2021高中人教版物理选修3-1课时分层作业：2.1 电源和电流含解析
高中物理选修3-1课时作业3：2.1 电源和电流
题组一 对电源、电流概念的理解1．下列关于电源的说法正确的是( )A ．电源就是电压B ．电源的作用是使电源的正、负极保持一定量的正、负电荷，维持一定的电势差C ．与电源相连的导线中的电场是由电源正、负极上的电荷形成的D ．在电源内部正电荷由负极流向正极，负电荷由正极流向负极[答案] BD[解析] 在电源内部由非静电力将正电荷由负极搬到正极，将负电荷由正极搬到负极，使正、负极维持一定的电势差，电源不是电压，故A 错，B 、D 正确．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，故C 错．2．下列关于电流的说法中正确的是( )A ．根据I ＝q t，可知I 与q 成正比 B ．如果在任何相等的时间内通过导体横截面的电荷量相等，则导体中的电流是恒定电流C ．电流有方向，电流是矢量D ．电流的单位“安培”是国际单位制中的基本单位[答案] D[解析] 依据电流的定义式可知，电流与q 、t 皆无关，显然选项A 错误．虽然电流是标量，但是却有方向，因此在任何相等的时间内通过导体横截面的电荷量虽然相等，但如果方向变化，电流也不是恒定电流，所以，选项B 、C 错误．3．下列关于电流的说法中，正确的是( )A ．金属导体中，电流的传播速率就是电场的传导速率B ．温度升高时，金属导体中自由电子热运动加快，电流也就加大C ．电路接通后，电子就由电源出发，只要经过一个极短的时间就能到达用电器D ．通电的金属导体中，自由电子的运动是热运动和定向移动的合运动，电流的传播速率等于光速[答案] AD题组二 对公式I ＝q t的理解和应用 4．在示波管中，电子枪2 s 发射了6×1013个电子，则示波管中电流的大小为( )A ．4.8×10－6 AB ．3×10－13 AC ．3×10－6 AD ．9.6×10－6 A [答案] A[解析] 电子枪2 s 发射的电荷量q ＝6×1013×1.6×10－19 C ＝9.6×10－6 C ，所以示波管中的电流大小为I ＝q t ＝9.6×10－62A ＝4.8×10－6 A ，故A 正确，B 、C 、D 错误． 5．我国北京正、负电子对撞机的储存环是周长为240 m 的近似圆形轨道，电子电荷量e ＝1.6×10－19 C ，在整个环中运行的电子数目为5×1011个，设电子的运行速度是3×107 m/s ，则环中的电流是( )A ．10 mAB ．1 mAC ．0.1 mAD ．0.01 mA [答案] A[解析] 电子运动一周的时间为T ＝l v ，在T 时间内通过任意横截面的电荷量为：q ＝ne ，电流为：I ＝q T ＝ne v l ＝5×1011×1.6×10－19×3×107240A ＝10 mA.题组三 电流的微观表达式I ＝nqS v6．一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率为v 0，导体中通过的电流为I .则下列说法中正确的有( )A ．自由电子定向移动的速率为v 0B ．自由电子定向移动的速率为v ＝I neSC ．自由电子定向移动的速率为真空中的光速cD ．自由电子定向移动的速率为v ＝I ne[答案] D[解析] 解决本题的关键是理解v 和n 的物理意义，电流微观表达式中n 为单位体积内的自由电子数，而本题中n 为单位长度内的自由电子数，t 时间内通过导体某一横截面的自由电子数为长度是v t 内的自由电子数，其数量为n v t ，电荷量q ＝n v te ，所以电流I ＝q t＝ne v ，所以v ＝I ne，故正确选项为D. 7．一横截面积为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 ．n v StB ．n v t C.It qD.It Sq[答案] AC[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 ＝nqS v 代入N ＝It q可得N ＝n v St ，故A 正确，B 错误．8．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 ．甲、乙两导体的电流相同B ．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大小相等[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的2倍，故A 错，B 对．由于I ＝nqS v ，所以v ＝I nqS，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．题组四 综合应用9．非洲电鳐的捕猎方式是放电电死猎物，它放电的电压可达100 V ，电流可达50 A ，每秒钟放电150次，其放电情况可近似看做如图1所示的图线．则放电1秒钟非洲电鳐放出的电荷量为( )图1A ．25 CB ．50C C ．150 CD ．250 C[答案] A[解析] 由题图象可得1秒钟该鱼的放电时间为0.5 s ，根据电流的定义式I ＝q t，可得q ＝It ＝50×0.5 C ＝25 C ，故A 正确．10．如果导线中的电流为1 mA ，那么1 s 内通过导体横截面的自由电子数是多少？若“220 V 60 W ”的白炽灯正常发光时的电流为273 mA ，则20 s 内通过灯丝的横截面的自由电子数目是多少个？[答案] 6.25×1015个 3.4×1019个[解析] q ＝It ＝1×10－3×1 C ＝1×10－3 C设自由电子数目为n ，则n ＝q e＝6.25×1015个 当“220 V 60 W ”的白炽灯正常发光时，I ′＝273 mA.q ′＝I ′t ＝273×10－3×20 C ＝5.46 C设自由电子数目为N ，则N ＝q ′e≈3.4×1019个． 11．已知电子的电荷量为e ，质量为m ，氢原子的电子在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？[答案] e 22πr 2mkmr [解析] 根据电流大小的定义式去求解，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 ＝Q t ＝e T ， 再由库仑力提供向心力，有：k e 2r 2＝m 4π2T 2r得T ＝2πr e mrk解得I ＝e 22πr 2m kmr。
【精准解析】高中物理人教版选修3-1教师用书：第2章+1 电源和电流+Word版含解析
[学习目标] 1.[物理观念]了解电流的形成，知道电源的作用和导体中的恒定电场。
2.[物理观念]知道电流的定义及单位、方向的规定，理解恒定电流。
(重点)3.[科学思维]理解电流形成的微观实质。
(难点)一、电源1．定义：电源是能不断把电子从正极搬运到负极的装置。
2．作用(1)移送电荷，维持电源正、负极间有一定的电势差。
(2)保持电路中有持续的电流。
二、恒定电场1．定义：由电路中稳定分布的电荷所产生的稳定的电场。
2．形成：当电路达到稳定时，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。
3．特点：任何位置的电荷分布和电场强度都不随时间变化。
三、恒定电流1．电流(1)概念：电荷的定向移动形成电流。
(2)物理意义：反映了电流的强弱程度。
(3)符号及单位：符号是I，单位有安培、毫安、微安(单位符号分别为A、mA、μA)。
(4)表达式：I＝qt(5)电流的方向：规定正电荷定向移动方向或负电荷定向移动的反方向为电流方向。
2．恒定电流(1)定义：大小、方向都不随时间变化的电流。
(2)形成：恒定电场使自由电荷速率增加，自由电荷与导体内不动的粒子的碰撞，使自由电荷速率减小，最终表现为平均速率不变。
1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)恒定电场与静电场基本性质相同，两者没有区别。
(×)(2)电源的作用就是将其他形式的能转化为电能。
(√)(3)电流既有大小，又有方向，是矢量。
(×)(4)电流越大，单位时间内通过导体横截面的电荷量就越多。
(√)(5)导体中的电流，实际是正电荷的定向移动形成的。
