2020新教材高中物理第十一章电路及其应用1电源和电流课堂检测含解析新人教版必修第三册

电源和电流
1.(多选)关于电流的方向,下列说法正确的是 ( )
A.在金属导体中,电流的方向是自由电子定向移动的方向
B.在电解液中,电流的方向为负离子定向移动的方向
C.无论在何种导体中,电流的方向都与负电荷定向移动的方向相反
D.在电解液中,虽然正负电荷定向移动都会形成电流,但是电流方向只有一个
【解析】选C、D。

金属导电靠的是自由电子,由于自由电子带负电,它的定向移动方向与电流方向相反,故A项错误;在电解液中,电流的方向与负离子定向移动的方向相反,而与正离子定向移动的方向相同,故B项错误;无论在何种导体中,电流的方向都与负电荷定向移动的方向相反,故C项正确;在电解液中,虽然正负电荷定向移动都会形成电流,但是电流方向只有一个,只与正电荷运动方向相同,故D项正确。

【补偿训练】
(多选)(2019·许昌高二检测)关于电流,下列说法中正确的是( )
A.通过导体截面的电荷量越多,电流越大
B.电路中电流大小与通过横截面电荷量q成正比,与时间t成反比
C.单位时间内通过导线横截面的电荷量越多,导体中的电流就越大
D.金属导体内的持续电流是自由电子在导体内的电场力作用下形成的
【解析】选C、D。

根据电流的定义式I=,可知单位时间内通过导体某一横截面的电荷量越多,导体中的电流就越大,而通过导体某一横截面的电荷量越多,电流不一定越多,还与时间有关,故A项错误,C项正确;公式I=是电流强度的定义式,是q与时间t的比值,不能说电流大小与通过横截面电荷量q成正比,与时间t 成反比,故B项错误;由电流的条件可知,金属导体内的持续电流是自由电子在导体内的电场力作用下形成的,故D项正确。

2.(多选)通常一次闪电过程历时0.2～0.3 s,它由若干个相继发生的闪击构成。

每个闪击持续时间仅40～80 μs,电荷转移主要发生在第一个闪击过程中。

在某一次闪电前云地之间的电势差约为1.0×109 V,云地间距离约为1 km;第一个闪击过程中云地间转移的电荷量约为6 C,闪击持续时间约为60 μs。

假定闪电前云地间的电场是均匀的。

根据以上数据,下列判断正确的是 ( )
A.闪电电流的瞬时值可达到1×105 A
B.整个闪电过程的平均功率约为1×1014 W
C.闪电前云地间的电场强度约为1×106 V/m
D.整个闪电过程向外释放的能量约为6×106 J
【解析】选A、C。

由题干知一次闪电由若干个相继发生的闪击构成,电荷转移主要发生在第一个闪击过程中,闪电过程向外释放的能量约为W=QU=6.0×109 J,D项错误;一次闪电过程历时0.2～0.3 s,整个闪电过程的平均功率P=2.0×
1010 W～3.0×1010 W,B项错误;依据I=,q=6 C,t=60 μs,知电流瞬时值可达1×105 A,A项正确;由于闪电前云地间的电场可看作匀强电场,则根据E=,
U=1.0×109 V,d=1 000 m,可得E=1.0×106 V/m,C项正确。

【补偿训练】
一台半导体收音机,电池供电的电流是8 mA,也就是说( )
A.1 h电池供给1 C的电量
B.1 000 s电池供给8 C的电量
C.1 s电池供给8 C的电量
D.1 min电池供给8 C的电量
【解析】选B。

电池供电的电流I=8 mA,若电量q=1 C,则由电流的定义式I=,得到时间t=125 s;若电量q=8 C,则时间t=1 000 s,故A、C、D项错误,B项正确。

3.某兴趣小组调查一条河流的水质情况,计算结果表明,被污染的河里一分钟内有相当于6 C的正离子和9 C 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.0.25 A 顺流而下
B.0.05 A 顺流而下
C.0.25 A 逆流而上
D.0.05 A 逆流而上
【解析】选D。

若正负离子移动方向相反,则通过横截面的总电荷量是两种离子电荷量绝对值之和,若正负离子向着同一个方向流动,则通过横截面的总电荷量等于正负离子的电荷量的代数和,所以在1 min内通过横截面的总电荷量应为q=6 C-9 C=-3 C,所以电流I==0.05 A,方向与河水的流动方向相反,即电流的方向为逆流而上,D正确。

4.“氢火焰离子化检测器”可以检测出无机物气体中极其微量的有机分子的含量,其装置如图所示,在氢火焰的作用下,有机物的分子电离为一价正离子和自由电子,而无机物的分子不会电离。

设单位时间内有n摩尔被检测气体进入检测器,调节滑动变阻器,使得电流表的示数逐渐变大,直到达到最大值I,求有机物分子与被检测气体分子的数目的比值K是多少。

(阿伏加德罗常数为N A,电子的电荷量为e)
【解析】电流达到最大值I后,表明电离出来的电子全部到达了阳极,设经过时间t到达极板的电荷量为q,则q=It,
被电离的有机物分子的数目 N′==,
则有机物分子占被测气体分子的数目的比值为
K=N
N
'
=
A
N
ntN
'
=。

答案:
【补偿训练】
有一条长L横截面积为S的银导线,银的密度为ρ,摩尔质量为M,阿伏加德罗常数为N,若导线中每个银原子贡献一个自由电子,电子电量为e,自由电子定向移动的速率为v,则通过导线的电流为( )
A.I=
B.I=
C.I=
D.I=
【解析】选C。

设t时间内通过导体横截面S的电荷量为q,此电荷分布在Svt的体积内,此体积内的银原子数N′=n·N=·N=,由于一个银原子贡献一个电子,所以此体积的电子数也为N′,因此t 时间内通过导体横截面S 的电荷量q=N′·e=e,导体中的电流I==。

情境:锂离子电池以碳素材料为负极,以含锂的化合物作正极,没有金属锂存在,只有锂离子,这就是锂离子电池。

当对电池进行充电时,电池的正极上有锂离子生成,生成的锂离子经过电解液运动到负极。

而作为负极的碳呈层状结构,它有很多微孔,到达负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中,嵌入的锂离子越多,充电容量越高。

同样,当对电池进行放电时(即我们使用电池的过程),嵌在负极碳层中的锂离子脱出,又运动回正极。

回正极的锂离子越多,放电容量越高。

问题:一辆电池容量为120 Ah的电动汽车,平均工作电流是5 A,能连续运行多长时间?
【解析】根据I=,得t== h=24 h
答案:24 h。