高中物理第1章电场直流电路第二节电源同步训练新人教版选修2_1

第二节电源
同步训练
一．选择题
1．重离子肿瘤治疗装置中的回旋加速器可发射+5价重离子束，其束流强度为1.2×10﹣5A，则在1s内发射的重离子个数为（e=1.6×10﹣19C）（）
A．3.0×1012B．1.5×1013C．7.5×1013D．3.75×1014
答案：B
解析：
解答： 1s内发射的重离子的电荷量为Q=It=1.2×10﹣5C．每个重离子的电荷量为5e，则通
过的重离子数为
5
13
19
1.210
1.510
55 1.610
Q
n
e
-
-
⨯
===⨯
⨯⨯
（个）
故选：B．
分析：已知电流的多少和通电时间，根据公式Q=It求出电荷，再由Q=n•5e求出离子数目．2．某根导线中的电流为1.6A，则在0.5s内通过这根导线某一横截面的电量为（）A．0.8C B．1.2C C．0.8K D．1.2K
答案：A
解析：
解答：电流为1.6A，时间为0.5s；故电量q=It=1.6×0.5=0.8C；
故选：A．
分析：已知电流的大小和通电时间，根据公式q=It可求导体中的电量．
3．如图所示，直线Ⅰ、Ⅱ分别是电源1与电源2的路端电压随输出电流的变化的特性图线，曲线Ⅲ是一个小灯泡的伏安特性曲线，如果把该小灯泡分别与电源1、电源2单独连接，则下列说法不正确的是（）
A．电源1与电源2的内阻之比是11：7
B．电源1与电源2的电动势之比是1：1
C．在这两种连接状态下，小灯泡消耗的功率之比是1：2
D．在这两种连接状态下，小灯泡的电阻之比是1：2
答案：D
解析：
解答： A 、根据电源U ﹣I 图线，121010,711r r =
Ω=Ω，则r 1：r 2=11：7，故A 正确． B 、E 1=E 2=10V ，故B 正确
C 、
D 、灯泡伏安特性曲线与电源外特性曲线的交点即为灯泡与电源连接时的工作状态 则U 1=3v ，I 1=5A ，P 1=15W ，135
R =Ω U 2=5V ，I 2=6A ，P 2=30W ，256
R =Ω P 1：P 2=1：2，R 1：R 2=18：25故C 正确，D 错误
故选D
分析：根据电源的外特性曲线U ﹣I 图线，可求出电动势和内阻；根据灯泡伏安特性曲线与电源外特性曲线交点确定灯泡与电源连接时工作电压与电流，即可求出功率与灯泡电阻．
4．一节干电池的电动势为1.5V ，表示该电池（ ）
A ． 一定有1.5J 的化学能转变成电能
B ． 在工作状态下两极间的电压恒定为1.5V
C ． 比电动势为1.2V 的电池存储的电能多
D ． 将1C 电量由负极输送到正极过程中，非静电力做了1.5J 的功
答案：D
解析：
解答： A 、D 、电源电动势的大小表征了电源把其它形式的能转化为电能的本领大小，电动势在数值上等于将1C 电量的正电荷从电源的负极移到正极过程中非静电力做的功，即一节干电池的电动势为1.5V ，表示该电池能将1C 电量的正电荷由负极移送到正极的过程中，非静电力做了1.5J 的功，故D 正确，A 错误；
B 、工作状态时两极间的电压为路端电压，小于电源的电动势；故B 错误；
C 、电动势大的说明电源把其它形式的能转化为电能的本领大，但电动势大的存储的电能不一定多，故C 错误．
故选：D ．
分析：电源是一种把其它形式的能转化为电能的装置，电动势E 的大小等于非静电力做的功与电量的比值，即W E q
=
非，其大小表示电源把其它形式的能转化为电能本领大小，而与转化能量多少无关．
5．如果闭合电路中电源的电动势为12V，外电压为10V，当有0.5C电量通过电路时，下列结论正确的是（）
A．在电源内部，非静电力将5J的其它形式的能转化为电能
B．在电源内部，静电力将6J的其它形式的能转化为电能
C．在电源外部，静电力将5J的电能转化为其它形式的能
D．在电源外部，静电力将6J的电能转化为其它形式的能
答案：C
解析：