(×)2．下列说法中正确的是()A．导体中电荷运动就形成了电流B．在国际单位制中，电流的单位是AC．电流有方向，它是一个矢量D．任何物体，只要其两端的电势差不为零，就有电流存在B[自由电荷定向移动才形成电流，仅有电荷移动但不是定向移动则不能形成电流，故选项A错误；形成电流的条件是导体两端有电势差，且必须是导体而非任何物体，故选项D错误；电流有方向，但它是标量，故选项C错误。
高中物理选修3-1课时作业13：2.1 电源和电流
2.1 电源和电流1．有稳定电流时关于导体中的恒定电场，下列说法正确的是( ) A ．导体中的电场是由电源两极电荷在空间直接形成的 B ．导体中的电场是由导体内自由电荷形成的 C ．由于处于静电平衡状态，导体内场强为零 D ．导体中的电场分布不随时间变化2．(多选)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3．一根导线，分别通以不同电流，并保持温度不变，当电流较大时，以下说法正确的是( )A ．单位体积内自由电子数较多B ．自由电子定向移动的速率较大C ．自由电子的热运动速率较大D ．电流的传导速度较大4．在电解质溶液中，2 s 内有6×1013个二价正离子和等量二价负离子通过某截面，则电解质溶液中电流大小约为( )A ．4.8×10－6 A B ．3×1013 A C ．9.6×10－6 AD ．1.92×10－5 A5．在研究长度为l 、横截面积为S 的均匀导体中的电流时，在导体两端加上电压U ，于是导体中有匀强电场产生，在导体中移动的自由电子受匀强电场的作用而加速，但又和做热运动的阳离子碰撞而减速，这样边反复碰撞边向前移动．可以认为阻碍电子向前运动的阻力大小与电子移动的平均速率v 成正比，其大小可以表示成k v (k 为恒量)．电场力和碰撞的阻力平衡时，导体中的电子移动的平均速率v 为一定值，这一定值是( )A.ekU lB.eU klC.elU kD ．elkU6. (多选)如图所示是一款MP4播放器，随着这种产品的出现，人们可以在旅途中观看电影，让原本枯燥的旅途变得充满乐趣．MP4的充电电池多为锂电池，假设锂电池的充电电流为500 mA ，则以下说法正确的是( )A ．1 s 内通过电池某一横截面的电荷量为500 CB ．1 s 内通过电池某一横截面的电荷量为0.5C C ．充电过程是把其他形式的能转化为电能D ．充电过程是把电能转化为其他形式的能7.如图所示，电解池内有一价的电解液，t s 内通过溶液内截面S 的正离子数是n 1，负离子数是n 2，设元电荷为e ，以下解释中正确的是( )A ．正离子定向移动形成电流方向从A →B ，负离子定向移动形成电流方向从B →A B ．溶液内正、负离子向相反方向移动，电流抵消C ．溶液内电流方向从A →B ，电流强度I ＝n 1etD ．溶液内电流方向从A →B ，电流强度I ＝n 1＋n 2et8．(多选)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率为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 ．n v StB ．n v t C.It qD.It Sq9．(多选)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10．一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率为v 0，导体中通过的电流为I .则下列说法中正确的有( )A．自由电子定向移动的速率为v0B．自由电子定向移动的速率为v＝IneSC．自由电子定向移动的速率为真空中的光速cD．自由电子定向移动的速率为v＝Ine11．导线中的电流是10－8 A，导线的横截面积为1 mm2.(1)在1 s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(设导线每立方米内有8.5×1028个自由电子)?(3)自由电子沿导线移动1 cm，平均要多长时间？12.盛夏入夜，正当大地由喧闹归于沉睡之际，天空却不甘寂寞地释放着大自然的烟火，上演着一场精彩的闪电交响曲．某摄影爱好者拍摄到的闪电如图2-1-6所示，闪电产生的电压、电流是不稳定的，假设这次闪电产生的电压可等效为2.5×107 V，电流可等效为2×105 A，历时1×10－3 s，则：(1)若闪电定向移动的是电子，这次闪电产生的电荷量以0.5 A的电流给小灯泡供电，能维持多长时间？(2)这次闪电释放的电能是多少？--☆ 参 考 答 案 ☆--1．[解析] 有稳定电流时，导体中的电场是由电源电场和导体侧面堆积电荷形成的电场叠加而成的，A 、B 错误；导体不是处于静电平衡状态，导体中的电场场强不为零，C 错误；导体中电场是恒定的，不随时间变化，D 正确．[答案] D2．[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] AD3．[解析] 对同一根导线，单位体积内的自由电子数是一样的，A 错误；电流和自由电子的定向移动的速率有关，自由电子的热运动速率只与温度有关，B 正确，C 错误；电流的传导速度是电场的形成速度等于光速c ，和电流的大小无关，D 错误．[答案] B4．[解析] 电流由正、负离子的定向移动形成，则在2 s 内通过横截面的总电荷量应为Q ＝2×1.6×10－19×6×1013C ＋1.6×10－19×2×6×1013C ＝3.84×10－5C.由电流的定义式I ＝Qt 得：电流I ＝3.84×10－52 A ＝1.92×10－5 A ．故选D.[答案] D5．[解析] 电场力和碰撞阻力平衡时，有k v ＝eE ＝e Ul ，所以电子定向移动的平均速率v ＝eUkl，B 正确．[答案] B6.[解析] 由q ＝It 可得，1 s 内通过电池某横截面的电荷量q ＝0.5×1 C ＝0.5 C ，A 错误，B 正确；锂电池充电过程中是电能转化为化学能，C 错误，D 正确．[答案] BD7.[解析] 正电荷定向移动方向就是电流方向，负电荷定向移动的反方向也是电流方向，A 、B 错误；有正、负电荷反向经过同一截面时，I ＝qt 公式中q 应是正、负电荷电荷量绝对值之和，故I ＝n 1e ＋n 2et，电流方向由A 指向B ，C 错误，D 正确．[答案] D8．[解析] 从微观角度来说，在t 时间内能通过某一横截面的自由电子必须处于长度为v t 的圆柱体内，此圆柱体内的电子数目为n v St ，故A 正确；v t 是电子通过的距离，n v t 没意义，缺少面积S ，故B 错误；从电流的定义式来说，I ＝qt，故在t 时间内通过某一横截面的电荷量为It ，通过横截面的自由电子数目为It q ，故C 正确；ItqS 是通过铜导线单位横截面的自由电子数，故D 错误．[答案] AC9．[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 ＝q t ＝Q T ＝Q 2πω＝Qω2π，由上式可知A 、B 正确．[答案] AB10．[解析] 关键是理解v 和n 的物理意义，电流微观表达式中n 为单位体积内的自由电子数，而本题中n 为单位长度内的自由电子数，t 时间内通过导体某一横截面的自由电子数为长度是v t 内的自由电子数，其数量为n v t ，电荷量q ＝n v te ，所以电流I ＝qt ＝ne v ，所以v ＝Ine，故正确选项为D. [答案] D11．[解析] (1)由I ＝qt ，得q ＝It ＝10－8C故n 1＝qe ＝10－81.6×10－19＝6.25×1010(个)． (2)设在导线单位体积内有n 个电子可以作自由电子，每个电子带有电荷量e ，如果导线的横截面积为S ，那么时间t 内通过横截面S 的电荷量为：q ＝neS v t即电流I ＝q t ＝neSvt t＝neS v则自由电子的平均移动速率为v ＝IneS＝10－88.5×1028×1.6×10－19×1×10－6m/s＝7.4×10－13 m/s.(3)t ′＝L v ＝1×10－27.4×10－13 s≈1.4×1010 s. [答案] (1)6.25×1010个 (2)7.4×10－13m/s(3)1.4×1010 s12.[解析] (1)根据电流的定义式I ＝qt ，可得q ＝It ＝2×105×1×10－3C ＝200 C ， 供电时间t ′＝q I ′＝2000.5 s ＝400 s.(2)这次闪电释放的电能为 E ＝qU ＝200×2.5×107 J ＝5×109 J. [答案] (1)400 s (2)5×109 J。
