高中物理选修3-1电源与电流练习及答案解析(2)
高中物理选修3-1电源与电流练习及答案解析
6.如图2-1-3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( )
图2-1-3
A.vq B.qv
C.qvS D.qv/S
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=Qt=vq，故A项正确.
7.如图2-1-4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n1，负离子数是n2，设基元电荷为e，以下解释中正确的是( )
图2-1-4
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I=?n1+n2?e2t
D.溶液内电流方向A→B，电流I=?n1+n2?et
解析：选D.正离子定向移动方向为电流方向，负离子定向移动方向和电流方向相反，正、负离子向相反方向移动，电流不能抵消，故A、B错.由于溶液内的电流是正、负离子共同形成的，故C错，D对.
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( )
A.Idev B.2Idev
C.Idv D.2Idv
解析：选B.设质子源与靶间的质子数为n，则I=nedv2=nev2d，n=2Idev.
9.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 B.IneS
C.ρIneSm D.mIneSρ
解析：选D.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，所以电量q=vtSρnem.因电流I=qt=vSρenm，于是得：v=ImneSρ.
高中物理选修3-1电源与电流练习(二)
1.(1)在金属导体中，若10 s 内通过横截面的电荷量为10 C，则导体中的电流为多少安?
(2)某电解槽横截面积为0.5 m2，若10 s 内沿相反方向通过横截面的正、负离子的电荷量均为10 C，则电解液中的电流为多少安?
解析：(1)10 s内通过某一横截面的电量是10 C，
所以 I=qt=10 C10 s=1 A
(2)正电荷形成的电流为I1=10 C 10 s=1 A
负电荷形成的电流为I2=10 C10 s=1 A
因负电荷形成的电流方向与其定向移动方向相反，所以两种电荷形成电流方向相同.
故电解液中的电流为：I=I1+I2=2 A.
答案：(1)1 A (2)2 A
2.导线中的电流是1 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=1.6×10-19C)?
(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，平均要多少时间?
解析：(1)N=qe=Ite=1×11.6×10-19 个=6.25 ×1018个.
(2)由公式I=neSv.
v=I neS=18.5×1028×1.6×10-19×10-6 m/s
=7.4×10-5 m/s.
(3)以这样的速率沿导线传播1 m 需用时
t=17.4×10-5 s=3.8 h.
答案：(1)6.25×1018 (2)7.4×10-5 m/s (3)3.8 h
3.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=qT=eT
再由库仑力提供向心力有：
ke2r2=m4π2T2?r得T=2πre mrk
解得I=e22πr2mkmr.
答案：e22πr2mkmr
高中物理选修3-1电源与电流练习(三)
1.下列叙述中正确的是( )
A.导体中电荷运动就形成电流
B.国际单位制中电流的单位是安
C.电流强度是一个标量，其方向是没有意义的
D.对于导体，只要其两端电势差不为零，电流必定不为零
解析：选BD.电流产生的条件包括两个方面：一是有自由电荷;二是有电势差.导体中有大量的自由电子，因此只需其两端具有电势差即可产生电流，在国际单位制中电流的单位为安.
2.关于电源以下说法正确的是( )
A.电源的作用是在电源内部把电子由负极不断地搬运到正极，从而保持两极之间有稳定的电势差
B.电源的作用就是将其他形式的能转化为电能
C.只要电路中有电源，电路中就一定有电流
D.电源实质上也是一个用电器，也需要外界提供能量
解析：选B.电源的作用是维持正、负极之间恒定的电势差，这需要电源不断地将负电荷向负极聚集，将正电荷向正极聚集，外电路中自由电子在电场力的作用下向正极移动，在电源内部，需要将正极上的电子搬运到负极，维持电势差不变，故A错.从能量角度来看，电源在搬运电荷的过程中，需要克服电场力做功，将其他形式的能转化为电能，B对.电路中有电流不仅需要电源，还需要电路是闭合的，故C错.电源是对电路提供能量的装置，故D错.
3.给一粗细不均匀的同种材料制成的导体通电，下列说法正确的是( )
A.粗的地方电流大，细的地方电流小
B.粗的地方电荷定向移动速率大，细的地方小
C.各处的电流大小相同
D.粗的地方电荷定向移动速率小，细的地方大
解析：选CD.同一根导线上的电流相等，故C对.由I=nqSv知，D对.
4.一个电解槽中，单位体积的正、负离子数都是n，每个离子带电荷量为q，正、负离子的平均定向运动速度都为v，电解槽的横截面积为 S，试求通过电解槽的电流.
解析：在电解槽中，在垂直于v的方向上我们取一横截面，在单位时间内通过这个横截面的正、负离子数均为N=vSn，由于正负离子形成的电流同向，所以，电解槽中的电流为：I=2Nqt=2nqSv1=2nqSv.
答案：2nqSv
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