解答：在电源内部，根据公式：W=qE=0.5×12=6J，非静电力将6J的其它形式的能转化为电能．故A、B都错误．
在电源外部，根据公式：W=qU=0.5×10=5J，静电力将5J的电能转化为其它形式的能．故C 正确，D错误．
故选C．
分析：在电源的内部非静电力做功将其它形式的能转化为电能，在电源的外部，静电力做功将电能转化为其它形式的能．
6．硅光电池作为电源已广泛应用于人造卫星、灯塔和无人气象站等，高速公路上安装的“电子眼”通常也采用硅光电池供电．硅光电池的原理如图所示，a、b是硅光电池的两个电极，P、N是两块硅半导体，E区是两块半导体自发形成的匀强电场区，P的上表面镀有一层增透膜．光照射到半导体P上，使P内受原子束缚的电子成为自由电子，自由电子经E区电场加速到达半导体N，从而产生电动势，形成电流．以下说法中正确的是（）
A．E区匀强电场的方向由N指向P
B．电源内部的电流方向由P指向N
C．a电极为电池的负极
D．硅光电池是一种把化学能转化为电能的装置
答案：A
解析：
解答： A、根据题意，E区电场能使P逸出的自由电子向N运动，因负电荷受到的电场力与电场方向相反，所以电场方向由N指向P，由于电流的方向与负电荷的运动方向相反，所以电源内部的电流方向由N指向P，A正确、B错误；
C、根据以上对电流方向的分析可知，a为电源正极，该电池是将光能转化为电能的装置，C、D错误．
故选：A
分析：根据负电荷的电场力从而确定电场强度的方向，由电流的方向与负电荷的运动方向相反，可确定电源的内部电流方向．
7．如图，关于闭合电路，下列说法正确的是（）
A．电荷在电源外部受静电力作用而运动，在电源内部受非静电力作用而运动
B．图中a、b两薄层之间所夹的区域是非静电力做功的区域
C．电压和电动势这两个概念包含的能量转化方向相反
D．静电力和非静电力都使电荷做定向运动，对循环回路来说两者使电荷沿电路运动的方向相反
答案：C
解析：
解答：
AB、电源在其内部的a、b两个区域依靠非静电力做功，将其他形式的内转化为电能，在中间区域仍然是静电力做功；在外部是静电力做电荷做功，故A错误，B错误．
C、电动势表征电源将其他形式的能转化为电能的能力，而电压表征电能转化为其他形式的能的能力，故C正确；
D、在闭合电路中，在电源的外电路中，静电力使正电荷从电源正极移到负极，使电荷发生定向移动；在电源内部，非静电力将电荷从电源负极搬到正极，使电荷发生定向移动，从而移动闭合电流，可见静电力和非静电力都使电荷做定向运动，对循环回路来说两者使电荷沿电路运动的方向相同，故D错误．
故选：C．
分析：电源在其内部的a、b两个区域依靠非静电力做功，将其他形式的内转化为电能，在中间区域仍然是静电力做功；而电压的概念则是电能转化为其他形式的能；
在电源的外电路中，静电力使正电荷从电源正极移到负极，在电源内部，非静电力将电荷从电源负极搬到正极．
8．关于电源和电动势，下列说法不正确的是（）
A．电源是把其他形式的能转化为电能的装置，这种转化是通过非静电力做功来实现的B．电源的电动势高，表明该电源把其他能转化为电能的本领强，反之表明该电源把其他能转化为电能的本领弱
C．电源电动势，是由电源本身的性质决定的，与电源是否接入电路，与电路的工作状态无关
D．电源的电动势和一段电路两端电压可以有相同的大小和单位，两者的物理含义完全相同答案：D
解析：
解答： A、电源是把其他形式的能转化为电能的装置，这种转化是通过非静电力做功来实现的；故A正确；
B、电动势反映电源将其他形式的能志化为电能的本领；电动势高，表明该电源把其他能转化为电能的本领强，反之表明该电源把其他能转化为电能的本领弱；故B正确；
C、电源电动势，是由电源本身的性质决定的，与电源是否接入电路，与电路的工作状态无关；故C正确；
D、电动势和电压具有相同的单位，但是其物理意义不同；故D错误；
本题选错误的；故选：D．
分析：电源的电动势的物理意义是表示电源把其他形式的能转化为电能的本领大小，其大小等于电源没有接入电路时电源两极间的电压；电动势与外电路无关
