新教材 高中物理 必修三 11.1电源和电流 课件+教案+练习(含答案)

11.1 电源和电流

Ⅰ. 基础达标

一、单选题： 

1.关于电流，下列说法正确的是(　　)

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

【解析】　根据电流的概念，电流是单位时间内通过截面的电荷量，知A项错．规定正电荷移动的方向为电流方向，知B项错．自由电荷持续的定向移动才会形成电流，C错，D对．

【答案】　D

2.以下说法正确的是(　　)

A．只要有可以自由移动的电荷，就存在持续电流

B．金属导体内的持续电流是自由电子在导体内的电场作用下形成的

C．电流的传导速率就是导体内自由电子的定向移动速率

D．在金属导体内当自由电子定向移动时，它们的热运动就消失了

答案　B

解析　要有持续电流必须有电压，A错误；金属导体中形成持续电流的原因是在导体两端加上电压，于是在导体内形成了电场，导体内的自由电子在电场力作用下定向移动形成电流，B正确；电流的传导速率等于光速，电子定向移动的速率很小，C错误；在形成电流时电子定向移动，并不是热运动就消失了，其实电子仍然做无规则的热运动，D错误．

3.某电解池，如果在1 s内共有5×1018个二价正离子和1.0×1019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   B．0.8 A

C．1.6 A   D．3.2 A

【解析】　由于电解液中，是正、负两种离子的定向移动形成电流，故1 s内流过某截面的电荷量为正、负离子所带电荷量的代数和即q＝(5×1018×2＋1.0×1019)×1.6×10－19 C＝3.2 C，故通过这个截面的电流为I＝＝ A＝3.2 A.

【答案】　D

4．有甲、乙两导体，甲的横截面积是乙的2倍，而单位时间内通过乙导体横截面的电荷量是甲的2倍，以下说法正确的是(　　)

A．通过甲、乙两导体的电流相同

B．通过乙导体的电流是甲导体的2倍

C．乙导体中自由电荷定向移动的速率是甲导体的2倍

D．甲、乙两导体中自由电荷定向移动的速率相等

答案　B

解析　由于单位时间内通过乙导体横截面的电荷量是甲的2倍，因此通过乙导体的电流是甲导体的2倍，故A错，B对．由于I＝nqSv，所以v＝，由于不知道甲、乙两导体的性质(n、q不知道)，所以无法判断v，故C、D错.

5.北京正负电子对撞机的储存环是周长为240 m的近似圆形轨道．当环中电子以光速的流动而形成10 mA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e＝1.6×10－19 C)(　　)

A．5×1010个   B．5×1011个

C．1×102个   D．1×104个

答案　B

解析　电子运动一周所需要的时间：

t＝ s＝8×10－6 s

在圆形轨道上任取一横截面，则在t时间内通过该横截面的电荷量为：

q＝It＝10×10－3×8×10－6 C＝8×10－8 C

环中运行的电子数目N＝＝个＝5×1011个．

6.如图所示，将左边的铜导线和右边的铝导线连接起来，已知截面积S铝＝2S铜．在铜导线上取一横截面A，在铝导线上取一横截面B，若在1 s 内垂直地通过它们的电子数相等，那么通过这两个横截面的电流的大小关系是(　　)

A．IA＝IB   B．IA＝2IB

C．IB＝2IA   D．不能确定

答案　A

解析　这个题目中有很多干扰项，例如两个横截面的面积不相等、导线的组成材料不同等．但解题关键是通过两横截面的电子数在单位时间内相等，根据I＝可知电流相等．

7.一段粗细均匀的金属导体的横截面积是S，导体单位长度内的自由电子数为n，金属内的自由电子的电荷量为e，自由电子做无规则热运动的速度为v0，导体中通过的电流为I.则下列说法中正确的是(　　)

A．自由电子定向移动的速率为v0

B．自由电子定向移动的速率为v＝

C．自由电子定向移动的速率为真空中的光速c

D．自由电子定向移动的速率为v＝

答案　D

解析　t时间内通过导体横截面的电荷量q＝nvte，则I＝＝nve，v为自由电子定向移动的速率，由此可得v＝，选项D正确．

8.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．已知电子的电荷量为e、质量为m，则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是(　　)

