粤教版 (2019)必修 第三册第一节 导体的伏安特性曲线达标测试

第三章　恒定电流

第一节　导体的伏安特性曲线

基础过关练

题组一　电流

1.(多选)关于电流的说法中正确的是 (易错)

A.根据I=,可知I与Q成正比

B.自由电子定向移动的速率为真空中的光速c

C.电流是标量,电流也有方向

D.电流的单位“安培”是国际单位制中的基本单位

2.(2021吉林白城高二上期中)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

3.(2021山东济南济宁实验高级中学高二上期中)某电解池中,如果在1 s内共有5×1018个二价正离子和1×1019个一价负离子通过面积为0.1 m2的某横截面,那么通过这个横截面的电流是              (深度解析)

A.0　　　　B.0.8 A

C.1.6 A　　　　D.3.2 A

4.(2020辽宁协作校高二上联考)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,在放电时间t内有n个电子从地面向云层移动,电子的电荷量为e,则下列说法正确的是              (　　)

A.该次闪电的放电电流为,方向由地面指向云层

B.该次闪电的放电电流为,方向由云层指向地面

C.该次闪电的放电电流为,方向由地面指向云层

D.该次闪电的放电电流为,方向由云层指向地面

题组二　导体的伏安特性曲线

5.如图为两电阻Ra和Rb的伏安特性曲线,由图可知,电阻Ra与Rb的大小关系为 (　　)

A.Ra>Rb　　　　B.Ra<Rb

C.Ra=Rb　　　　D.不能确定

6.(2021山东师范大学附中月考)(多选)两个电阻R1、R2的伏安特性曲线如图所示,由图可知              (　　)

A.R1的电阻R1=tan 45°=1 Ω

B.R1为线性元件,R2为非线性元件

C.R2的电阻随电压的增大而减小

D.当U=1 V时,R2的电阻等于R1的电阻

7.(2020黑龙江、吉林两省十校期中联考)某元件的一段伏安特性曲线如图所示,当通过元件的电流由0.20 A变为0.30 A时,元件电阻变化了              (　　)

A.5 Ω　　　　B.10 Ω

C.15 Ω　　　　D.20 Ω

8.小灯泡通电后其电流I随所加电压U变化的图线如图所示,P为图线上一点,PN为图线在P点的切线,PQ为U轴的垂线,PM为I轴的垂线,则下列说法中正确的是              (　　)

A.随着所加电压的增大,小灯泡的电阻减小

B.对应P点,小灯泡的电阻为R=

C.对应P点,小灯泡的电阻为R=

D.对应P点,小灯泡的电阻为R=

能力提升练

题组一　等效电流的计算

1.(2021江西宜春高二上月考,)

如图所示,一根横截面积为S的长直橡胶棒上均匀带有负电荷,每米橡胶棒所带电荷量为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.　　　　C.qvS　　　　D.

2.(2021河南天一高二上期中联考,)一个带正电的粒子仅在电场力的作用下,由静止开始从A点沿直线运动到B点,A、B两点相距L,粒子运动的位移x随时间t变化的关系如图所示,图中曲线是以原点O为顶点的抛物线,曲线上M点的坐标为(t0,x0),x0<L,粒子带的电荷量为q。求:

(1)带电粒子运动到B点的速度大小;

(2)带电粒子从A点运动到B点的过程中等效电流的大小。

题组二　电流微观表达式的应用

3.(2021广东惠州一中高二上月考,)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,通过导体横截面的自由电子数目为              (　　)

A.SvΔt　　　　B.nvΔt　　　　C.　　　　D.

4.(2021山东六校高二上联考,)一根导线的横截面积为S,已知该导线材料的密度为ρ,摩尔质量为M,电子电荷量为e,阿伏伽德罗常数为NA,设每个原子只提供一个自由电子,该导线中自由电子定向移动速率为v,则通过的电流为              (　　)

A.　　　　B.　　　　C.　　　　D.

5.(2021天津一中高二上期中,)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,其等效电流为I,质子的质量为m,其电荷量为e,若这束质子流内单位体积的质子数为n,那么加速器的加速电压U为              (　　)

A.　　　　B.　　　　C.　　　　D.

题组三　实验:测量小灯泡的伏安特性曲线

6.(2021山西临汾高二上期中,)在描绘一个标有“3 V,1.8 W”的小灯泡的伏安特性曲线实验中,要求灯泡两端的电压能从零开始逐渐增加到3 V。

(1)实验电路图应选择下图中的　　　　。 

(2)请按(1)中选择的电路图,连接如图实物间的连线。

(3)接通开关,改变滑动变阻器滑片的位置,并记录对应的电流表示数I和电压表示数U。某次电表示数如图所示,电流表示数为　　　　A,电压表示数为　　　　V,此时小灯泡的电阻R=　　　　　Ω(保留两位有效数字)。 

