高中物理人教版 (新课标)选修31 电源和电流同步训练题

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1．关于电源的作用，下列说法正确的是
( )
A．电源的作用是能为电流提供自由电子
B．电源的作用是使导体中形成电场
C．电源的作用是能够保持导体两端的电势差
D．电源的作用是使自由电荷定向移动起来
解析：选BCD.电源的作用就是保持导体两端的电势差，使导体中形成电场，使导体中的自由电荷在静电力作用下做定向运动，故B、C、D均对．
2．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
解析：选A.I＝eq \f(q,t)＝eq \f(ne,t)＝eq \f(6×1013×1.6×10－19,2) A
＝4.8×10－6 A.
3．(2010年杭州质检)某电解池中，若在2 s内同时有1.0×1019个二价正离子和2.0×1019个一价负离子通过某截面，那么通过这个截面的电流是
( )
A．0 A B．0.8 A
C．1.6 A D．3.2 A
答案：D
4．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．甲、乙两导体的电流相同
B．乙导体的电流是甲导体的两倍
C．乙导体中自由电荷定向移动的速率是甲导体的两倍
D．甲、乙两导体中自由电荷定向移动的速率大小相等
解析：选B.由I＝eq \f(q,t)知A错B对；由I＝nqSv得：v甲＝eq \f(1,4)v乙，所以C、D错．
5．北京正负电子对撞机的储存环是长为240 m的近似圆形轨道，当环中的电流为10 mA时，若电子的速率为十分之一光速，则在整个环中运行的电子数目为
( )
A．5.0×1011 B．5×1019
C．1.0×1013 D．1.0×103
答案：A
6．如图2－1－4所示，一根横截面积为S的均匀长直橡胶棒上均匀带有负电荷，每米电荷量为q，当此棒沿轴线方向做速率为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
( )
图2－1－4
A．vq B.eq \f(q,v)
C．qvS D．qv/S
解析：选A.在运动方向假设有一截面，在t时间内通过截面的电量Q＝vt·q.等效电流I＝eq \f(Q,t)＝vq，故A项正确．
7．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，则由环产生的等效电流应有
( )
A．若ω不变而使电荷量Q变为原来的2倍，则电流也将变为原来的2倍
B．若电荷量不变而使ω变为原来的2倍，则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，电流将变大
D．若使ω、Q不变，将橡胶环拉伸，使环半径增大，电流将变小
答案：AB
8．铜的原子量为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.eq \f(I,neS)
C.eq \f(ρI,neSm) D.eq \f(mI,neSρ)
解析：选D.假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eq \f(vtSρ,m)，所以电量q＝eq \f(vtSρne,m).因电流I＝eq \f(q,t)＝eq \f(vSρen,m)，于是得：v＝eq \f(Im,neSρ).
9．导线中的电流是1 A，导线的横截面积为1 mm2.
(1)自由电子的平均移动速率是多大(设导体每立方米有8.5×1028个自由电子)?
(2)自由电子沿导线移动1 m，平均要多少时间？
解析：(1)由电流的微观表达式I＝neSv知
v＝eq \f(I,neS)＝eq \f(1,8.5×1028×1.6×10－19×10－6) m/s
＝7.4×10－5 m/s.
(2)以这样的速率沿导线传播1 m需用时t＝eq \f(1,7.4×10－5) s＝3.8 h.
答案：(1)7.4×10－5 m/s (2)3.8 h
10．已知电子的电荷量为e，质量为m，氢原子的电子在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？
解析：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＝eq \f(q,T)＝eq \f(e,T)
再由库仑力提供向心力有：
keq \f(e2,r2)＝meq \f(4π2,T2)·r得T＝eq \f(2πr,e) eq \r(\f(mr,k))
解得I＝eq \f(e2,2πr2m)eq \r(kmr).
答案：eq \f(e2,2πr2m)eq \r(kmr)
11．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．已知空气的电场击穿场强为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＝eq \f(U,d)得d＝eq \f(U,E)＝eq \f(3×109,3×106) m＝1000 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＝eq \f(q,t)＝eq \f(500,0.01) A＝5×104 A.
答案：(1)1000 m (2)1.5×1012 J (3)5×104 A
12．(2010年淄博高三期末)在显像管的电子枪中，从炽热的金属丝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．已知电子的电量为e、质量为m.求在刚射出加速电场时，一小段长为ΔL的电子束内电子个数是多少？
解析：根据动能定理eU＝eq \f(1,2)mv2①
根据电流定义公式q＝It＝ne②
根据题意t＝eq \f(ΔL,v)③
解①②③得n＝eq \f(IΔL,e) eq \r(\f(m,2eU)).
答案：eq \f(IΔL,e) eq \r(\f(m,2eU))