人教版高中物理选修3-1作业：2-1电源和电流

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45分钟

限时：45分钟

总分：100分

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＝nqSv(n单位体积中的自由电荷数，q自由电荷的电量，I

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)，

nqS所以无法判断．

答案：B

2．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＝q/t，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：BD

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：D

4．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．1.6mA C．16μA D．0.16μA 解析：I＝q/t＝0.16μA. 答案：D

5．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．0AB．0.8A C．1.6AD．3.2A 解析：I＝q/t ＝

2×5×1018＋1.0×1019

1

×1.6×10－19

＝3.2A. 答案：D

6．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( )

I

A．光速cB. neSC.

ρImI

D. neSmneSρ

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vtSρneqvSρneIm

电量q＝.因电流I＝＝，于是得：v＝. mtmneSρ

答案：D

7．一个半径为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．QB.C.

Q

2π

vtSρ

，所以m

Qω2QωD. 2ππQQω解析：I＝＝. T2π答案：C

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( )

A.C.IΔleSIeS

mIΔlB.2eUemISΔlD.2eUe

m

2eUm 2eU

解析：设加速后电子的速度为v， 1

则eU＝mv2 2

又I＝neSv，n为单位体积内的电子数目，故Δl长内的电子数目N＝nΔlS＝mIΔl·ΔlS＝2eUe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________s.

答案：600

m

2eU

I

eS

图1

11．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，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，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 mol电子，每昼夜能除尘n kg，计算高压电源的电流强度I，电子电量设为e，阿伏加德罗常数为NA，一昼夜时间为t.

Q

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

t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1

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. 2

∵Q′＝mnNAe，Q＝It， 1

∴mnNAe＝It，I＝2mnNAe/t. 2

12．设横截面积为1.0mm2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105m/s，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3.0×108m/s，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．

qI

解：由I＝，且q＝nVe＝nSvte，即I＝neSv，所以v＝，可算出自由电子的定向

tneS移动速率v约为：7.4×10－5 m/s.

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3.0×108m/s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 m/s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 m/s，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．