9．关于电流，下列说法中正确的是（）
A．通过导线截面的电量越多，电流越大
B．因为电流有方向，所以电流是矢量
C．单位时间内通过导体截面的电量越多，导体中的电流越大
D．导体中有电荷运动就有电流
答案：C
解析：
解答：电流的定义为电量与时间的比值，即为单位时间内通过的电量，是由电量与时间共同决定的，电量多电流不一定大故A错误，
但如果是单位时间内通过截面的电量多，则电流大，故C正确，
一个量有方向并不能定义为矢量，矢量的运算必须遵循平行四边形定则，电流有方向但不符合矢量合成法则不是矢量，B错误，
电荷的定向移动形成电流，若不是定向移动则不是电流，故D错误．
故选 C
分析：对于电流的定义要明确是电荷的定向移动形成电流，其大小由是电量与时间的比值，电流有方向但因其运算不遵循矢量合成法测故不是矢量．
10．如图所示，是测定两个电源的电动势和内电阻的实验中得到的电流和路端电压图线，则下列说法不正确的是（）
A．当I1=I2时，电源总功率P1=P2
B．当I1=I2时，外电阻R1=R2
C．当U1=U2时，电源输出功率P出1＜P出2
D．当U1=U2时，电源内部消耗的电功率P内1＜P内2
答案：B
解析：
解答： A、由图可知，两电源的电动势E相等．由电源的总功率P=EI得知，当I1=I2时，电源总功率P1=P2．故A正确．
B、由图可知，图线1的斜率大于图线2的斜率，则电源的内阻r1＞r2，当I1=I2时，由闭合电路欧姆定律可知，R1＜R2．故B错误．
C、电源的输出功率P出=U I，当U1=U2时，由图读出I1＜I2，则P出1＜P出2．故C正确．
D、当U1=U2时，由于E1=E2，由闭合电路欧姆定律可知：内电压相等．由图知电流I1＜I2，由公式P=UI知：P内1＜P内2．故D正确．
故选：B
分析：根据闭合电路欧姆定律分析可知，图线与纵轴交点坐标表示电动势，电源的总功率P=EI，根据这两点分析电源总功率的关系．图线的斜率表示电源内阻的大小，当电流I1=I2
时，由欧姆定律比较外电阻的大小．电源的输出功率P出=UI，当U1=U2时，由图读出电流大小，再比较输出功率的大小．电源内部消耗的功率P内=I2r．当U1=U2时，电流I1＜I2，而电源的内阻r1＞r2，无法比较内部消耗功率的大小．
11．下列关于电动势的说法正确的是（）
A．电源的电动势跟电源内非静电力做的功成正比，跟通过的电荷量成反比
B．
W
E
q
=只是电动势的定义式而非决定式，电动势的大小是由电源内非静电力的特性决
定的
C．非静电力做的功越多，电动势就越大
D．电动势的单位跟电压的单位一致，所以电动势就是两极间的电压答案：B
解析：
解答： A、电源内部非静电力把正电荷从电源负极移送到正极，根据电动势的定义式
W E
q =
可知，电动势等于非静电力把单位正电荷从电源负极移送到正极所做的功．属于比值定义，电动势E与W、q及体积和外电路无关，由电源内非静电力的特性决定．故A错误，B正确；
C、非静电力做功的多少与时间有关，电动势很小，若时间很长也可以做功很多；故C错误；
D、电动势和电压虽然单位相同，但是二者具有不同的性质，不能说电动势就是电压；故D 错误；
故选：B．
分析：根据电动势的定义式
W
E
q
=可知，非静电力把单位正电荷从电源负极移送到正极所
做的功等于电源的电动势．电动势是反映电源把其他形式的能转化为电能本领强弱的物理量．电动势等于电源没有接入电路时两极间的电压．
12．关于电动势，下列说法中正确的是（）
A．在闭合电路中，电源电动势等于电源正负极之间的电势差
B．电源电动势总等于内、外电路上的电压之和，所以它的数值与外电路的组成有关C．用电压表（理想电压表）直接测量电源两极得到的电压数值就等于电源电动势的值D．电动势越大，说明非静电力在电源内部从负极向正极移送单位电量的正电荷时，做功越少
解析：
