2024版高中同步新教材必修第三册（人教版）物理 第十一章 电路及其应用 1电源和电流 学案

第十一章　电路及其应用

1　电源和电流

基础过关练

题组一　对电源的理解

1.(2022江苏连云港海头中学月考)下列说法正确的是 (　　)

A.电源的作用是使电路中产生电荷

B.电源的作用是使电路中的电荷发生定向移动

C.只要电路中有电源,电路中就会形成持续电流

D.导线中的电场是由电源两极在空间直接形成的

题组二　电流的理解及计算

2.(2022山东枣庄八中月考,改编)下列关于电流的说法正确的是 (　　)

A.电荷的移动形成电流

B.金属导体中电流方向是自由电子定向移动的方向

C.电流既有大小又有方向,所以电流是矢量

D.由I=可知,电流越大,单位时间内通过导体横截面的电荷量就越多

3.(2023陕西西安西北大学附属中学期中)在某一示波管中,电子枪在2 s内连续发射了6×1013个电子,已知一个电子的电荷量为-1.60×10-19 C,则该示波管中电子运动形成的电流大小为              (　　)

A.4.8×10-6 A　　　B.3×10-13 A

C.9.6×10-6 A　　　D.3×10-6 A

4.(2023广东广州六中期中)闪电是云与云之间、云与大地之间或者云体内各部位之间的强烈放电现象。若某次闪电是在云与大地之间发生的,大量电子从地面流向云层。放电过程的平均电流为I,持续时间为t,电子的电荷量为e,则下列说法正确的是              (　　)

A.放电过程中,云层的电势比地面的电势低

B.放电电流的方向由云层指向地面

C.此次放电流过地面的电荷量为Ite

D.此次放电从地面流向云层的电子数量为

5.(2023安徽A10联盟联考)如图,在氯化钠溶液中,Na+和Cl-做定向移动,在t时间内,分别有n1个Na+和n2个Cl-通过溶液内部的横截面M。已知元电荷为e,则溶液中的电流大小为              (　　)

A.

C.

题组三　电池容量

6.(2023北京丰台期中)某手机说明书的部分内容如下表所示,若用该手机播放视频,可以播放约20小时。下列说法正确的是              (　　)

A.充满电时电池可储存的最大能量为4 J

B.充满电时电池可储存的最大电荷量为4 C

C.播放视频时电流约为200 mA

D.待机状态时电流约为6.7 A

能力提升练

题组一　等效电流的计算

1.(2022河北石家庄二中月考)如图所示,一根横截面积为S的均匀长直橡胶棒上均匀地带有负电荷,单位长度内电荷量为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.vq　　　B.

2.(2023重庆八中适应性检测)如图所示,一段截面积为S、长度为l的圆弧形橡胶棒,均匀带有负电荷,圆弧的半径为R,橡胶棒单位长度所带的电荷量为q,当此棒绕垂直于圆弧平面过圆心的轴、沿顺时针方向以角速度ω匀速转动时,由于棒的运动而形成的环形等效电流的大小和方向为              (　　)

A.大小为,方向为顺时针

B.大小为,方向为逆时针

C.大小为,方向为顺时针

D.大小为,方向为逆时针

3.(2022湖南益阳箴言中学月考)电子绕核运动可等效为一环形电流,设氢原子中的电子沿半径为r的圆形轨道运动,已知电子的质量为m,电子的电荷量为e,静电力常量为k,则等效电流的大小为              (　　)

A.

C.

题组二　电流微观表达式的应用

4.(2023北京通州期中)已知铜棒的截面积为S,密度为ρ,摩尔质量为M,阿伏加德罗常数为NA,电子电荷量为e,若通过铜棒的电流为I,并认为铜棒中每一个铜原子贡献一个自由电子,则铜棒中自由电子定向移动的速率为              (　　)

A.

C.

5.(2022重庆万州第二高级中学月考)某些肿瘤可以用“质子疗法”进行治疗。在这种疗法中,为了能让质子进入癌细胞,首先要实现质子的高速运动,该过程需要一种被称作“粒子加速器”的装置来实现。质子先被加速到较高的速度,然后轰击肿瘤并杀死癌细胞。如图所示,来自质子源的质子(初速度为零),经加速电压为U的加速器加速后,形成细柱形的质子流。已知细柱形的质子流横截面积为S,等效电流为I;质子的质量为m,电荷量为e。那么这束质子流内单位体积的质子数n是              (　　)

A.