2021-2022学年人教版高中物理选修3-1(检测)：2.1电源和电流 Word版含答案
2.1 课时作业 基础达标1．关于电流的说法中正确的是( )A ．依据I ＝qt可知I 与q 成正比B ．假如在两段相等的时间内通过导体横截面的电荷量相等，则导体中的电流是恒定电流C ．电流有方向，电流是矢量D ．电流的单位“安培”是国际单位制中的基本单位【解析】 依据电流的定义式可知，电流与q 、t 皆无关，明显选项A 是错误的．在任何相等的时间内通过导体横截面的电荷量相等，电流才是恒定电流，所以，选项B 也是错误的．电流是标量，故选项C 也不对．【答案】 D2．横截面积为0.5 cm 2的导电液体中，每秒有0.2 C 正电荷和0.3 C 负电荷相向运动，则电流是( )A ．0.2 AB ．0.3 AC ．0.5 AD ．104A【解析】 I ＝q t ＝0.2＋0.31A ＝0.5 A ，故选C .【答案】 C3．(多选)关于电源的作用，下列说法中正确的是( )A ．电源的作用是能为电路持续地供应自由电荷B ．电源的作用是使电路中的电荷发生定向移动C ．电源的作用就是能保持导体两端的电压，使电路中有持续的电流D ．电源的作用就是使自由电荷运动起来【解析】 电源的作用是保持导体两端的电压，在导体内建立恒定电场，导体内的自由电荷就会在电场力作用下定向移动形成电流，则B 、C 正确，A 、D 错误．【答案】 BC4．关于电源和电流，下列说法中正确的是( )A ．电流是由大量电荷的无规章运动形成的B ．电路中只要有电源，就肯定会有电流C ．在电源外部，电流从电源的正极流向负极D ．电流的方向总是从电源的正极流向负极【解析】 电荷的定向移动方向形成电流，电荷的无规章运动不会形成电流，故A 错误；电路中有电源，假如电路没有闭合，则电路中没有电流，故B 错误；在电源外部，电流由电源正极流向电源负极，故C 正确；在电源的内部，电流由电源的负极流向正极，故D 错误．故选C .【答案】 C5．如图所示，福娃欢欢带正电，福娃贝贝带负电，用导体棒连接的瞬间，就一系列问题两人发生争吵，你认为下列说法不正确的是( )A ．福娃欢欢说，电流计指针偏转，有瞬时电流B ．福娃贝贝说，电流计指针不偏转，无电流C ．福娃欢欢说，最终我们是等势体D ．福娃贝贝说，最终导体棒内的电场强度等于零【解析】 带正电荷的福娃欢欢的电势高于带负电荷的福娃贝贝的电势，用导体棒连接的瞬间，电流表指针偏转，有瞬时电流，A 正确、B 错误；最终达到静电平衡，成为等势体，导体棒内的电场强度等于零，C 、D 正确．【答案】 B6．关于电流的方向，下列说法中正确的是( )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，由于是正负电荷定向移动形成电流，所以电流有两个方向【解析】 电流的方向与正电荷定向移动的方向相同，与负电荷定向移动的方向相反，故选项C 正确． 【答案】 C7．假如在导体中产生了电流，则下列说法中正确的是( )A ．导体两端的电压为0，导体内部的场强不为0B ．导体两端的电压为0，导体内部的场强为0C ．导体两端的电压不为0，导体内部的场强不为0D ．导体两端的电压不为0，导体内部的场强为0【解析】 在导体内产生了电流，说明自由电荷在静电力的作用下发生定向移动，因此导体内部的场强不为零，导体两端的电压也不为零，选项C 正确．【答案】 C8．铜的相对原子质量为m ，密度为ρ，每摩尔铜原子有n 个自由电子，今有一根横截面积为S 的铜导线，当通过的电流为I 时，电子平均定向移动的速率为( )A ．光速cB .IneSC .ρI neSm D .mIneSρ【解析】 假设电子定向移动的速率为v ，那么在t 秒内通过导体横截面的自由电子数相当于在体积vt·S中的自由电子数，而体积为vtS 的铜的质量为vtSρ，摩尔数为vtSρm，所以电荷量q ＝vtSρnem.因电流I ＝q t ＝vSρne m ，解得：v ＝ImneSρ.【答案】 D9．电路中每分钟有60万亿个自由电子通过横截面积为0.64×10－6m 2的导线，那么电路中的电流是( )A ．0.016 μAB ．1.6 mAC ．16 μAD ．0.16 μA【解析】 由I ＝q t ＝6×1013×1.6×10－1960A ＝1.6×10－7A ＝0.16 μA .【答案】 D10．导线中的电流是10－8A ，导线的横截面积为1 mm 2.求：(1)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) (2)自由电子沿导线移动1 cm ，平均要多长时间？ 【解析】 (1)由电流的微观表达式I ＝neSv知v ＝I neS ＝10－88.5×1028×1.6×10－19×1×10－6m /s ≈7.35×10－13m /s (2)由v －＝x t 得t ＝x v －＝1×10－27.35×10－13s ≈1.36×1010s .【答案】 (1)7.35×10－13m /s (2)1.36×1010s力量提升1．(多选)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的时间内通过这个截面的电荷量为Q ，即I ＝qt ＝Q T ＝Q 2πω＝Qω2π，由上式可知，A 、B 正确． 【答案】 AB2．如图所示，将左边的铜导线和右边的铝导线连接起来，已知截面面积S 铝＝2S 铜，在铜导线上取一截面A ，在铝导线上取一截面B ，若在1 s 内垂直地通过它们的电子数相等，那么，通过这两截面的电流的大小关系是( )A ．I A ＝IB B ．I A ＝2I BC ．I B ＝2I AD ．不能确定【解析】 依据公式I ＝qt 可得，I 的大小与横截面积的大小无关，主要应取决于单位时间内通过导体横截面电荷量的多少．【答案】 A3．在显像管的电子枪中，从酷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 .IΔleS m 2eU B .IΔl e m2eU C .I eSm 2eU D .ISΔl em 2eU【解析】 设电子经加速电场加速后的速度为v ，电子束中单位长度内自由电子数为n ，则eU ＝12mv 2，I＝nev ，长为Δl 的电子束中的电子数N ＝nΔl，联立以上三式解得N ＝IΔlem 2eU. 【答案】 B4．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3×109V 不变．已知空气的电场击穿场强为3×106V /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 ＝U d 得d ＝U E ＝3×1093×106m ＝1 000 m .(2)释放的能量E 能＝qU ＝500×3×109J ＝1.5×1012J . (3)由电流的定义得 I ＝q t ＝5000.01A ＝5×104A . 【答案】 (1)1 000 m (2)1.5×1012J (3)5×104A。
高二物理人教版选修3-1(第2.1 电源和电流) Word版含解析
B．导体传导的速率
C．电子热运动的速率
D．自由电荷定向移动的速率
8．来自质子源的质子(初速度为零)，经一直线加速器加速，形成电流为I的细柱形质子流。已知质子源与靶间的距离为d，质子电荷量为e，假定分布在质子源到靶之间的加速电场是匀强电场，质子到达靶时的速度为v，则质子源与靶间的质子数为()
【答案】
【解析】根据电流的定义式I＝ ，只要计算出一昼夜时间内通过的电荷量Q，就可以求出电流I，需要注意的是，流过电源的电荷量Q跟煤粉吸附的电荷量Q′并不相等，由于电离出的气体中电子和正离子同时导电，煤粉吸附的电荷量Q′＝ Q。
Q′＝mneNA，Q＝It，从而mneNA＝ It
解得I＝
12．
【答案】v＝7.5×10－5m/s
【解析】设自由电子在导线内定向移动的速率为v，取一段导线，自由电子从它的左端运动到右端所用的时间为t，则这段导线的长度为vt，体积为vtS，质量为ρvtS，这段导线中的原子数为
可以认为铜导线中平均每个原子贡献一个自由电子（一般条件下铜可视为一价元素），则这段导线中的自由电子数目与铜原子的数目相等，也等于N。
参考答案与解析
第Ⅰ部分选择题
一、选择题：本题共8小题。将正确答案填写在题干后面的括号里。
