【2021新版】人教版高中物理选修3-1导学案2.1电源和电流（有解析）

第一节
电源和电流
课前预习
【学习目标】
1．理解电源的作用．
2．理解恒定电场的形成过程．
3．掌握恒定电流的概念，会用分析相关问题．
【自主预习】
1．
电流是怎样形成的？
答：????
???????
．
2．
电流的产生条件
是：???????
和
???
?????????．
3．电流的方向：规定??????????
为电流的方向．在金属导体中，能够移动的是电子．所以，金属中电流的方向与????????
?相反；电解质溶液中有可以自由移动的正、负离子．电流是??????
量．
4．电流──描述电流
的物理量．
定义：通过导线某横截面的??????
与所用???????
的比值．
定义式：????????????????????????????
．
单位：??
?；简称
，符号?
，常用单位???
和??
??
．
单位换算关系：1A=???
mA=????
μA
课后复习
2.1电源和电流
一、单选题
1．关于电流强度的概念，以下叙述中正确的是（　　）
A．通过导线截面的电量越多，电流强度越大
B．电子运动的速率越大，电流强度越大
C．单位时间内通过导体截面的电量越多，电流强度越大
D．因为电流有方向，所以电流强度是矢量
2．一横截面积为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度为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．
3．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内有n个自由电子，电子电荷量为e，此时电子的定向移动速率为v，在时间内，通过导体横截面的自由电子数目为（　　）
A．
B．
C．
D．
4．在示波管中，电子枪2
s内发射了6×1013个电子，则示波管中电流的大小为（　　）
A．4.8×10－6
A
B．3×10－13
A
C．9.6×10－6
A
D．3×10－6
A
5．如图所示，一根横截面积为S的均匀长直橡胶棒上带有均匀的负电荷，每单位长度上电荷量为q，当此棒沿轴线方向做速度为v的匀速直线运动时，由于棒运动而形成的等效电流大小为（　　）
A．qv
B．
C．qvS
D．
6．关于电流，下列说法正确的是　　
A．通过导线截面的电量越多，电流越大
B．单位时间内通过导体横截面的电荷量越多，则导体中电流越大
C．电流有方向，因此电流是矢量
D．通电时间越短，电流越大
7．某金属导体中，如果在2秒钟内共有个电子通过某横截面，那么通过这个导体的电流是　　
A．0
B．
C．
D．
8．一台半导体收音机，电池供电的电流是8
mA，也就是说(　　)
A．1
h电池供给8
C的电荷量
B．1
000
s电池供给8
C的电荷量
C．1
s电池供给8
C的电荷量
D．1
min电池供给8
C的电荷量
9．在示波管中，电子枪每3秒内发射的电荷，则示波管中电流为(
)
A．
B．
C．
D．
10．某移动电源的电池容量为10000mAh（毫安时），即电池容量为（　　）
A．36000C
B．36000W
C．36000J
D．36000V
11．下列关于电流说法正确的是(
)
A．导体中没有电流时，说明导体内部没有电荷移动
B．由I=可知，导体两端电压越大，经过导体的电流越大
C．电流有方向，所以是矢量
D．由I=可知，经过导体的电流越大，导体电阻越小
12．关于电流，下列说法中正确的是(
)
A．电流跟通过截面的电荷量成正比，跟所用时间成反比
B．单位时间内通过导体截面的电量越多，导体中的电流越大
C．电流是一个矢量，其方向就是正电荷定向移动的方向
D．国际单位制中，其单位“安培”是导出单位
13．在如图所示的电路中，闭合开关S后，灯泡L正常发光，下列说法正确的是
A．通过灯泡L的电子定向移动方向是从N到M
B．通过灯泡L的电流方向是从N到M
C．通过灯泡L的电荷量越多，电流越大
D．通过灯泡L的电荷量越多，电流越小
14．北京正、负电子对撞机的储存环是长240m的近似圆形轨道，若电子的速率为光速大小的十分之一，当环中的电流为10mA时，在整个环中运行的电子数目为（　　）
A．个
B．个
C．个
D．个
二、填空题
15．重离子肿瘤治疗装置中的回旋加速器可发射价重离子束，其束流强度为，则在内发射的重离子个数为______
16．来自质子源的质子（初速度为零）经一加速电压为的直线加速器加速，形成电流大小为的细柱形质子流，已知质子电荷量。
(1)这束质子流每秒打到靶上的个数为______。
