高中物理人教版 (2019)必修 第三册电源和电流同步训练题

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一、电源
1.定义:电源是能不断把① 从正极搬运到负极的装置。
2.作用:
(1)移送电荷,使电源正、负极间有一定的② 。
(2)使电路中有③ 的电流。
二、恒定电流
1.恒定电场:
(1)由④ 分布的电荷所产生的⑤ 的电场。
(2)形成:当电路达到稳定时,导线中的电场是由⑥ 、⑦ 等电路元件所积累的电荷共同形成的。
(3)特点:任何位置的电荷分布和电场强度都不随时间变化。
2.恒定电流:大小、⑧ 都不随时间变化的电流。
3.电流:
(1)定义:电荷的⑨ 移动形成电流。
(2)意义:反映了电流的⑩ 程度。
(3)单位:
①国际单位:安培,简称安,符号为A。
②常用单位:毫安mA、微安μA。
③关系:1 mA=⑪ A;1 μA=⑫ A。
(4)表达式:I=。
(5)电流的方向:⑬ 定向移动的方向规定为电流的方向。
答案：
①电子 ②电势差 ③持续 ④稳定 ⑤稳定 ⑥电源 ⑦导线 ⑧方向 ⑨定向 ⑩强弱 ⑪10-3 ⑫10-6 ⑬正电荷
【方法突破】
一、电源和电流的性质
1.电源的作用:
2.电流的形成:
(1)形成原因:电荷的定向移动。
(2)形成条件:导体两端有电压。
(3)电路中产生持续电流的条件:电路中有电源且电路闭合。
【例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
【答案】B
【详解】AB．导体中本身就有自由电荷，电源的作用不是使电路中产生电荷，而是使正负电荷分开，使正极聚集正电荷，负极聚集负电荷，电源两端就会产生电压，电压使电路中电荷产生定向移动形成电流，A错误，B正确；
C．只要电路中有电源，且电路要闭合，电路中就会形成持续的电流，C错误；
D．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。故选B。
二、电流的计算
1.金属导体中电流的计算
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。
【例2】金属导体中的电流是A，那么在3.2s内通过导体的横截面定向移动的电荷有______C，相当于______个电子通过该截面．（ ）
A． B． C． D．
【答案】A
【详解】根据电流的定义式得3.2s内通过导体横截面的电荷量为C，
通过该截面的电子的个数为个，故A正确；
2.电解液中电流的计算
电解液中的自由电荷是正、负离子,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。
【例3】如图所示，电解池内有一价离子的电解液，在时间t内通过溶液截面S的正离子数为，负离子数为，设元电荷电荷量为e，则以下说法正确的是( )
A．溶液内电流方向从A到B，电流为
B．溶液内电流方向从B到A，电流为
C．当时，电流方向从A到B，电流为
D．溶液内电流方向从A到B，电流为
【答案】D
【详解】电流的方向与正离子定向移动方向相同，则溶液内电流方向从A到B，t时间内通过通过溶液截面s的电荷量为，则根据电流的定义式，则D正确，故选D．
3.环形电流的计算
(1)等效电流:就是把电子周期性地通过圆周上各处形成的电流看成持续不断地通过圆周上各处时所形成的电流。
(2)对周期性运动的电荷,常取一个周期来计算等效电流,利用I==求等效电流。
【例4】原子中的电子绕原子核的圆周运动可以等效为环形电流．设氢原子的电子以速率v在半径为r的圆周轨道上绕核转动，周期为已知电子的电荷量为e、质量为m，静电力常量为k，则其等效电流大小为
A．
B．
C．
D．
【答案】ABD
【详解】A．根据电流的定义式可得等效电流为故A正确；
B．电子运动的周期表达式为根据电流的定义式可得等效电流为故B正确；
CD．原子中的电子绕原子核的圆周运动可以等效为环形电流，氢原子的电子的速率v，根据库仑力提供向心力解得形成的电流为故C错误，D正确。故选ABD。
三、电流的微观表达式
1.推导过程:
(1)情境。如图所示,AB表示粗细均匀的一段导体,两端加一定的电压,导体中的自由电荷沿导体定向移动的速率为v,设导体的长度为L,横截面积为S,导体单位体积内的自由电荷数为n,每个自由电荷的电荷量为q。
(2)推导。
导体AB中的自由电荷总数N=nLS,
总电荷量Q=Nq=nLSq,
所有这些电荷都通过横截面所需要的时间t=,
导体AB中电流为I===nqSv。
(3)结论:电流的微观表达式为I=nqSv。电流的大小取决于单位体积内的自由电荷数n、每个自由电荷的电荷量q、导体的横截面积S、自由电荷定向移动速率v。
2.电流的定义式和微观表达式的比较:
【例5】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，在时间内，通过导体横截面的自由电子数目为（ ）
A．B．C．D．
【答案】C
【详解】根据电流的微观表达式I=nqvS，在△t时间内通过导体横截面的自由电子的电量
则在△t时间内，通过导体横截面的自由电子的数目为将I=nevS，代入解得
故选C。
【对点检测】
1．现代生活离不开电源，电子表、照相机、手机、计算器及许多电子产品都需要配备各式各样的电源。关于电源，以下说法正确的是（ ）
