高中物理人教版 (新课标)选修31 电源和电流课后练习题

这是一份高中物理人教版 (新课标)选修31 电源和电流课后练习题，共6页。
A．习惯上规定正电荷定向移动的方向为电流方向
B．国际单位制中，电流的单位是安培，简称安
C．电流既有大小又有方向，所以电流是矢量
D．由I＝eq \f(Q,t)可知，电流越大，单位时间内通过导体横截面的电荷量就越多
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＝1.6×10－19 C)( )
A．3.0×1012 B．1.5×1013
C．7.5×1013 D．3.75×1014
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．0 B．0.8 A
C．1.6 A D．3.2 A
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＝IB B．IA＝2IB
C．IB＝2IA D．不能确定
5．导体中电流I的表达式I＝nqSv，其中S为导体的横截面积，n为导体每单位体积内的自由电荷数，q为每个自由电荷所带的电荷量，v是( )．
A．导体运动的速率 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
6．有一横截面积为S的铜导线，流经其中的电流为I；设每单位长度的导线中有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．nvt B．nvtS
C.eq \f(It,ne) D.eq \f(It,eS)
7．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，设元电荷为e，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＝eq \f(n1－n2e,t)
C．当n1＜n2时，电流方向从B→A，电流强度I＝eq \f(n2－n1e,t)
D．电流方向从A→B，电流强度I＝eq \f(n1＋n2e,t)
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.eq \f(IΔl,eS) eq \r(\f(m,2eU)) B.eq \f(IΔl,e) eq \r(\f(m,2eU))
C.eq \f(I,eS) eq \r(\f(m,2eU)) D.eq \f(ISΔl,e) eq \r(\f(m,2eU))
9．如图所示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，A、B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，遇到烟气中的煤粉，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n ml电子，每昼夜能除尘m kg，计算高压电源的电流强度I. (已知电子的电荷量为e，阿伏加德罗常数为NA，一昼夜时间为t)
2.1电源和电流-能力课时针对练习答案
1．[多选]下列关于电流的说法中，正确的是( )
A．习惯上规定正电荷定向移动的方向为电流方向
B．国际单位制中，电流的单位是安培，简称安
C．电流既有大小又有方向，所以电流是矢量
D．由I＝eq \f(Q,t)可知，电流越大，单位时间内通过导体横截面的电荷量就越多
答案：ABD
解析： 物理学中规定正电荷定向移动的方向为电流的方向，故A正确。国际单位制中，电流的单位是安培，简称安，故B正确。电流既有大小又有方向，但电流不是矢量，是标量，因为电流的运算遵守代数加减法则，不是平行四边形定则，故C错误。由I＝eq \f(Q,t)可知，电流越大，单位时间内通过导体横截面的电荷量就越多，故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，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＝1.6×10－19 C)( )
A．3.0×1012 B．1.5×1013
C．7.5×1013 D．3.75×1014
答案：B
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＝eq \f(Q,q)＝1.5×1013，选项B正确，选项A、C、D错误．
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．0 B．0.8 A
C．1.6 A D．3.2 A
由电流的定义式知I＝eq \f(q,t)＝eq \f(6.4,2) A＝3.2 A，故正确选项为D.
答案：D
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.
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＝IB B．IA＝2IB
C．IB＝2IA D．不能确定
答案：A
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＝eq \f(q,t)可知电流强度相等．
5．导体中电流I的表达式I＝nqSv，其中S为导体的横截面积，n为导体每单位体积内的自由电荷数，q为每个自由电荷所带的电荷量，v是( )．
A．导体运动的速率 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
答案 D
解析 从微观上看，电流决定于导体中单位体积内的自由电荷数、每个自由电荷的电荷量、定向移动速率，还与导体的横截面积有关，故选D.公式I＝nqSv中的v就是自由电荷定向移动的速率．
6．有一横截面积为S的铜导线，流经其中的电流为I；设每单位长度的导线中有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．nvt B．nvtS
C.eq \f(It,ne) D.eq \f(It,eS)
答案A
解析： 横截面积为S的铜导线，流经其中的电流为I，设每单位长度的导线中有n个自由电子，每个自由电子的电荷量为e，此时电子定向移动的速率为v，则I＝nev。则t时间内通过导体横截面的电量：q＝It，自由电子数目可表示为N＝eq \f(q,e)＝eq \f(It,e)＝nvt。故A正确，B、C、D错误。
7．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，设元电荷为e，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＝eq \f(n1－n2e,t)
C．当n1＜n2时，电流方向从B→A，电流强度I＝eq \f(n2－n1e,t)
D．电流方向从A→B，电流强度I＝eq \f(n1＋n2e,t)
答案：D
解析： 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＝eq \f(n1＋n2e,t)，电流方向应是从A→B。
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.eq \f(IΔl,eS) eq \r(\f(m,2eU)) B.eq \f(IΔl,e) eq \r(\f(m,2eU))
C.eq \f(I,eS) eq \r(\f(m,2eU)) D.eq \f(ISΔl,e) eq \r(\f(m,2eU))
答案：B
解析：设单位体积内电子数为n，对电子加速过程应用动能原理：eU＝eq \f(1,2)mv2
所以电子刚出电场时定向移动速度v＝ eq \r(\f(2eU,m))
由电流的微观表达式I＝nSqv得：
n＝eq \f(I,Sqv)＝eq \f(I,Se) eq \r(\f(m,2eU))，
Δl内的电子数为：N＝n·ΔlS＝eq \f(IΔl,e) eq \r(\f(m,2eU))，故B正确。
9．已知铜导线中的电流为1 A，铜导线的横截面积为1 mm2，求：
(1)在1 s内，有多少个电子通过铜导线的横截面？(电子电荷量e＝1.6×10－19 C)
(2)自由电子的平均移动速率多大？(设铜导线中每立方米含有8.5×1028个自由电子)
答案：(1)6.25×1018个 (2)7.35×10－5 m/s
解析：(1)1 s内通过铜导线横截面的电荷量为q＝It＝1 C．所以1 s内通过铜导线横截面的电子个数N＝eq \f(q,e)＝eq \f(1,1.6×10－19)＝6.25×1018(个)．
(2)由电流的微观表达式I＝nqSv得，自由电子的平均移动速率
v＝eq \f(I,nqS)
＝eq \f(1,8.5×1028×1.6×10－19×1×10－6) m/s
≈7.35×10－5 m/s.
10如图所示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，A、B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，遇到烟气中的煤粉，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n ml电子，每昼夜能除尘m kg，计算高压电源的电流强度I. (已知电子的电荷量为e，阿伏加德罗常数为NA，一昼夜时间为t)
答案 eq \f(2mneNA,t)
解析 根据电流强度的定义式I＝eq \f(Q,t).只要能够计算出一昼夜时间内通过的电荷量Q，就能够求解电流强度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′＝eq \f(1,2)Q.
因为Q′＝mneNA，Q＝It，
所以mneNA＝eq \f(1,2)It，I＝eq \f(2mneNA,t).