(2)假定分布在质子源和靶之间的加速电场是均匀的，在质子束中与质子源相距L和4L的两处，各取一段极短的相等长度的质子流，其中的质子数分别为和，则______。
17．一个半径为的绝缘圆盘，绕垂直圆盘的转动轴以角速度沿逆时针方向匀速转动，圆盘边缘上均匀地分布着一圈电荷，电性均为负，单位圆弧上所带的电荷量为，当圆盘转动时，这些电荷所形成的电流大小________，电流的方向为_________。
18．某电解质溶液，如果在内共有个二价正离子和个一价负离子通过某截面，那么通过电解质溶液的电流是________。
三、解答题
19．根据原子核式结构模型，氢原子中的电子绕核做匀速圆周运动。已知电子的电荷量，电子质量，原子半径r取。则：
(1)电子做匀速圆周运动的速度是多少？
(2)电子做匀速圆周运动的频率是多少？
(3)电子做匀速圆周运动的动能是多少？
(4)电子绕核运动的等效电流是多少？
20．氢原子中核外电子以速率v在半径为r的轨道上运动，用e表示电子的电量，则电子定向运动产生的等效电流为多少？
21．一根长为2m、横截面积为的铜棒，两端电势差为，铜棒的电阻为，铜内自由电子密度为，电子的电荷量为。求：
(1)通过铜棒的电流（保留三位有效数字）；
(2)铜棒内的电场强度；
(3)自由电子定向移动的速率（保留两位有效数字）。
22．如图所示，在NaCl溶液中，正、负电荷定向移动，方向如图所示，若测得2s内有1.0×1018个Na＋和Cl－通过溶液内部的横截面M，试问：溶液中的电流方向如何？电流多大？
23．某金属导体的密度是，橫截面积是S，摩尔质量为M，每摩这种金属可提供N个自由电子。当该导体中的电流为I时，导体中自由电子定向移动的速度是多大？
24．北京正、负电子对撞机的储存环为周长的圆形轨道，当环中电流为时，若电子的速度是光速的，求在整个环中运动的电子数。
参考答案
1．C
【详解】
A．物理学中把每秒钟通过导体任一横截面的电荷量（简称电量）叫做电流强度，通过导体横截面的电量越多，但时间不知道，电流强度不一定大，故A错误；
B．导电流强度的微观表达式为，所以电子速率大，电流强度不一定大，故B错误；
C．物理学中把每秒钟通过导体任一横截面的电荷量（简称电量）叫做电流强度，则单位时间内通过导体截面的电量越多，电流强度越大，故C正确；
D．电流有方向，但其运算不能应用平行四边形定则，故其为标量，故D错误。
故选C。
2．A
【详解】
通过铜导线横截面的自由电子数目vt?S?n=
nvSt；或者时间t内流过导体某截面的电量为It，则电子数为
。
故选A。
3．C
【详解】
根据电流的微观表达式I=nqvS，在△t时间内通过导体横截面的自由电子的电量
则在△t时间内，通过导体横截面的自由电子的数目为
将I=nevS，代入解得
故选C。
4．A
【详解】
每个电子的电荷量大小为e=1.6×10?19C
6×1013个电子总电荷量为
q=6×1013×1.6×10?19C=9.6×10?6C
则示波管中电流大小为
I=A=4.8×10?6A
故选A。
5．A
【详解】
1
s内棒通过的长度
l＝vt
总电荷量
Q＝ql＝qvt
则
故选A。
6．B
【详解】
根据I=q/t可知，通过导体横截面的电量多，但不知道通电时间，所以不能得出导体中的电流大小，故A错误；由电流的定义可知，单位时间内通过导体横截面的电荷量相多，则导体中电流越大；故B正确；电流有方向，但电流是标量；故C错误；通电时间短，若流过的电量小，则电流一样可以很小；故D错误；故选B．
7．D
【详解】
由题，1s内通过截面正离子的电量为，则电流为
；
故选D．
8．B
【详解】
电池供电的电流I=8mA，若电量q=8C，则由电流的定义式I=q/t，得到时间t=1000s；故选B．
9．B
【详解】
根据电流的定义可知，电流；故选B．
10．A
【分析】
明确电池容量单位的意义，再根据电流的定义即可求得电池和移动电源的电量
【详解】
手机电池的电量为：q＝It＝10000×10﹣3A×3600s＝36000C，故A正确，BCD错误；故选A．
11．B
【分析】
电流与电阻两端的电压成正比，与导体的电阻成反比；而电阻是导体本身的性质，与是否有电压及电流无关．
【详解】
A、电荷定向移动形成电流，导体中没有电流时，说明导体内部没有定向移动的电荷，不是没有电荷移动，故A错误；
B、由欧姆定律I=可得，通过导体的电流与导体两端的电压成正比，跟它的电阻成反比，即导体两端电压越大，经过导体电流越大，故B正确；
C、电流有方向，但是电流是标量，遵守标量运算法则，故C错误；
D、导体电阻是导体本身的一种性质，由导体本身决定，与导体两端的电压无关，与通过导体的电流无关，故D错误．
故选B
12．B
【详解】
AB.