C.

答案与分层梯度式解析

第十一章　电路及其应用

1　电源和电流

基础过关练

1.B　导体中存在自由电荷,电源的作用是使正负电荷分开,电源正极聚集正电荷,负极聚集负电荷,电源两端产生电压,使电路中电荷定向移动形成电流,A错误,B正确;电路中有电源,且电路闭合,电路中才会形成持续的电流,C错误;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,D错误。

2.D　只有电荷的定向移动才能形成电流,A错误;金属导体中电流的方向与自由电子定向移动的方向相反,B错误;电流虽然有方向,但电流的运算并不遵循平行四边形定则,所以电流是一个标量,C错误;由I=可知,电流的大小在数值上等于单位时间内通过导体横截面的电荷量,故D正确。

3.A　6×1013个电子总电荷量大小为q=6×1013×1.60×10-19 C=9.6×10-6 C,电子运动形成的电流大小为I==4.8×10-6 A,A正确。

4.BD　放电过程中,电子由地面流向云层,即电子所受的电场力由地面指向云层,由于电子带负电,电场力的方向与电场强度的方向相反,故云层的电势比地面的电势高;电流的方向与负电荷定向移动的方向相反,故放电电流的方向由云层指向地面,A错误,B正确。此次放电过程中流过地面的电荷量为q=It,则从地面流向云层的电子的数量为n=,C错误,D正确。

5.A　由于Na+和Cl-在电场力的作用下沿相反方向运动,而电流的方向与正电荷定向移动的方向相同,与负电荷定向移动的方向相反,所以由图可知Na+移动产生的电流方向为A→B,而Cl-由B→A移动,产生的电流方向也为A→B,故时间t内通过横截面的电荷量为两种离子的电荷量绝对值之和,故电流大小为I=,A正确。

方法技巧　不同导体中电流的计算方法

(1)金属导体中的自由电荷只有自由电子,运用I=计算时,q是某一时间内通过金属导体横截面的电子的电荷量。

(2)电解液中的自由电荷是正、负离子,若正、负离子定向移动的方向相反,运用I=计算时,q应是同一时间内正、负两种离子通过横截面的电荷量的绝对值之和。

(3)处于电离状态的气体中的自由电荷既有正、负离子,也有自由电子,若正、负电荷沿相反的方向定向移动,利用公式求气体导电电流时,q应是三种带电粒子通过横截面的电荷量的绝对值之和。

6.C　根据q=It,可知充满电时电池可储存的最大电荷量为q=4×3 600 C=14 400 C,由于不知道电压,故无法计算可储存的最大能量,A、B错误;用该手机播放视频时电流为I'= A=0.2 A=200 mA,C正确;待机状态时电流为I″= A=0.007 6 A=7.6 mA,D错误。

能力提升练

1.A　经过时间t,通过右端横截面的电荷量Q=qvt,根据I=得I=vq,A正确。

2.B　棒沿顺时针方向转动时,每转一圈通过横截面的电荷量为Q=ql,所用的时间为t=,根据电流的定义式I=;由于橡胶棒带负电,电流的方向与负电荷定向移动的方向相反,可知电流方向为逆时针,B正确。

3.A　电子绕核做圆周运动,由库仑定律和牛顿第二定律可得kr,根据I=,可得I=,A正确。

4.A　设铜棒中自由电子定向移动的速率为v,铜棒的质量为m,体积为V,则单位体积内的自由电子数n=,根据电流的微观表达式I=nqSv可解得v=,A正确。

5.D　质子在加速电场中加速,有Ue=mv2,根据电流的微观表达式I=nqSv,解得n=,D正确。

易错警示　利用I=nqSv分析问题应注意的三个方面

(1)各个物理量都要用国际单位制单位。

(2)正确理解各符号的意义,特别是n表示导体中单位体积内的自由电荷数,v表示自由电荷定向移动速度的大小。

(3)若已知单位长度的自由电荷数为n,则电流的微观表达式为I=nqv。