1．
【答案】B
【解析】要有持续电流必须有电压，A不对；导体中形成电流其原因是在导体两端加上电压，于是在导体内形成了电场，导体内的自由电子将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不对；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不对。
9．
【答案】
【解析】据电流的微观表达式 和 得：t内通过某一横截面积电量为： ，电子定向移动的速率为：
高中物理选修3-1课时作业20：2.1 电源和电流
第1节电源和电流基础过关1.下列有关电源的电路中，导线内部的电场强度的说法正确的是()A.导线内部的电场就是电源所形成的电场B.在静电平衡时，导线内部的场强为零，而导线外部的场强不为零，所以导线内部的电场不是稳定的C.因为导线处于电源的电场中，所以导线内部的场强处处为零D.导线内的电场是由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成的，导线内的电荷处于平衡状态，电荷分布是稳定的，电场也是稳定的[解析]导线内部的电场是电源和导线积累电荷所形成的两部分电场的矢量和，稳定后不同于静电平衡(内部场强处处为零)，而是场强大小恒定，方向与导线切线一致，是一种动态的平衡，故A、B、C错误，D正确。
[答案]D2.(多选)关于电流的方向，下列说法正确的是()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.电子运动形成的等效电流方向与电子运动方向相反[解析]在电源的外部电路中，电流从正极流向负极，在电源内部，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，电子运动形成的等效电流方向与电子运动的方向相反，C错误，D正确。
[答案]AD3.某电解池中，若在2 s内各有1.0×1019个二价正离子和2.0×1019个一价负离子通过某截面，那么通过这个截面的电流是()A.0B.0.8 AC.1.6 AD.3.2 A[解析]电荷的定向移动形成电流，但“＋”“－”电荷同时向相反方向定向移动时，通过某截面的电荷量应是两者绝对值的和。
在2 s内通过截面的总电荷量应为q＝1.6×10－19×2×1.0×1019 C＋1.6×10－19×1×2.0×1019 C＝6.4 C。
由电流的定义式知I＝qt ＝6.42A＝3.2 A。
人教版高二物理选修3-1 2.1电源和电流 同步课时作业(10)(带解析)
2020-2021学年高二物理人教版选修3-1同步课时作业（10）电源和电流1.某导线中的电流是37.510⨯－A ，则通过导线横截面的电荷量为15 C 所需要的时间为( )A.42.010s ⨯B.62.010s ⨯C.52.010s ⨯D.32.010s ⨯2.如图所示是一根粗细均匀的橡胶棒,其横截面积为S ,由于与毛皮发生摩擦而均匀带负电,若已知该橡胶棒每米长度所带的电荷量为q ,则当该棒沿轴线方向做速度为v 的匀速直线运动时,形成的等效电流为( )A. vqB. q vC. qvSD. qv S3.重粒子肿瘤治疗装置中的回旋加速器可发射+5价重离子束,其电流强度为51.210A -⨯,则在1s 内发射的重离子个数为(191.610e C -=⨯)( )A. 123.010⨯B. 131.510⨯C. 137.510⨯D. 143.7510⨯4.有一根横截面积为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 ，阿伏加德罗常数为N A ，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.A IM SN ρ B.A IM SN e ρ C.A IMS N e ρ D.A IM SN eρ5.如图所示，电 解槽内有一价的电解溶液，t 时间内通过溶液内横截面S 的正离子数是1n ，负离子数是2n ，设元电荷的电荷量为e ，以下解释正确的是（ ）A.正离子定向移动形成电流， 方向从A 到B ,负离子定向 移动形成电流，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1n e I t= D.溶液内电流方向从A 到S ，电流12()n n e I t+= 6.一段粗细均匀的导线的横截面积是S ,导线内自由电子的电荷量为e ,导线单位长度内自由电子数目为n ,自由电子做无规则运动的速率为v ,单位时间内通过某一横截面的自由电子数为N ,则导线中的电流为( )A.neSvB.nevC.ND.Ne7.电路中有一电阻，通过电阻的电流为5 A ，当通电5分钟时，通过的电量是多少？通过电阻横截面的电子数为多少？8.半径为R 的橡胶圆环均匀带正电,总电荷量为Q ,现使圆环绕垂直于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Q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,使半径增大,电流将变大D.若使ω、Q不变,将橡胶环拉伸,使半径增大,电流将变小9.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中有n个自由电子,电子的电荷量为e,此电子的定向移动速率为v,在t∆时间内,通过导线横截面的自由电子数可表示为( )A.nvS t∆B.nv t∆∆C.I tSe∆D.I te参考答案1.答案：D 解析：由qI=t 可知： 通过导线横截面的电荷量为15C 所需要的时间为33q 15I= 2.010s t 7.510-==⨯⨯；故选：D.2.答案：A 解析：橡胶棒沿轴线方向以速度v 做匀速直线运动时，t ∆内通过的距离为v t ⋅∆.橡胶棒上的电荷都通过该棒的横截面，t ∆内通过横截面的电荷量ΔQ qv t =,根据电流的定义式，QI t =∆，得到等效电流I qv =，A 正确。
2020-2021学年高中人教版物理选修3-1课时分层作业-2.1-电源和电流含解析
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课时分层作业十电源和电流(20分钟50分)一、选择题(本题共5小题,每小题6分,共30分)1.关于电流强度,下列说法中正确的是( )A.导体中的电流强度越大,表示通过其横截面的电荷量越多B.在相同时间内,通过导体横截面的电荷量越多,导体中电流强度就越小C.通电时间越短,电流强度越大D.单位时间内通过导体横截面的电荷量越多,导体中电流强度越大【解析】选D。
根据电流强度的定义:I=,即电流强度等于单位时间内流过导体横截面的电荷量,与通电的时间无关,所以A、B、C不符合题意。
电流的大小等于单位时间内通过导体横截面积的电荷量大小,电流越大,单位时间内流过导体横截面的自由电子数越多。
2.如图所示,一根横截面积为S的均匀长直橡胶棒上均匀带有负电荷,每米电荷量为q,当此棒沿轴线方向做速率为v的匀速直线运动时,由于棒运动而形成的等效电流大小为( )A.vqB.C.qvSD.【解析】选A。
在运动方向假设有一截面,在t时间内通过截面的电量Q=vt·q。
等效电流I==vq,故A项正确。
3.安培提出了著名的分子电流假说,根据这一假说,电子绕核运动可等效为一环形电流。
设电量为e的电子以速率v绕原子核沿顺时针方向做半径为r的匀速圆周运动,关于该环形电流的说法,正确的是( )A.电流强度为,电流方向为顺时针B.电流强度为,电流方向为顺时针C.电流强度为,电流方向为逆时针D.电流强度为,电流方向为逆时针【解析】选C。
电子绕核运动可等效为一环形电流,电子运动周期为T=,根据电流的定义式得:电流强度为I===。
因为电子带负电,所以电流方向与电子定向移动方向相反,即沿逆时针方向,所以C正确。
4.如图所示的电解槽接入电路后,在t秒内有n1个1价正离子通过溶液内截面S,有n2个1价负离子通过溶液内截面S,设e为基元电荷,以下说法正确的是( )A.当n1=n2时电流强度为零B.当n1>n2时,电流方向从A→B,电流强度为I=C.当n1<n2时,电流方向从B→A,电流强度I=D.电流方向从A→B,电流强度I=【解析】选D。
2021高中人教版物理选修3-1课时分层作业：第二章 恒定电流含解析
