===6.25×1018(个)。
(2)由电流的微观表达式I=nqSv得自由电子的平均移动速率
v==
m/s≈7.35×10-5
m/s。
已知电子的电荷量为e、质量为m,氢原子的电子在原子核的静电力吸引下做半径为r的匀速圆周运动,则电子运动形成的等效电流大小为多少?
【答案】
【解析】根据电流的定义式去求解,截取电子运动轨道的任一截面,在电子运动一周的时间T内,通过这个截面的电荷量Q=e,则有:I==,
由库仑力提供向心力有:k=mr
整理得T=,
解得I=。
