2025-2026高中物理必修第三册 第十一章 第1节 电源和电流 同步练习(及答案)

高中物理必修第三册 第十一章 第1节 电源和电流 一、单项选择题1.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的电流D. 导线中的电场是由电源两极在空间直接形成的2.关于电流的方向，下列叙述正确的是（ ）A. 在电解质溶液中有自由的正离子和负离子，电流方向不能确定B. 金属导体中电流的方向就是自由电子定向移动的方向C. 不论何种导体，电流的方向都规定为正电荷定向移动的方向D. 电流的方向有时与正电荷定向移动的方向相同，有时与负电荷定向移动的方向相同3.如图所示的电解池接入电路后，在t时间内有n1个二价正离子通过溶液内某截面S，有n2个二价负离子通过相同截面，设e为元电荷，以下说法正确的是（ ）A. 当n1=n2时，电流为零B. 当n1>n2时，电流方向为A→B，电流大小为I=(n1−n2)etC. 无论n1、n2大小如何，电流方向都为A→B，电流大小都为I=(n1+n2)etD. 无论n1、n2大小如何，电流方向都为A→B，电流大小都为I=2(n1+n2)et4.北京正、负电子对撞机的储存环是周长为240m的近似圆形轨道，当环中电子以光速的110运动而形成1mA的电流时，环中运行的电子数目为（已知光速c=3×108 m/s，电子电荷量为e=1.6×10−19 C）（ ）A. 5×1010个 B. 5×1011个 C. 1×102个 D. 1×103个5.某手机的说明书部分内容如表所示，若该手机充满电后只播放视频，可以播放约15小时。下列说法正确的是（ ）A. 充满电时电池可储存的能量为3.5JB. 放电时电池可输出的最大电荷量为3.5CC. 播放视频时的电流约为待机电流的30倍D. 播放视频时的电流约为待机电流的1.3倍6.在NaCl溶液中，正、负电荷定向移动方向如图所示，若测得2s内分别有1.0×1018个Na+和Cl−通过溶液内部的横截面M，以下解释正确的是（电子的电荷量e=1.6×10−19 C）（ ）A. 正离子定向移动形成的电流方向从A到B，负离子定向移动形成的电流方向从B到AB. 溶液内正、负离子沿相反方向运动，电流相互抵消C. 溶液内电流方向从A到B，电流大小I=0.16 AD. 溶液内电流方向从A到B，电流大小I=0.08 A7.一段均匀铜导体的电阻为r，横截面积为S，导体两端所加电压为U，电子的电荷量为e，导体中单位体积内的自由电子数为n，则电子在铜导体中定向迁移的速率为（ ）A. rneSU B. UneSr C. UrneS D. neSUr8.如图所示，一根均匀带电的长直橡胶棒沿其轴线方向做速度为v的匀速直线运动。已知棒的横截面积为S，单位长度所带的电荷量为−q。由于棒的运动而形成的等效电流（ ）A. 大小为qv，方向与v相同 B. 大小为qv，方向与v相反C. 大小为qSv，方向与v相同 D. 大小为qSv，方向与v相反9.半径为R的均匀带电圆环，横截面积为S，所带电荷量为Q。现使圆环绕垂直圆环所在平面且过圆心的轴以角速度ω匀速转动，则由环产生的等效电流为（ ）A. Qω2π B. Qω2πS C. Qω2πR D. QωS2πR10.电路中有一电阻，通过电阻的电流为5A，当通电5分钟时，通过电阻横截面的电子数为（电子电荷量e=1.6×10−19 C）（ ）A. 1500个 B. 9.375×1019个 C. 9.375×1021个 D. 9.375×1020个二、多项选择题11.一段长为l、电阻率为ρ、横截面积为S的细金属直导线，单位体积内有n个自由电子，电子电荷量为e、质量为m。经典物理学认为，金属的电阻源于定向移动的自由电子与金属离子（即金属原子失去电子后的剩余部分）的碰撞，该碰撞过程将对电子的定向移动形成一定的阻碍作用，该作用可等效为施加在电子上的一个沿导线的平均阻力。若电子受到的平均阻力大小与电子定向移动的速率成正比，比例系数为k。下列说法正确的是（ ）A. 