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单元质量评估(二)(第二章)(60分钟100分)一、选择题(本题共8小题,1～6为单选题,7、8为多选题,每小题6分,共48分)1.一只电饭煲和一台洗衣机并联接在输出电压为220 V的交流电源上(其内电阻可忽略不计),均正常工作。
用电流表分别测得通过电饭煲的电流是5.0 A,通过洗衣机电动机的电流是0.50 A,则下列说法中正确的是( )A.电饭煲的电阻为44 Ω,洗衣机电动机线圈的电阻为440 ΩB.电饭煲消耗的电功率为1 555 W,洗衣机电动机消耗的电功率为155.5 WC.1 min内电饭煲消耗的电能为6.6×104 J,洗衣机电动机消耗的电能为6.6×103 JD.电饭煲发热功率是洗衣机电动机发热功率的10倍【解析】选C。
由于电饭煲是纯电阻元件,所以R1==44 Ω,P1=UI1=1 100 W,其在1 min内消耗的电能W1=UI1t=6.6×104 J,洗衣机为非纯电阻元件,所以R2≠,P2=UI2=110 W,其在1 min内消耗的电能W2=UI2t=6.6×103J,其热功率P热≠P2,所以电饭煲发热功率不是洗衣机电动机发热功率的10倍。
2.两个小灯泡,分别标有“1 A 4 W”和“2 A 1 W”的字样,则它们均正常发光时的电阻阻值之比为( )A.2∶1B.16∶1C.4∶1D.1∶16【解析】选B。
由P=I2R知R=,所以R1∶R2=16∶1。
3.有两个用同种材料制成的电阻丝A、B,已知两电阻丝的直径之比为=,允许通过的最大电流分别为I A=2 A、I B=6 A。
现取两段等长的电阻丝A、B并联接入电路,则允许通过的电流的最大值为( ) A.10.0 A B.8.0 AC.6.0 AD.7.5 A【解析】选D。
因A、B两段电阻丝等长,由R=ρ=ρ,知=4。
2020-2021学年人教版物理选修3-1学案：2.1 电源和电流 含解析
〔情景切入〕现代家庭离不开电。
电荷为什么会流动？电荷流动服从什么规律?产生哪些效应？怎样才能做到安全用电和节约用电？……这一章我们就来探究恒定电流的基本规律。
〔知识导航〕本章是在上章场强、电势、电势差(电压)、电场力做功的基础上,分析和研究直流电路的基本规律。
本章知识在实际中有广泛而重要的应用,不但是学习后续知识的基础，而且是学习电工和电子技术的基础，在日常生活中也经常用到。
本章内容可分为三部分：第一部分以部分电路欧姆定律为中心,主要研究直流电路的基本参量、串并联电路的规律、伏安法测电阻、电功和电热等问题；第二部分以闭合电路的欧姆定律为中心，主要研究了电源的作用、闭合电路中功率的分配和能量转化关系、电路的分析和计算等问题；第三部分以电流表、电压表、滑动变阻器等电工仪表的使用为中心，结合学生实验，研究了仪器的选择和使用，数据的处理和误差分析等问题.本章的核心内容是欧姆定律,重点是电路的分析和计算，难点是电路的设计。
〔学法指导〕1。
注重基本概念、基本规律的理解本章有电阻、电流、电压、电动势、电功率、电热、电阻率等七个概念，要结合实例深刻理解它们，确切明白这些概念的物理意义、特点。
对于部分电路欧姆定律、闭合电路欧姆定律两个基本定律，一定要能够结合具体的电路灵活运用。
2.要注意研究方法的学习在本章学习中要掌握分析解决问题的方法，比如动态分析法、等效法的应用，模型的转化，非电学量和电学量的转化，以及极限法、赋值法的应用技巧等.3。
要注重加强实验能力的提高高考考查的四个电学实验,全部属于本章内容，要认真做实验，要从基本原理、基本方法入手，循序渐进，逐步掌握.要学会正确使用电流表、电压表、多用电表、滑动变阻器、电阻箱等基本实验仪器，要切实掌握各种仪器的原理、使用方法、注意事项才能以不变应万变。
1 电源和电流素养目标定位※理解电源的形成过程，知道电源在电路中的作用※理解恒定电场和恒定电流的形成过程。
知道恒定电场与静电场相同※※掌握电荷量、电流、通电时间等物理量之间的关系素养思维脉络知识点1 电源1．定义电源是不断把负电荷从__正极__搬运到__负极__从而维持正负极之间一定__电势差__的装置。
物理人教选修3-1课后训练：2-1电源和电流 含解析 精品
课后训练1．关于电流，以下说法正确的是A ．通过截面的电荷数量就是电流的大小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 2．金属导体内电流增强，是因为A ．导体内单位体积的自由电子数增多B ．导体内自由电子定向移动的速率增大C ．导体内电场的传播速率增大D ．导体内自由电子的热运动速率增大 3．关于导线中的电场，下列说法正确的是 A ．导线内的电场线可以与导线相交B ．导线内的电场E 是由电源电场E 0和导线侧面堆积电荷形成的电场E ′叠加的结果C ．导线侧面堆积电荷分布是稳定的，故导线处于静电平衡状态D ．导线中的电场是静电场的一种4．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Q 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5．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.eUmeSl I 2∆ B.eUme l I 2∆ C.eU m eS I 2 D.eUme l IS 2∆6.银导线的横截面积为S ，通一大小为I 的电流，设银的密度为ρ，摩尔质量为M ，阿伏加德罗常数为N A 。
若每个银原子可以提供一个自由电子，则银导线每单位长度上的自由电子数的计算式n ＝______。
7．电子绕核运动可等效为一环形电流。
设氢原子中的电子沿半径为r 的圆形轨道运动，已知电子的质量为m ，电子的电荷量为e ，则其等效电流的大小等于______。
2021-2022版高中物理人教版选修3-1课时提升作业：第二章 1 电源和电流
课时提升作业十电源和电流(15分钟·30分)一、选择题(本题共4小题,每题5分,共20分)1.下列关于电源的说法正确的是( )A.电源就是电压B.电源的作用是使电源的正、负极保持一定量的正、负电荷,维持一定的电势差C.在电源内部电子由负极被搬向正极D.只要有电源,电路中就能产生持续的电流【解析】选B。
电源能在其正、负极间维持一定的电压,但是电源不是电压,A错误,B正确;在电源内部电子由电源正极被搬向负极,在电源外部,电子由电源负极流向正极,C错误;有电源且电路闭合,才能产生持续的电流,D错误。
2.关于公式I=,下列说法中正确的是( )A.式中的q表示单位时间内通过导体横截面的电荷量B.式中的q表示通过导体单位横截面积的电荷量C.比值表示电流的强弱D.该公式表明电流跟通过导体横截面的电荷量成正比,跟通电时间成反比【解析】选C。
公式I=中q表示在时间t内通过导体横截面的电荷量,选项A、B错误;比值表示电流的强弱,选项C正确;由电流的微观表达式可知,电流取决于导体中单位体积内的自由电荷数、自由电荷的电荷量、自由电荷定向移动的速率以及导体的横截面积,故选项D错误。
3.电路中,每分钟有6×1013个自由电子通过横截面积为0.64×10-6 m2的导线,那么电路中的电流是( ) A.0.016 mA B.1.6 mAC.0.16 μAD.16 μA【解析】选C。
电流的大小是通过导体横截面积的电荷量与所用的时间的比值,即:I== A=0.16 μA,故选C。
4.北京正负电子对撞机的储存环是长为24 m的圆形轨道,某时刻测得环中的电流强度为10 mA,已知这时正在环中运行的电子有5×1011个,则可估算出这时电子的速率约为( ) A.3×108 m/s B.3×106 m/sC.9×107 m/sD.9×106 m/s【解析】选B。
高中物理人教版版选修3-1课时作业：第二章1 电源和电流(1)
