高中物理人教版 (新课标)选修31 电源和电流习题

第二章　恒定电流

1　电源和电流

基础过关练

题组一　电源

1.关于电源的以下说法,正确的是 (　　)

A.电源的作用是在电源内部把电子由负极不断地搬运到正极,从而使两极之间有一定的电势差

B.电源的作用是在电源内部把电子由正极不断地搬运到负极,从而使两极之间有一定的电势差

C.只要电路中有电源,电路中就一定有电流

D.电源实质上也是一个用电器,也需要外界提供能量

题组二　恒定电流

2.(2020江西赣州二中高二期中)(多选)在由电源、导线等电路元件所组成的电路中,以下说法正确的是              (　　)

A.导线中的电场强度处处为零

B.导线中的电场强度方向跟导线方向平行

C.导线处于静电平衡状态

D.导线内沿电流方向各点的电势逐渐降低

3.(2020江西鹰潭余江一中高二期中)(多选)关于电流的方向,下列说法中正确的是              (　　)

A.电源供电的外部电路中,电流的方向是从高电势一端流向低电势一端

B.电源内部,电流的方向是从高电势一端流向低电势一端

C.电子运动形成的等效电流方向与电子运动方向相同

D.电子运动形成的等效电流方向与电子运动方向相反

题组三　电流及其计算

4.(2021河北邢台高二月考)(多选)关于电流,下列说法中正确的是 (　　)

A.电流越大,单位时间内通过导体横截面的电荷量就越多

B.电流越大,自由电子在金属导体中定向移动速率越大

C.电流是一个矢量,其方向就是正电荷定向移动方向

D.在国际单位制中,电流是一个基本物理量,其单位安培是一个基本单位

5.(2020湖南常德石门二中高二上月考)电解池的主要应用是工业制纯度高的金属,它能将电能转化为化学能。如图所示,某电解池接入电路后,在t时间内有n1个一价正离子和n2个二价负离子通过溶液内截面S,设e为元电荷,则下列说法正确的是              (　　)

A.正离子定向移动形成的电流方向是从A指向B,负离子定向移动形成的电流方向是从B指向A

B.当n1=2n2时,电流大小为零

C.电流I=

D.电流I=

6.(2020安徽合肥八中高二期中)如图所示,将左边的铜导线和右边的铝导线连接起来,已知两导线横截面积满足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

题组四　电流的微观解释

7.(2021河北沧州第一中学高二月考)有一横截面积为S的铜导线,设每单位长度的导线中有n个自由电子,电子的电荷量为e,此时电子的定向移动速率为v,则在Δt时间内,流经导线的电流可表示为              (　　)

A.　　　　　　　　   B.nve

C.nveS　　　　　　　　   D.

8.(2021河北沧州任丘第一中学高二月考)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Δt时间内,通过导线某一横截面的自由电子数目为              (　易错　)

A.SvΔt　　　　　　　　   B.nvΔt

C.　　　　　　　　    D.

能力提升练

题组一　等效电流

1.(2020江苏苏州中学高二期中,)(多选)半径为R的橡胶圆环均匀带正电,总电荷量为Q,现使圆环绕垂直环所在平面且通过圆心的轴以角速度ω匀速转动,关于由环产生的等效电流,下列判断正确的是              (　　)

A.若ω不变而使电荷量Q变为原来的2倍,则等效电流也将变为原来的2倍

B.若电荷量Q不变而使ω变为原来的2倍,则等效电流也将变为原来的2倍

C.若使ω、Q不变,将橡胶环拉伸,使环半径增大,等效电流将变大

D.若使ω、Q不变,将橡胶环拉伸,使环半径增大,等效电流将变小

2.(2020山东东营胜利一中高二期中,)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多少?(已知光速c=3×108 m/s,电子电荷量e=1.6×10-19 C)

3.(2020江西九江一中高二期中,)安培提出了著名的分子电流假说,根据这一假说,电子绕核运动可等效为一环形电流。设电荷量为e的电子以速率v绕原子核沿顺时针方向做半径为r的匀速圆周运动,关于该环形电流的说法正确的是              (　　)

A.电流大小为,电流方向为顺时针

B.电流大小为,电流方向为顺时针

C.电流大小为,电流方向为逆时针

D.电流大小为,电流方向为逆时针

题组二　电流的微观表达式

4.(2020江苏南通第一中学高二上期中,)有甲、乙两导体,甲的横截面积是乙的2倍,而单位时间内通过乙导体横截面的电荷量是甲导体的2倍,下列说法中正确的是　              (　　)

A.通过甲、乙两导体的电流相同

B.通过乙导体的电流是甲导体的2倍

C.乙导体中自由电荷定向移动的速率是甲导体的2倍

D.甲、乙两导体中自由电荷定向移动的速率大小相同

5.(2020山东淄博实验中学高二上期中,)一根铜导线的横截面积为2 mm2,其中的自由电子数密度为8.5×1028个/m3,当此铜导线通过2 A的电流时,求:

(1)1 s内有多少个电子通过铜导线的横截面?(电子电荷量e=1.6×10-19 C)

(2)电子定向移动的速率多大?