(4)根据实验数据,画出小灯泡的I-U图像如图所示。由图可知,当小灯泡两端的电压增加时,小灯泡的电阻将　　　　(选填“增大”或“减小”)。 

答案全解全析

基础过关练

1.CD　电流等于电路中通过某一横截面的电荷量与所用时间的比值,不能说I与Q成正比,选项A错误;自由电子定向移动的速率很小,比真空中的光速c小得多,选项B错误;电流有方向,但电流的运算不遵循平行四边形定则,故电流是标量,选项C正确;电流的单位“安培”为国际单位制中的基本单位,选项D正确。

易错警示

　　电流是标量还是矢量的判定

有大小和方向且运算时遵循平行四边形定则的物理量才是矢量,电流虽然有大小和方向,但运算时不遵循平行四边形定则,所以电流是标量。

2.A　每个电子的电荷量大小为e=1.6×10-19 C,6×1013个电子的总电荷量为q=6×1013×1.6×10-19 C=9.6×10-6 C,则示波管中电流大小为I== A=4.8×10-6 A,选项A正确。

3.D　由题意,1 s内通过横截面正离子的电荷量为q1=2×n1e,负离子的电荷量绝对值为q2=n2e,则电流为I==,代入数据解得I=3.2 A,选项D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,电解液中正、负离子定向运动的方向相反,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,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。

4.D　闪电在云与大地之间发生,在放电时间t内有n个电子从地面向云层移动,由电流的定义式可得I==,规定正电荷定向移动的方向为电流的方向,放电过程电子从地面向云层移动,由于电子带负电,因此电流的方向从云层指向地面,选项D正确。

5.B　根据I=·U,可知I-U图线的斜率越大,电阻越小,即Ra<Rb,选项B正确。

6.BD　R1的电阻R1== Ω=2 Ω,选项A错误;R1的伏安特性曲线为过原点的直线,所以R1为线性元件,R2的伏安特性曲线非直线,故R2为非线性元件,选项B正确;R2的I-U图像上各点的横坐标U与纵坐标I的比值随电压的增大而增大,则R2的电阻随电压的增大而增大,选项C错误;当U=1 V时,R2的电阻等于R1的电阻,均等于2 Ω,选项D正确。

7.A　由题图可知,当电流I1=0.20 A时,元件两端电压U1=3 V,R1== Ω=15 Ω,当电流I2=0.30 A时,元件两端电压U2=6 V,R2== Ω=20 Ω,所以当通过元件的电流由0.20 A变为0.30 A时,元件电阻变化了ΔR=R2-R1=5 Ω,选项A正确。

8.B　灯泡的电阻R=,等于I-U图线上的点与原点O连线斜率的倒数,由题图结合数学知识可知,电压增大,此斜率减小,则灯泡的电阻增大,选项A错误;由图像可知,P点对应的电压为U1,电流为I2,则对应P点,灯泡的电阻R=选项B正确,C、D错误。

能力提升练

1.A　在运动方向上取一横截面,则在t时间内通过该横截面的电荷量为Q=vt·q,等效电流I==vq,选项A正确,B、C、D错误。

2.答案　(1)　(2)

解析　(1)带电粒子运动的位移x随时间t变化的关系图线是过原点O的抛物线,可知带电粒子做匀加速直线运动,该电场为匀强电场,则

x0=a

根据速度与位移的关系可知v2=2aL

解得v=

(2)由匀变速直线运动规律得v=at

由电流的定义式得I=

解得I=

3.C　根据电流的微观表达式I=nqvS,在Δt时间内通过导体横截面的自由电子的电荷量Q=IΔt,则在Δt时间内,通过导体横截面的自由电子的数目为N==,将I=nevS,代入解得N==nvSΔt,选项C正确。

4.D　设该导线中自由电子从一端定向移动到另一端所用时间为t,对导线进行研究,导线的体积为V=Svt,导线的质量为m=ρV,每个原子只提供一个自由电子,则原子数与自由电子数目相等,则自由电子的数目为n=NA,t时间内通过导线横截面的电荷量为q=ne,则电流为I=,联立可得I=,选项D正确。

5.D　质子在电场力作用下加速,设加速后的速度为v,根据动能定理有eU=mv2,等效电流为I,单位体积的质子数为n,根据电流的微观表达式可得I=neSv,联立解得U=,选项D正确。

6.答案　(1)乙　(2)图见解析　(3)0.50　2.60　5.2　(4)增大

解析　(1)灯泡正常发光时的电阻较小,所以电流表采用外接法,本实验要求小灯泡两端的电压从零开始调节,所以滑动变阻器采用分压式接法,因此实验电路应选乙。

(2)实验电路实物连接图如图所示:

(3)电流表选择0~0.6 A量程,每一小格表示0.02 A,根据表针的位置可知电流表的示数为0.50 A。电压表选择0~3 V量程,每一小格是0.1 V,则电压表示数为2.60 V。此时小灯泡的电阻R= Ω=5.2 Ω。

(4)根据题图可知,I-U图像上的点与坐标原点连线的斜率越来越小,说明电阻越来越大,所以当小灯泡两端的电压增加时,小灯泡的电阻将增大。