高中物理人教版版选修3-1课时作业：第二章1电源和电流(1)[A组基础巩固]一、单项选择题1．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解析：根据电流的概念，电流是单位时间通过截面的电荷量，知A项错．规定正电荷定向移动的方向为电流方向，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．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，其电流强度为1.2×10－5 A，则在1 s内发射的重离子个数为(e＝1.6×10－19C)( )A．3.0×1012 B．1.5×1013D．3.75×1014C．7.5×1013 解析：离子是＋5价的，则每个离子的电荷量是q＝5×1.6×10－19 C,1 s内发射的重离子的电荷量是Q＝1.2×10－5 C，所求离子的个数为N＝＝1.5×1013，选项B正确，选项A、C、D错误．答案：B 3．某电解液中，若在2 s内各有1.0×1019个二价正离子和2.0×1019个一价负离子通过某横截面，那么通过这个横截面的电流是( )A．0B．0.8 AC．1.6 AD．3.2 A解析：由题意知，电流由正、负离子定向运动形成，则在2 s内通过某横截面的总电荷量应为q＝1.6×10－19×2×1.0×1019 C＋1.6×10－19×1×2.0×1019 C＝6.4 C.由电流的定义式知I＝＝ A＝3.2 A，故正确选项为D.答案：D 4.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．在铜导线上取一截面A，在铝导线上取一截面B，若在1 s内垂直地通过它们的电子数相等，那么，通过这两截面的电流的大小关系是( )A．IA＝IBB．IA＝2IBC．IB＝2IAD．不能确定解析：这个题目中有很多干扰项，例如两个截面的面积不相等，导线的组成材料不同等等．但关键是通过两截面的电子数在单位时间内相等，根据I＝可知电流强度相等．答案：A 5．(2018·河南十校联考)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，自由电子做无规则运动的速率为v0，导体中通过的电流为I.则下列说法正确的是( )A．自由电子定向移动的速率为v0B．自由电子定向移动的速率为v＝IneS。
2020-2021学年高中物理人教版选修3-1学案：2.1 电源和电流 Word版含解析
姓名，年级：时间：第二章恒定电流1 电源和电流1．电源的作用(1)维持电源的正、负极间有一定的电势差．(2）在闭合电路中，使导线中的自由电子发生定向移动，保持恒定的电流．如图，水池A、B的水面有一定的高度差，若在A、B之间用一细管连起来，则水在重力的作用下定向运动，从水池A 运动到水池B.A、B之间的高度差很快消失,在这种情况下，水管中的水很快就不流动了．怎样才能使水管中有源源不断的水流呢？提示:可在A、B之间连接一台抽水机，将水池B中的水抽到水池A中，这样可保持A、B之间的高度差,从而使水管中有源源不断的水流．2．恒定电场(1）定义：由稳定分布的电荷所产生的稳定的电场．(2)形成：当电路达到稳定时，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．(3）特点:任何位置的电场强度都不随时间发生变化．导线内的电场，是由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成的．这些电荷也在运动，电荷的分布却是稳定的，这是为什么?提示：电荷虽然在流动，但有的电荷流走了，另外的电荷又补充上来，所以电荷的分布是稳定的．3．恒定电流（1)恒定电流：由于恒定电场的作用，电路中的电流保持恒定．我们把大小和方向都不随时间变化的电流称为恒定电流．（2）电流:①定义：通过导体截面的电荷量q与通过这些电荷量所用时间t的比值，叫做电流强度，简称电流．②公式表达:I＝qt，或写成电荷量的表达式：q＝It.电流也是既有大小又有方向的,是矢量,还是标量?提示：电流是标量,其运算遵循代数法则．既有大小,又有方向,运算遵循平行四边形定则的物理量是矢量．考点一电流的分析与计算1．电流的形成电荷的定向移动形成电流,当把导体和电源连接后，导体中形成稳定的电场，导体中的自由电荷因受到电场力的作用而定向移动形成电流．（1)产生电流的条件:导体两端有电压．（2）形成持续电流的条件：导体两端有持续电压．（3)电源的作用：电源在电路中起着提供持续电压的作用，在外电路中，导体中的自由电子从电源负极移向电源正极，而电源再把电子通过电源内部从正极搬运到负极，使电源正、负极始终保持一定的电势差，从而产生持续的电流．2．电流定义式I＝qt的理解(1)I＝错误!是电流的定义式，电流与电量无正比关系，电流与时间也无反比关系．“电量越大电流越大”，“时间越长电流越小”等这些说法都是错误的．（2）在应用I＝错误!计算时注意：①各个物理量的单位都用国际制单位．②电量q与时间t要对应．③q只代入电量的绝对值．电解液中正、负离子定向移动的方向虽然相反，但正、负离子定向移动形成的电流方向是相同的，q为正电荷总电荷量和负电荷总电荷量的绝对值之和．电流定义中的横截面指的是某一横截面，而与横截面大小无关，也不是指单位横截面积。
2021高中人教版物理选修3-1课时分层作业：第二章 恒定电流 核心归纳整合含解析
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核心归纳整合一、纯电阻电路和非纯电阻电路1.对于纯电阻电路(如白炽灯、电炉丝等构成的电路),电流做功将电能全部转化为内能,W=Q=UIt=t=Pt。
2.对于非纯电阻电路(如含有电动机、电解槽等的电路),电功大于电热。
在这种情况下,不能用I2Rt或t来计算电功。
【对点训练】1.(多选)如图所示,电源电动势E=3 V,小灯泡L标有“2 V、0.4 W”字样,开关S接1,当变阻器调到R=4 Ω时,小灯泡L正常发光;现将开关S接2,小灯泡L和电动机M均正常工作。
则 ( )A.电源内阻为1 ΩB.电动机的内阻为4 ΩC.电动机的正常工作电压为1 VD.电源效率约为93.3%【解析】选A、D。
由小灯泡的额定功率P=UI可知,I=0.2 A,由欧姆定律得R L=,可知小灯泡正常发光时电阻R L=10 Ω,由闭合电路欧姆定律可知,I=,解得r=1 Ω,A正确;接2时小灯泡正常发光,说明电路中电流仍为0.2 A,故电动机两端电压U′=E-IR L-Ir=0.8 V,电动机为非纯电阻用电器,故电动机内阻不等于4 Ω,B、C错误;由P=I2r,η=×100%,代入数据可得电源效率约为93.3%,D正确。
2.如图所示为电动机提升重物的装置,电动机线圈的电阻为r=1 Ω,电动机两端电压为5 V,电路中的电流为1 A,物体A重20 N。
忽略一切摩擦,求:(1)电动机线圈电阻消耗的热功率为多少?(2)电动机输入功率和输出功率各是多少?(3)10 s内电动机可以把重物匀速提升多高?(4)这台电动机的机械效率是多少?【解析】(1)电动机线圈上消耗的热功率为P热=I2r=1 W(2)电动机的输入功率就是电流通过电动机做功的功率,即P入=UI=5×1 W=5 W电动机的输出功率就是电动机对外做机械功的功率,根据P入=P出+P热,得P出=P入-P热=5 W-1 W=4 W(3)设物体A的重力为G,t=10 s内物体上升的高度为h,根据能量守恒定律得P出t=Ghh==m=2 m(4)这台电动机的机械效率为η=×100%=×100%=80%答案:(1)1 W (2)4 W (3)2 m (4)80%3.养生壶采用高科技温控和过热保护系统,免看管,全自动保温。
人教版高中物理选修3-1作业：2-1电源和电流