解答：A 、电源电动势等于内外电压之和，外电路断开时，电动势等于正负极之间的电势差，当外电路接通时，电动势大于正负极之间的电势差．故A 错误．
B 、电动势由电源本身决定，与外电路结构无关．故B 错误；
C 、当电源与电路断开时；用电压表（理想电压表）直接测量电源两极得到的电压数值就等于电源电动势的值；故C 正确；
D 、根据W
E q
=可得，电动势等于非静电力在电源内部把正电荷从负极向正极移动单位电荷量所做的功，故电动势越大，这种功越多，故D 错误．
故选：C
分析：电源的电动势反映电源本身的特性，由电源本身决定，等于内外电压之和，与外电路结构无关；电动势大小，反映非静电力在电源内部从负极向正极移动单位电荷量做功的多少，根据这些知识可以正误．
13．一条导线中的电流为1.6A ，则在2s 内通过这条导线某一横截面的电子数为（已知元电荷e =1.6×10
﹣19C ，q I t =）（ ） A ． 3.2
B ． 2
C ． 1019
D ． 2×1019 答案：D
解析：
解答：已知 I =1.6A ，t =2s ，则由q I t
=可得： q =It =1.6×2 C=3.2C； 则电子数为：1919
3.22101.610q n e -=
==⨯⨯个； 故选：D ．
分析：已知电流的多少和通电时间，根据公式q=It 求出电荷，再由q=ne 求出电子数目．
14．下列关于电源电动势的说法中，正确的是（ ）
A ． 在某电池的电路中每通过2C 的电量，电池提供的电能是4J ，那么这处电池的电动势是0.5V
B ． 电源的路端电压增大时，其电源电动势一定也增大
C ． 无论内电压和外电压如何变化，其电源电动势一定不变
D ． 电源的电动势越大，电源所能提供的电能就越多
解析：
解答： A、电路中通过q=2C的电荷量，电池提供的电能W=4J，根据电动势的定义式
W E
q =
得电动势E=2V．故A错误．
B、电动势表征电源本身的特性，与外电路无关，当电源的路端电压增大时，其电源电动势不变．故B错误．
C、电动势由电源本身决定，当内电压和外电压变化时，电源电动势保持不变．故C正确．
D、电动势越大，电源将单位正电荷负极移到正极提供的电能越多．故D错误．
故选：C
分析：电路中每通过2C的电荷量，电池提供的电能是4J，根据电动势的定义式
W
E
q
=求
出电动势．电动势表征电源本身的特性，与外电路无关，对于给定的电源，电动势一定．电动势越大，电源将单位正电荷负极移到正极提供的电能越多．
15．铅蓄电池的电动势为2V，这表示（）
A．电路中通过1C的电量，电源把2J的化学能转化为电能
B．把化学能转化为电能的本领比一节干电池小
C．电源两极间的电压为2V
D．电源内电压为2V
答案：A
解析：
解答： A、铅蓄电池的电动势为2V，表示非静电力将单位正电荷从电源的负极通过电源内部移送到正极时所做的功为2J，即2J化学能转化为电能，故A正确；
B、电源的电动势是表示电源将其它形式的能转化为电能的本领，铅蓄电池的电动势比一节干电池的电动势大，故B错误；
C、电源两极间电压，当电源不接入电路时，等于电源的电动势；当接入电路时，小于电源的电动势，故C错误；
D、电源内电压是内电阻对应的电压，不一定是2V，故D错误；
故选：A．
分析：电动势是一个表征电源特征的物理量．定义电源的电动势是电源将其它形式的能转化为电能的本领，在数值上，等于非静电力将单位正电荷从电源的负极通过电源内部移送到正
极时所做的功．它是能够克服导体电阻对电流的阻力，使电荷在闭合的导体回路中流动的一种作用．常用符号E （有时也可用ε）表示，单位是伏（V ）．
二．填空题
16．电压恒定的电源与一根玻璃管中的水银柱组成电路，水银柱中通过的电流为0.1A ．今将这些水银倒进另一根玻璃管中，管的内径是原管的2倍，重新与该电源组成电路，则流过水银柱的电流为 A ．
答案：1.6
解析：
解答：当将全部水银倒入另一个内径大一倍的U 形玻璃管B 中时，