A.        B.          C.        D.

【解析】　设单位体积内电子数为n，对电子加速过程应用动能定理：eU＝mv2

所以电子刚出电场时定向移动速度v＝

由电流的微观表达式I＝nSqv得：n＝＝ ，

Δl内的电子数为：N＝n·ΔlS＝，故B正确．

【答案】　B

二、多选题

9.关于电流的方向，下列说法中正确的是(　　)

A．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

B．电源内部，电流的方向是从高电势一端流向低电势一端

C．电子运动形成的等效电流方向与电子运动方向相同

D．电容器充电时，电流从负极板流出，流入正极板

【解析】　在电源的外部电路中，电流从电源正极流向负极，在电源的内部，电流从负极流向正极，电源正极电势高于负极电势，所以A正确，B错误．电子带负电，电子运动形成的电流方向与电子运动的方向相反，C错误．电容器充电时，电子流入负极板，所以电流从负极板流出，流入正极板，D正确．

【答案】　AD

10．一横截面积为S的铜导线，流经其中的电流为I，设单位体积的导线中有n个自由电子，电子的电荷量为q.此时电子的定向移动速度为v，在t时间内，通过铜导线横截面的自由电子数目可表示为(　　)

A．nvSt   B．nvt

C．It/q   D．It/Sq

【解析】　在t时间内，通过铜导线横截面的电荷量为It，通过铜导线横截面的自由电子数目可表示为N＝It/q，故C正确，D错误；把I＝nqSv代入N＝It/q可得N＝nvSt，故A正确，B错误．

【答案】　AC

11．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

【解析】　截取圆环的任一截面S，则在橡胶环运动一周期的时间内通过这个截面的电荷量为Q，即I＝＝＝＝，由上式可知A、B正确．

【答案】　AB

三、非选择题

12.已知电子的电荷量为e，质量为m，氢原子的电子在氢原子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】　截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＝＝.

再由库仑力提供向心力有：k＝m·r得T＝ ，解得I＝ .

【答案】　

13.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荷量为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＝得d＝＝ m＝1 000 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＝＝ A＝5×104 A.

【答案】　(1)1 000 m　(2)1.5×1012 J　(3)5×104 A

Ⅱ. 能力提升

14.一横截面积为S的铜导线通有恒定电流。设每单位体积的导线中有n个自由电子，每个自由电子的电荷量为q，此时电子定向移动的速率为v，则在时间内，通过导体横截面的自由电子数目可表示为     

A.  B.  C.  D.

【答案】A

【解析】

根据电流的微观表达式，求出在时间内通过导体横截面的自由电子的电量，每个电子的电量为q，再确定通过导体横截面的自由电子的数目。

本题考查电流的微观表达式和定义式综合应用的能力，电流的微观表达式，是联系宏观与微观的桥梁，常常用到。

【解答】

根据电流的微观表达式，在时间内通过导体横截面的自由电子的电量，

则在时间内，通过导体横截面的自由电子的数目为，将代入得，A正确，BCD错误。

故选A。

15.某兴趣小组调查一条河流的水质情况，通过计算结果表明，被污染的河里一分钟内有相当于的正离子和的负离子向下游流去，则取样时这条河流的等效电流大小和方向分别是

A. 顺流而下 B. 顺流而下

C. 逆流而上 D. 逆流而上

【答案】D

【解析】解析：在内通过横截面的总电荷量应为，所以电流，方向与河水的流动方向相反，即电流的方向为逆流而上，选项ABC错误，选项D正确故选D选项。
分析：本题考查电流的定义，难度不大；知q的求法是解题关键所在。

16.如图所示的电解槽接入电路后，在t时间内有个1价正离子通过溶液内截面S，有个1价负离子通过溶液内截面S，设e为元电荷，以下说法正确的是       

A. 当时电流为零

B. 当时，电流方向从，电流

C. 当时，电流方向从，电流

D. 电流方向从，电流

【答案】D

【解析】

本题考查电解质中电流的计算方法，要注意同时有正负电荷参与时，总电量等于正负电荷电量绝对值的和。

【解答】

在电解液通电时，定向移动的电荷有正离子和负离子，它们同时向相反方向移动形成电流，电流方向与正离子移动方向相同，所以，电流应该是，电流方向应是从。

故选：D。