课后作业45分钟一、选择题(8×5′，共40分)1．有甲、乙两导体，甲的横截面积是乙的两倍，而单位时间内通过导体横截面的电量，乙是甲的2倍，以下说法中，正确的是()A．甲、乙两导体的电流强度相同B．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度是甲导体的2倍D．甲、乙两导体中自由电荷定向移动的速度大小相等解析：由于单位时间内通过乙横截面的电量是甲的2倍，因此通过乙导体的电流是甲的2倍，故A错而B正确．由于I＝(n单位体积中的自由电荷数，q自由电荷的电量，S横截面积，v定向移动速率)，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．答案：B2．关于电流的下列说法中，正确的是( )A．电路中的电流越大，表示通过导体横截面的电量越多B．在相同时间内，通过导体截面的电量越多，导体中的电流就越大C．通电时间越长，电流越大D．导体中通过一定的电量所用时间越短，电流越大解析：由I＝，当t一定时，通过导体横截面的电量q越多，电流I就越大；当q一定时，通电时间越短，电流越大．答案：3．金属导体中满足下列哪一个条件，就产生恒定电流( )A．有自由电子B．导体两端有电势差C．导体两端有方向不变的电压D．导体两端有恒定电压解析：由产生电流条件可知，D正确．答案：D4．电路中每分钟有60万亿个自由电子通过横截面积为0.64×10－6m2的导线，那么电路中的电流是( )A．0.016μA B．1.6C．16μA D．0.16μA解析：I＝＝0.16μA.答案：D5．某电解池，如果在1 s内共有5×1018个2价正离子和1.0×1019个1价负离子通过某截面，那么通过这个截面的电流是( )A．0A B．0.8AC．1.6A D．3.2A解析：I＝＝＝3.2A.答案：D6．铜的原子量为m，密度为ρ，每摩尔铜原子有n个自由电子，今有一根横截面为S的铜导线，当通过的电流为I时，电子平均定向移动的速率为( )A．光速c解析：假设电子定向移动的速率为v，那么在t秒内通过导体横截面的自由电子数相当于在体积·S中的自由电子数，而体积为的铜的质量为ρ，摩尔数为，所以电量q＝.因电流I＝＝，于是得：v＝.答案：D7．一个半径为r米的细橡胶圆环，均匀地带上Q库仑的负电荷，当它以角速度ω(弧度/秒)绕中心轴线顺时针匀速转动时，环中等效电流的大小为( )A．Q解析：I＝＝.答案：C8．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的电子束内电子个数是( )解析：设加速后电子的速度为v，则＝2又I＝，n为单位体积内的电子数目，故Δl长内的电子数目N＝nΔ＝·Δ＝答案：B二、非选择题(9、10题各10分，11、12题各20分，共60分)9．只要导体两端存在，导体中的自由电子就在力的作用下，从电势处向电势处定向移动．移动的方向与导体中电流的方向．答案：电压电场低高相反10．在某次闪电中，持续时间为0.005s，所形成的平均电流为6×104A，若闪电过程中流过某横截面的电荷以0.5A的电流通过电灯，可供电灯照明时间为.答案：600图111．图1是静电除尘器示意图，A接高压电源正极，B接高压电源的负极，之间有很强的电场，空气被电离为电子和正离子，电子奔向正极A的过程中，遇到烟气的煤粉，使煤粉带负电，吸附到正极A上，排出的烟就成为清洁的了，已知每千克煤粉会吸附m电子，每昼夜能除尘n，计算高压电源的电流强度I，电子电量设为e ，阿伏加德罗常数为，一昼夜时间为t.解：根据电流强度定义式I＝，只要能够计算出一昼夜时间内通过的电量Q，就能够求解电流强度I，需要注意的是，流过电源的电量Q跟煤粉吸附的电量Q′并不相等，由于电离出的气体中电子和正离子同时导电，煤粉吸附的电量Q′＝Q.∵Q′＝，Q＝，∴＝，I＝2.12．设横截面积为1.02铜导线中通过1.0A电流．铜在单位体积中的自由电子数为8.5×1028m－3，电子的电荷量为1.6×10－19C，试计算这时自由电子的定向移动速率为多少？而常温下金属中自由电子热平均速率约为105，通过有关资料，我们还可知道：形成电流的速率不是自由电子的定向速率，而是电场的传播速率，且电场的传播速率是光速3.0×108，就这些知识，你能否描述一下电路接通后金属导体中自由电子运动的情景．解：由I＝，且q＝＝，即I＝，所以v＝，可算出自由电子的定向移动速率v约为：7.4×10－5 .金属导体中各处都是自由电子，电路一旦接通，导线中便以电场的传播速率3.0×108在各处迅速地建立起电场，在这个电场的作用下，导线各处的自由电子几乎同时开始以很小的定向移动速率7.4×10－5做定向运动，整个电路几乎同时形成了电流．但同时，由于金属中自由电子的热平均速率约为105，显然这个速率远大于自由电子的定向移动速率，所以金属导体通电后，导体各处的自由电子几乎同时开始在原本速率巨大的无规则热运动上附加了一个速率很小的定向移动．。
2020-2021高二物理3-1课时分层作业10电源和电流含解析
2020-2021学年高二物理人教版选修3-1课时分层作业10电源和电流含解析课时分层作业（十)(时间：15分钟分值：50分）一、选择题（本题共6小题,每小题6分,共36分)1．下列有关电源的电路中，导线内部的电场强度的说法中正确的是()A．导线内部的电场就是电源所形成的电场B．在静电平衡时，导体内部的场强为零，而导体外部的场强不为零,所以导体内部的电场不是稳定的C．因为导体处于电源的电场中，所以导体内部的场强处处为零D．导线内的电场是由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成的，导体内的电荷处于平衡状态，电荷分布是稳定的,电场也是稳定的D［导线内部的电场是电源和导线堆积电荷所形成的两部分电场的矢量和，稳定后不同于静电平衡(内部场强处处为零），而是场强大小恒定，方向与导线切线一致，是一种动态的平衡，故A、B、C错误,D正确。
]2．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，电流强度为1.2×10－5A，则在1 s内发射的重离子个数为（e ＝1.6×10－19 C)(）A．3。
0×1012B．1。
5×1013C．7.5×1013D．3。
75×1014B[离子是＋5价的，则每个离子的电荷量是q＝5×1.6×10－19 C＝8×10－19 C，1 s内的电荷量是Q＝1。
2×10－5 C，所求离子的个数为N＝错误!＝1。
5×1013,选项B正确，选项A、C、D错误。
] 3．在研究长度为l、横截面积为S的均匀导体中的电流时，在导体两端加上电压U，于是导体中有匀强电场产生，在导体中移动的自由电子受匀强电场的作用而加速,但又和做热运动的阳离子碰撞而减速，这样边反复碰撞边向前移动。
可以认为阻碍电子向前运动的阻力大小与电子移动的平均速率v成正比,其大小可以表示成kv（k为恒量)。
电场力和碰撞的阻力平衡时，导体中的电子移动的平均速率v为一定值,这一定值是(）A．错误!B．错误!C．错误!D．elkUB［电场力和碰撞阻力平衡时,有kv＝eE＝e错误!,所以电子定向移动的平均速率v＝错误!，B正确。
高二物理人教版选修3-1课时训练10电源和电流 含解析
D.只要电路中有电源,电路中就会形成持续的电流
解析:在电源内部,电源把电子由正极搬运到负极,这一过程要克服静电力做功,其他形式的能转化为电势能,故选项A错误,B正确;电荷的定向移动才形成电流,选项C错误;电路中要形成持续的电流,既要有电源,电路又要闭合,两者缺一不可,故选项D错误。
A.电子定向移动速率很小
B.电子定向移动速率即是电场传导速率
C.电子定向移动速率是电子热运动速率
D.在金属导体中,自由电子只不过在速率很大的无规则热运动上附加了一个速率很小的定向移动
解析:电子定向移动的速率很小,数量级为10-5 m/s,自由电子只不过在速率很大的热运动上附加了很小的定向移动,故选项A、D正确;电场的传导速率为光速c=3×108 m/s,无规则热运动速率的数量级为105 m/s,故选项B、C错误。
答案:BC
4.一台半导体收音机,电池供电的电流是8 mA,也就是说( )
A.1 h电池供给8 C的电荷量
B.1 000 s电池供给8 C的电荷量
C.1 s电池供给8 C的电荷量
D.1 min电池供给8 C的电荷量
解析:由公式I=得,供给8 C电荷量时的通电时间t= s=1 000 s,故选B。
答案:B
答案:B
2.以下说法正确的是( )
A.只要有可以自由移动的电荷,就能存在持续电流
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
解析:要有持续电流必须有持续的电压,A不对;导体中形成电流的原因是导体两端加上电压,于是在导体内形成了电场,导体内的自由电子将在静电力作用下定向移动,形成电流,B正确;电流的传导速度等于真空中的光速,电子定向移动的速率很小,C不对;在形成电流时自由电子定向移动,但是热运动并没有消失,其实电子仍然在做无规则的热运动,D不对。
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课时分层作业十电源和电流(20分钟50分)一、选择题(本题共5小题,每小题6分,共30分)1.关于电流强度,下列说法中正确的是( )A.导体中的电流强度越大,表示通过其横截面的电荷量越多B.在相同时间内,通过导体横截面的电荷量越多,导体中电流强度就越小C.通电时间越短,电流强度越大D.单位时间内通过导体横截面的电荷量越多,导体中电流强度越大【解析】选D。