A．电源的作用是在电源内部把自由电子由负极不断地搬运到正极，从而保持两极之间有稳定的电势差
B．电源内部电流的方向是从低电势一端流向高电势一端
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
【答案】B
【详解】A．电源能把正极上的电子搬运到负极，从而保持两极间稳定的电势差，故A错误；
B．在闭合电路中，电流的方向：电源外部由正极流向负极，电源内部由负极流向正极，则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，内部电流的方向是从低电势一端流向高电势一端，故B正确；
C．有电源和闭合回路才能形成电流，故C错误；
D．电源是提供电能的装置，不再需要外界提供能量，故D错误。故选B。
2．关于电流，以下说法正确的是 ( )
A．通过截面的电荷量多少就是电流的大小
B．电流的方向就是电荷定向移动的方向
C．在导体中，只要自由电荷在运动，就一定会形成电流
D．导体两端没有电压就不能形成电流
【答案】D
【详解】A、电流是单位时间通过导体横截面的电荷量．故A错误；B、C、自由电荷的定向移动形成了电流．金属导体中能自由移动的是自由电子，而电子带负电，所以自由电子定向移动方向与电流方向相反．选项B，C错误；D、电压是使电路形成电流的原因，要想有持续的电流，电路必须闭合，D正确；故选D．
3．关于电流强度，下列说法正确的是（ ）
A．根据可知，I与t一定成正比
B．根据可知，当电流I一定时，q与t成正比
C．因为电流有方向，所以电流是矢量
D．电流强度的单位“安培”是国际单位
【答案】BD
【详解】AB．是电流强度的定义式，与q、t无直接关系；当电流I一定时，q与t成正比；A错误，B正确；
C．因为电流有方向，但不是矢量，C错误；
D．电流强度的单位“安培”是国际单位，D正确；故BD。
4．有关电流的下列说法正确的是（ ）
A．因为电流有方向，因而电流是矢量
B．由知，I与q成正比，与通电时间成反比
C．金属导体里面电流的方向和自由电子定向移动的方向相同
D．单位时间内通过导体横截面的电量越多，导体中的电流越大
【答案】D
【详解】A．电流的方向是电荷移动的方向，但电流这个物理量描述电流的强弱，是标量；故A错误；
B．电流的定义，是比值定义法，电流与电荷量不成正比，与时间不成反比，故B错误；
C．电流的方向为正电荷的定向移动方向，故金属导体里面电流的方向和自由电子定向移动的方向相反，故C错误；
D．根据电流的定义，得q=It，则单位时间内通过导体横截面的电量越多，导体中的电流越大，故D正确。故选D。
5．在一次闪电形成过程中，流动的电荷量约为300c，持续时间约为0.005s，则这次闪电产生的电流大小约为（ ）
A．12×104 AB．9×104 AC．6×104 AD．3×104 A
【答案】C
【详解】根据电流的定义式得：电流，故C正确，ABD错误．故选C．
6．有一条横截面积为S的铜导线，通过的电流为I．已知铜的密度为ρ，摩尔质量为M，阿伏伽德罗常数为NA，电子的电荷量为e．若认为导线中每个铜原子贡献一个自由电子，则铜导线中自由电子定向移动的速率可表示为
A．B．C．D．
【答案】A
【详解】设铜导线中自由电子定向移动的速率为v，导线中自由电子从一端定向移到另一端所用时间为，则导线的长度为，体积为，质量为，这段导线中自由电子的数目为，在时间内这些电子都能通过下一截面，则电流，代入解得，，解得电子定向移动的速率：，故A正确
7．如图所示，电解池内有一价的电解液，ts内通过溶液内截面S的正离子数是，负离子数是，设元电荷为e，则以下解释中正确的是
A．正离子定向移动形成的电流方向是从，负离子定向移动形成的电流方向是
B．溶液内正、负离子向相反方向移动，电流方向相同
C．溶液内电流方向从A到B，电流
D．溶液中电流方向从A到B，电流
【答案】BD
【详解】AB．电荷的定向移动形成电流，正电荷的定向移动方向是电流方向，由图示可知，溶液中的正离子从A向B运动，负离子从B到A，因此电流方向是A→B，故A错误B正确；
CD．溶液中的正离子从A向B运动，因此电流方向是A→B，电流故C错误D正确．
8．如图所示，两段长度和材料相同、各自粗细均匀的金属导线a、b，单位体积内的自由电子数相等，横截面积之比为。已知5s内有个自由电子通过导线a的横截面，则（ ）
A．流经导线a的电流为0.16A
B．流经导线b的电流为0.32A
C．5s内有个自由电子通过导线b的横截面
D．自由电子在导线a和b中移动的速率之比
【答案】AD
【详解】A．流过导线a的电流为故A正确；
B．因a、b串联，通过的电流相等，所以流过导线b的电流为0.16A，故B错误；
C．因a、b串联，所以通过两导线的电量相等，即5s内有个自由电子通过导线b的横截面，故C错误；
D．由知当其它条件相同，自由电子的移动速率与截面积成反比，则有故D正确。
故选AD。
从电荷转移
的角度看
使电路中的自由电荷持续地定向移动
从能量转化
的角度看
搬运电荷的过程是非静电力做功的过程,从而将其他形式的能转化为电能
项目
I=
I=nqSv
公式性质
定义式
决定式
电流的意义
时间t内的平均
电流
某时刻的瞬时电流
描述的角度
大量电荷定向移
动的宏观表现
形成电流的微观实质
联系
由I=可导出I=nqSv