根据S =πr 2可知，横截面积变为原来的4倍，根据V =Sh 可知，长度变为原来的
14 导体的电阻的大小与材料、长度、横截面积和温度有关，电阻变为原来的
116 电源的电压不变，根据欧姆定律可得10.116A R I R ⨯=⨯
， 解得：I=1.6A ．
故答案为：1.6
分析：①导体的电阻的大小与材料、长度、横截面积和温度有关，在材料和温度不变时，导体越长、横截面积越小电阻越大，反之越小；
②因电源的电压不变，根据欧姆定律表示出两种情况下电源的电压，利用电源的电压不变得出等式即可求出答案．
17．手电筒中标有“2.0V，0.80W”字样的小灯泡正常发光时，通过的电流是 A ；1分钟内通过导体横截面的电子数为 个．（已知e =1.6×10
﹣19C ） 答案：0.40|1.5×1020
解析：
解答：由题可知小灯泡电压U =2.0V ，功率P =0.8W
由P =UI 得，0.800.42
P I A U ===； 每分钟通过导体横截面电子的电量q =It ，所以1分钟内通过导体横截面的电子数20190.460 1.5101.610
q n e -⨯===⨯⨯个； 故答案为：0.40；1.5×1020
分析：小灯泡在额定电压下时正常发光，功率为额定功率．由额定功率与额定电压求出电流．每个电子的电量为e ，求出每分钟通过导体横截面电子的电量，再求出电子的个数．
18．在10s 内通过导体某一横截面的电量为16C ，则通过该导体的电流大小是
A ．10s 内通过这个截面的电子有 个（电子的电荷量为1.6×10
﹣19C ）
答案：1.6|1020
解析： 解答：电流大小为：16 1.610
q I A e =
==； 流过的电子数为：201916101.610q n e -===⨯； 故答案为：1.6；1020
分析：由电流的定义可求得电流值，再由欧姆定律可求得导体两端的电压；由元电荷可求得电子数．
19．在金属导体中，若10s 内通过横截面的电荷量为10C ，则导体中的电流为I=
A ．某电解槽横截面积为0.5m 2，若10s 内沿相反方向通过横截面的正负离子的电荷量均为10C ，则电解液中的电流为I = A ．
答案：1|2
解析：
解答：根据电流强度的定义式可得 10110
q I A t ===， 所以导体中的电流I 为1A ．
10s 通过电解槽横截面积的电荷量绝对值之和Q =10C+10C=20C ， 所以电解液中的电流为20210Q I A t =
==． 故答案为：1，2 分析：已知时间和通过通过横截面的电荷量，由公式q I t
=求电流． 在电解槽中，通过某一个横截面的电荷量是正负电荷电荷量绝对值的总和，由此再根据q I t
=求电流． 20．某电池电动势为1.5V ，如果不考虑它内部的电阻，当把它的两极与150Ω的电阻连在一起时，16s 内有 C 的电荷定向移动通过电阻的横截面，相当于 个电子通过该截面．
答案：0.16|1.0×1018
解析： 解答：根据闭合电路欧姆定律得， 1.50.01150
E I A A R ===
通过的电量 q =It =16×0.01C=0.16C 相当于电子的数目18190.161101.610
q n e -===⨯⨯ 故答案为：0.16，1.0×1018． 分析：根据闭合电路欧姆定律E I R =
，求出电流I ，再根据q =It 求出多少电荷发生定向移动．根据q n e
=求出电子的数量． 21．在金属导体中，若10s 内通过横截面的电荷量为10C ，则导体中的电流为I= A ． 答案：1
解析： 解答：根据电流强度的定义式可得：10110Q I A A t =
==， 所以导体中的电流为1A ．
故答案为：1 分析：根据电流强度的定义Q I t =
，可以直接计算出电流的大小； 三．解答题
22．导线中的电流是10﹣8A ，导线的横截面积为1mm 2．
（1）在1s 内，有多少个电子通过导线的横截面？（电子电荷量e=1.6×10﹣19C ）