比例系数k=neρB. 当该导线通有恒定的电流I时，导线中自由电子定向移动的速率v=IneSC. 比例系数k与导线中自由电子定向移动的速率v无关D. 金属中的自由电子定向移动的速率不变，则电场力对电子做的正功与阻力对电子做的负功大小相等12.关于电源和电流的以下说法，正确的是（ ）A. 导体内没有电流时，就说明导体内部的电荷没有运动B. 导体中电流越大，单位时间内通过导体横截面的电荷量越多C. 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，从而保持两极之间有稳定的电势差D. 电源实质上也是一个用电器，也需要外界提供能量三、非选择题13.一段金属直导线的横截面积为S，单位体积内自由电子数为n，已知电子的质量为m，电荷量为e。给导线两端加恒定电压，导线内将产生恒定电流。（1）此时自由电子在金属中的运动可以看作：电子在恒定电场力和恒定阻力的共同作用下做匀速直线运动。设电子定向移动的速度为v。a．求此时导线中的电流I；b．若导线两端的电压为U，长度为L，求电子所受的恒定阻力f；（2）电子在金属中运动的情形也可以看作：自由电子在恒定电场作用下做匀加速直线运动，运动一段距离后与导体内不动的金属离子发生碰撞，将能量转移给金属离子，同时自己定向运动的速度减为零，然后在电场作用下重新开始加速，运动一段距离后再与金属离子发生碰撞，如此重复。电子在相邻两次碰撞之间走过的平均距离叫做一个自由程。设自由程为x，自由电子每次与金属离子碰撞前的速度均为v，求金属的电阻率ρ。14.在显像管的电子枪中，从炽热的金属丝中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。已知电子的电荷量为e、质量为m，求在刚射出加速电场时一小段长为Δl的电子束内的电子个数。15.导线中的电流是1A，导线的横截面积为1 mm2。问：（1）在1s内，有多少个电子通过导线的横截面（电子电荷量e=1.6×10−19 C）？（2）自由电子的平均移动速率是多大（设导体每立方米内有8.5×1028个自由电子）？（3）自由电子沿导线定向移动1m，平均需要多长时间？一、单项选择题1.B2.C3.D4.A5.C6.C7.B8.B9.A10.C二、多项选择题11.BCD12.BC三、非选择题13.解：（1）a.电流的微观表达式为：I=neSv其中，n为单位体积自由电子数，e为电子电荷量，S为横截面积，v为电子定向移动速率。b. 导线内电场强度：E=UL电子所受电场力：电F电=eE=eUL因电子匀速运动，电场力与阻力平衡，故：f=F电=eUL（2）电子加速过程（动能定理）：电场力做功等于动能变化，即eEx=12mv2代入E=UL，得：eULx=12mv2 ①电流与电阻关系：I=UR，结合电阻定律R=ρLS，得：I=USρL②联立电流微观表达式I=neSv与②，消去I和U，代入①化简得：ρ=mv2ne2x14.解：步骤1：求电子射出加速电场的速度v电子在加速电场中，电场力做功转化为动能，由动能定理：eU=12mv2解得：v=2eUm步骤2：求小段电子束的电荷量Δq小段电子束通过某截面的时间：Δt=Δlv由电流定义I=ΔqΔt，得：Δq=IΔt=IΔlv步骤3：求电子个数N电子个数等于总电荷量除以单个电子电荷量：N=Δqe=IΔlev代入v=2eUm，化简得：N=IΔlme2eU15.解：（1）1s内通过的总电荷量：q=It=1 A×1 s=1 C电子数：N=qe代入数据：N=11.6×10−19=6.25×1018 个（2）由电流微观表达式I=neSv，变形得：v=IneS代入数据：v=18.5×1028×1.6×10−19×1×10−6≈7.35×10−5 m/s（3）由匀速运动公式t=Lv，代入L=1 m和v≈7.35×10−5 m/s：t=17.35×10−5≈1.36×104 s（约3.78小时）手机类型智能手机、4G手机电池容量3500 mA·h电池类型不可拆卸式电池待机时间约19天