6.()2020年新春之际,世界上出现了罕见的新型冠状病毒引起的肺炎疫情,我国举国上下万众一心进行科学防治,其中对重症肺炎病人需要使用急救呼吸功能障碍应急系统,某种急救机电源铭牌的部分数据如下表:

使用交流电源时该机的额定输入功率多大?若突然停电而使用内置电池,它最多可放出的电荷量为多少?该电池维持患者正常呼吸的工作时间约多长?

答案全解全析

基础过关练

1.B　电源的作用是在电源内部把电子由正极不断地搬运到负极,从而使两极之间有一定的电势差,故A错,B对。电路中有电流不仅需要电源,还需要电路是闭合的,两者缺一不可,故C错。电源是对电路提供能量的装置,故D错。

2.BD　在电源和导线中感应电荷的共同作用下,垂直导线方向的电场相互抵消,在导线中形成了沿导线方向的电场,即导线中的电场强度方向跟导线方向平行,B正确,A错误;导线内有电场,说明导线不是静电平衡状态,C错误;沿电场方向电势逐渐降低,电场方向就是正电荷的受力方向,也就是电流的方向,即导线内沿电流方向各点的电势逐渐降低,D正确。

3.AD　在电源供电的外部电路中,电流从正极流向负极,在电源内部,电流从负极流向正极,电源正极电势高于负极电势,所以A正确,B错误;电子带负电,电子运动形成的电流方向与电子运动的方向相反,C错误,D正确。

4.AD　由电流的定义可知,电流越大,表示单位时间内通过导体横截面的电荷越多,A正确;由I=nqSv可知,电流越大,自由电子在金属导体中定向移动速率v不一定越大,B错误;电流是标量,C错误;在国际单位制中,电流是一个基本物理量,其单位安培是一个基本单位,D正确。故选A、D。

5.D　电流方向与正电荷的定向移动方向相同,所以电流方向由A到B,故A错误;由题意可知,t时间内通过溶液内截面S的电荷量q=(n1+2n2)e,则电流I=,故D正确,B、C错误。

6.A　根据公式I=可知,电流的大小与导体横截面积的大小无关,而是取决于单位时间内通过导体横截面电荷量,选项A正确。

7.B　在Δt时间内,通过导线某一横截面的电荷量q=nveΔt,由电流定义可知I==nve,故选B。

8.C　在Δt时间内通过导线某一横截面的自由电子的电荷量q=IΔt,则在Δt时间内,通过导线某一横截面的自由电子的数目为N==,C正确,D错误;将I=nevS代入解得N=nvSΔt,A、B错误。

易混易错

要注意n表示的是导线中单位长度内的自由电子数还是单位体积内的自由电子数。

能力提升练

1.AB　截取圆环的任一横截面S,如图所示,在橡胶圆环运动一周的时间T内,通过这个横截面的电荷量为Q,

则有I==

又T=,所以I=,由上式可知,选项A、B正确。

2.答案　5×1011个

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时间内整个环中的电子刚好都通过该截面,故环中所有电子的电荷量为:q=It=10×10-3×8×10-6 C=8×10-8 C

环中具有的电子数N==个=5×1011个。

3.C　电子做匀速圆周运动的周期T=,由I=得I=,电流的方向与电子运动方向相反,故电流方向为逆时针,C正确。

4.B　因为单位时间内通过乙导体横截面的电荷量是甲导体的2倍,所以乙导体中的电流是甲的2倍,故A错误,B正确;由I=nqSv得v=,由于不知道甲、乙两导体的性质(n、q不知道),所以v的关系无法判断,C、D错误。

5.答案　(1)1.25×1019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q=It=2 C

所以1 s内通过铜导线横截面的电子数N==1.25×1019个

(2)由电流的微观表达式I=neSv得

v== m/s≈7.35×10-5 m/s。

6.答案　286 W　2.52×104 C　2.5 h

解析　使用交流电源时该机的额定输入功率为

P=UI=220×1.3 W=286 W

内置电池最多可放出的电荷量为

Q=7 Ah=7 A×3 600 s=2.52×104 C

该电池维持患者正常呼吸的工作时间为

t== s=9 000 s=2.5 h