答案：1s 内，通过导体横截面的电子：81019101 6.25101.610
q It n e e --⨯====⨯⨯个 （2）自由电子的平均移动速率是多大？（设导线每立方米内有8.5×1028
个自由电子） 答案：据公式I =nqSv 得：8
1328196107.4108.510 1.610110
v ----==⨯⨯⨯⨯⨯⨯ （3）自由电子沿导线移动1m ，平均要多长时间？
答案：据s =vt 得以这样的速率沿导线传播1m 需用时为：12131 1.4107.410
t s -=
=⨯⨯ 解析： 解答：①1s 内，通过导体横截面的电子：81019101 6.25101.610
q It n e e --⨯====⨯⨯个 ②据公式I =nqSv 得：8
1328196107.4108.510 1.610110
v ----==⨯⨯⨯⨯⨯⨯ ③据s =vt 得以这样的速率沿导线传播1m 需用时为：12131 1.4107.410
t s -==⨯⨯
分析：利用
q
I
t
=和
q
n
e
=求通过的电子；利用I=nqSv和S=πr2求平均移动速率；利用
s=vt的变形式求需要的时间．
23．测定电源的电动势和内电阻的实验U﹣I图象如图：
（1）由此可知这个干电池的电动势E= V
答案：1.5
（2）内电阻r= Ω．
答案： 1
解析：
解答：根据闭合电路欧姆定律U=E﹣Ir，可知：当I=0时U=E，即电源的U﹣I图象纵截距表示电源的电动势，斜率的绝对值表示内阻，所以可得：
电动势E=1.5V，电源内阻为：
1.5 1.1
1.0
0.4
U
r
I
∆-
==Ω=Ω∆
；
故答案为：1.5；1
分析：电源的U﹣I图象与纵轴交点坐标值是电源的电动势，图象斜率的绝对值是电源的内阻．
24．有一条横截面积S=1mm2的铜导线，通过的电流I=1A，已知铜的密度ρ=8.9×103kg/m3，铜的摩尔质量M=6.4×10﹣2kg/mol，阿伏加德罗常数N A=6.02×1023mol﹣1，电子的电量e=﹣1.6×10﹣19C，求铜导线中自由电子定向移动的速率．可认为铜导线中平均每个铜原子贡献一个自由电子．
答案：设铜导线长为L
则体积为LS
质量m=LSρ
摩尔数
m
n
M =；
总的自由电子数为nN A 电荷量为q=nN A e
全部通过该铜线截面时间为L t v =
则A A nN ev s N ev q I t L M ρ=
==； 即A MI v s N e
ρ= 代入数据知 V=3.73×10﹣5m/s
解析：
解答：设铜导线长为L
则体积为LS
质量m =LS ρ 摩尔数m n M
=； 总的自由电子数为nN A
电荷量为q =nN A e 全部通过该铜线截面时间为L t v =
则A A nN ev s N ev q I t L M ρ=
==； 即A MI v s N e
ρ= 代入数据知 V=3.73×10﹣5m/s
答：铜导线中自由电子定向移动的速率为3.73×10﹣5
m/s ．
分析：可设自由电子定向移动的速率为v 和导线中自由电子从一端定向移到另一端所用时间为t ，求出导线中自由电子的数目，根据电流的定义式推导出电流的微观表达式，再解得自由电子定向移动的速率．自由电子的数目等于摩尔数与阿弗加德罗常数的乘积，摩尔数等于质量除以摩尔质量．
25．电动势为1.2V 的计算器电池，若在电路中用1.2s 时间移送2C 的电荷量，则
（1）电源把多少焦耳的其他形式的能转化为电能？
答案：W =Eq =1.2×2=2.4J
（2）非静电力做功的功率多大？
答案：非静电力做功的功率： 2.421.2W P W t === 解析：
解答：（1）根据电功的公式：W=Eq=1.2×2=2.4J（2）非静电力做功的功率：
2.4
2
1.2
W
P W
t
===
分析：根据电功的公式即可求出电源把多少焦耳的其他形式的能转化为电能；非静电力做功
的功率：
W P
t =。