电流的定义为电量与时间的比值，即为单位时间内通过的电量，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A错误，B正确；
C.
一个量有方向并不能定义为矢量，矢量的运算必须遵循平行四边形定则，电流有方向但不符合矢量合成法则，不是矢量．故C错误；
D.
国际单位制中，电流是一个基本物理量，其单位“安培”是基本单位，故D错误．
故选B
13．B
【详解】
AB.外电路电流方向从电源正极指向负极，故电流方向为N到M，电子带负电，其定向移动方向与电流方向相反，故A错误，B正确；
CD.由可知，电流大小与电荷量多少无关，故C、D错误；
故选B。
14．A
【详解】
北京正、负电子对撞机的储存环长为240m，环中的电流I为10mA，电子的速率，则由：
代入数据联立可得：
个
故A正确，BCD错误。
故选A。
15．
【详解】
根据电流的定义式得
解得
16．
2:1
【详解】
（1）[1]设每秒打到靶上的质子数为n，由得
个
（2）[2]解法1：:建立如图3-1-6所示的“柱体微元”模型，设质子在距质子源L和4L处的速率分别为、，在L和4L处作两个长为（极短）的柱体微元.因极短，故L和4L处的两个柱体微元中的质子的平均速率可分别视为、.对于这两个柱体微元，设单位体积内的质子数分别为和，由电流的微观表达式可知，，，作为串联电路，各处的电流相等，即
所以
①
设质子源到靶之间均匀的加速电场的电场强度为E，根据动能定理，分别有
②
③
由①②③式得
即
.
解法2：设质子源到靶之间均匀的加速电场的电场强度为E，则质子源和与质子源相距L、4L两处间的电势差分别为:和.设质子在这两处的速率分别为和，根据电场力做的功与电荷动能变化的关系，有，得.在这两处极短的相等长度内，质子数
可见
又两段长度相等，所以有
故
即
17．
顺时针方向
【详解】
[1]设周期为
[2]由于电荷电性为负，所以电流的方向为顺时针方向。
18．5.12A
【详解】
内通过截面正离子的电荷量为
负离子的电荷量绝对值为
则电流为
将，，，代入解得
19．(1)；(2)；(3)；(4)
【详解】
(1)电子做匀速圆周运动的向心力由原子核对核外电子的库仑力提供的，即
所以
(2)电子做匀速圆周运动的频率
(3)电子的动能
(4)电子绕核运动的等效电流
20．
【详解】
氢原子核外只有一个电子，其绕核运动可视为匀速圆周运动，在此圆周上取一横截面（如图）
在电子运动一周的时间
只有一个电子通过横截面因此通过橫截面的电量为e，由电流定义式可得
21．(1)22.8A；(2)；(3)
【详解】
(1)通过铜棒的电流为
(2)铜棒内的电场强度为
(3)设自由电子定向移动的速度为v，
则
得
。
22．溶液中的电流大小为0.16A，方向由A指向B．
【详解】
根据电流的定义：I＝＝＝A＝0.16A
，方向与正电荷定向移动的方向一致，由A指向B．
【点睛】
NaCl溶液导电是靠自由移动的Na＋和Cl－离子，它们在电场力作用下向相反方向运动．负离子的运动可以等效地看做正离子沿相反方向的运动，可见，每秒钟通过M横截面的电荷量为两种离子电荷量的绝对值之和．
23．
【详解】
设自由电子定向移动的速度为v，则在t时间内自由电子移动的距离是vt；这段导体的体积是vtS，质量是，物质的量是；所含有的自由电子数是，所带电荷量是（e为电子所带的电荷量）
根据电流的定义
从而可知自由电子定向移动的速度是
24．5×1011
【详解】
电子运动一周所需要的时间
在圆形轨道上取一个横截面，则在时间内整个环中的电子刚好都通过该截面，故环中具有的电子的总电荷量为
环中具有电子数
（个）
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