根据电流强度的定义:I=,即电流强度等于单位时间内流过导体横截面的电荷量,与通电的时间无关,所以A、B、C不符合题意。
电流的大小等于单位时间内通过导体横截面积的电荷量大小,电流越大,单位时间内流过导体横截面的自由电子数越多。
2.如图所示,一根横截面积为S的均匀长直橡胶棒上均匀带有负电荷,每米电荷量为q,当此棒沿轴线方向做速率为v的匀速直线运动时,由于棒运动而形成的等效电流大小为( )A.vqB.C.qvSD.【解析】选A。
在运动方向假设有一截面,在t时间内通过截面的电量Q=vt·q。
等效电流I==vq,故A项正确。
3.安培提出了著名的分子电流假说,根据这一假说,电子绕核运动可等效为一环形电流。
设电量为e的电子以速率v绕原子核沿顺时针方向做半径为r的匀速圆周运动,关于该环形电流的说法,正确的是( )A.电流强度为,电流方向为顺时针B.电流强度为,电流方向为顺时针C.电流强度为,电流方向为逆时针D.电流强度为,电流方向为逆时针【解析】选C。
电子绕核运动可等效为一环形电流,电子运动周期为T=,根据电流的定义式得:电流强度为I===。
因为电子带负电,所以电流方向与电子定向移动方向相反,即沿逆时针方向,所以C正确。
4.如图所示的电解槽接入电路后,在t秒内有n1个1价正离子通过溶液内截面S,有n2个1价负离子通过溶液内截面S,设e为基元电荷,以下说法正确的是( )A.当n1=n2时电流强度为零B.当n1>n2时,电流方向从A→B,电流强度为I=C.当n1<n2时,电流方向从B→A,电流强度I=D.电流方向从A→B,电流强度I=【解析】选D。
本题考查电流方向和电流强度的定义式I=,电荷的定向移动形成电流,金属导体中定向移动的是带负电的自由电子,这时电流的方向与自由电子定向移动方向相反,在电解液导电时,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,所以,电流强度应该是I=,电流方向应是从A→B。
5.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】选B。
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·Δl S=,故B正确。
二、非选择题(本题共2小题,共20分。
要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要注明单位)6.(10分)已知电子的电荷量为e,质量为m,氢原子的电子在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】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:7.(10分)如图是静电除尘器示意图,A接高压电源的正极,B接高压电源的负极,AB之间有很强的电场,空气被电离为电子和正离子,电子奔向正极A的过程中,遇到烟气的煤粉,使煤粉带负电荷,吸附到正极A上,排出的烟就成为清洁的了。
已知每千克煤粉会吸附m mo l电子,每昼夜能除尘n kg,计算高压电源的电流强度I。
(电子电荷量设为e,阿伏加德罗常数为N A,一昼夜时间为t)【解析】根据电流的计算式I=可知,只要求出通过电源的电荷量即可求出高压电源的电流;由于空气电离后空气中的正离子和电子都可以移动,两者产生的电流方向相同,所以流向电源的电荷量Q是煤粉吸附的负电荷电荷量Q′的两倍;煤粉吸附的电荷量Q′=mn N A e,Q′=Q,I=,联立即可解得电流大小I=。
答案:(25分钟50分)一、选择题(本题共6小题,每小题5分,共30分)1.关于电流的说法中正确的是 ( )A.根据I=可知I与q成正比B.如果在两段相等的时间内通过导体横截面的电荷量相等,则导体中的电流是恒定电流C.电流有方向,电流是矢量D.电流的单位“安培”是国际单位制中的基本单位【解析】选D。
依据电流的定义式可知,电流与q、t皆无关,显然选项A是错误的;在任何相等的时间内通过导体横截面的电荷量相等,电流才是恒定电流,所以,选项B也是错误的;电流是标量,故选项C也不对。
2.(2019·安庆高二检测)关于电源和电流,下列说法中正确的是( )A.电流是由大量电荷的无规则运动形成的B.电路中只要有电源,就一定会有电流C.在电源外部,电流从电源的正极流向负极D.电流的方向总是从电源的正极流向负极【解析】选C。
电荷的定向移动形成电流,电荷的无规则运动不会形成电流,故A错误;电路中有电源,如果电路没有闭合,则电路中没有电流,故B错误;在电源外部,电流由电源正极流向电源负极,故C正确;在电源的内部,电流由电源的负极流向正极,故D错误。
故选C。
3.我国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。
当环中的电流是10 mA时(已知电子的速度是3×107 m/s,电荷量为1.6×10-19 C),则在整个环中运行的电子数目的数量级为( )A.105B.108C.1011D.1014【解析】选C。
电子运动一周用的时间为t==s=8×10-6 s,而电流表达式为I=, 则总电荷量为Q=It=0.01×8×10-6C=8×10-8 C,在整个环中运行的电子数目为n==个=5×1011个,数量级为1011。
故选C。
4.(多选)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】选A、B。
截取圆环的任一截面S,则在橡胶环运动一周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。
5.(多选)充电宝是当今流行的移动充电电源,人们可以随时随地给手机充电。
如图为某容量为12 000 mA·h的充电宝,下列说法正确的是( )A.该充电宝储存的电荷量为43 200 CB.该充电宝能给手机充电12 000 hC.该充电宝充电的电流大小为12 000 mAD.若手机通话时平均电流为200 mA,则该充电宝能支持手机通话最长可达60 h【解析】选A、D。
根据公式:q=It=12 000×10-3×3 600 C=43 200 C,故A正确;12 000 mA·h是充电宝的容量,不知道充电宝给手机充电时的电流,所以不能判断出充电的时间,故B错误;12 000 mA·h是充电宝的容量,不表示该充电宝充电的电流大小为12 000 mA,故C错误;若手机通话时平均电流为200 mA,则该充电宝能支持手机通话最长时间为:t′== s=216 000 s=60 h,故D正确。
6.在彩色电视机的显像管中,从电子枪射出的电子在加速电压U的作用下被加速,且形成电流强度为I的平均电流。
若打在荧光屏上的高速电子全部被荧光屏吸收,在t秒内打在荧光屏上的电子数为( ) A. B. C. D.【解析】选B。
在任何相等时间里,电子流动通过的任一横截面的电荷量是相等的,荧光屏是最后的一个横截面,故t时间里通过该横截面的电荷量为:Q=It,可得t时间里打在荧光屏上的电子数目为n==。
二、非选择题(本题共2小题,共20分。
要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要注明单位)7.(10分)(2019·宜春高二检测)导线中的电流是10-8A,导线的横截面积为1mm2。
(1)在 1 s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)?(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)自由电子沿导线移动1 cm,平均需要多少时间?【解析】(1)N===个=6.25×1010个。
(2)由公式I=neSv得v==m/s≈7.4×10-13 m/s。
(3)由v=得t==s≈1.35×1010 s。
答案:(1)6.25×1010个(2)7.4×10-13 m/s(3)1.35×1010s8.(10分)李老师刚买了一个手机,该手机电池的额定容量为1 200 mAh,额定电压为3.7 V。
用了一段时间后,他发现手机的待机时间为10天,请你分析一下,该手机待机状态下的电流是多大?【解析】该手机储存的电荷量为:Q=It=1.2×3 600 C=4 320 C;待机时间为:t′=10天=10×24×3 600 s=864 000 s;则待机电流为:I′==A=0.005 A答案:0.005 A关闭Word文档返回原板块。