高中物理人教版 (2019)必修 第三册1 电源和电流优秀当堂检测题

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1．如图为某款扫地机器人，其由的锂电池供电，额定功率为。其中“”反映的物理量是（ ）
A．电流B．电荷量C．电能D．电阻
【答案】B
【详解】由
可知
可知“”是电荷量的单位，反映的物理量是电荷量。
故选B。
2．如图为某手机电池的铭牌，第一行标有“3.8V，3000mAh（11.4Wh）”。对该铭牌参数的分析，下列说法正确的是（ ）
A．铭牌中的Wh是功率的单位
B．铭牌中的mAh是能量的单位
C．该电池放电时能输出的总能量约为11.4J
D．该电池放电时能输出的总电荷量约为
【答案】D
【详解】A．W是功率的单位，h是时间的单位，根据量纲与物理量之间的关系可知，Wh为能量的单位，故A错误；
B．mA是电流的单位，h是时间的单位，根据量纲与物理量之间的关系可知，mAh为电荷量的单位，故B错误；
C．根据电池名牌中的数据可知，该电池放电时能输出的总能量约为
故C错误；
D．该电池放电时能输出的总电荷量约为
故D正确。
故选D。
3．电解池，如果在1s内共有5×108个二价正离子和1×1019个一价负离子通过面积0.1m2某横截面积，那么通过这个横截面积的电流是（ ）
A．0B．0.8AC．1.6AD．3.2A
【答案】C
【详解】电荷的定向移动形成电流，其中正电荷定向移动的方向为电流的方向，而负电荷定向移动的方向为电流的反方向，根据电流的定义式可得通过这个横截面积的电流是
故选C。
4．两个完全相同的金属球甲和乙所带的电荷量分别为、，其中。现用一根导线将两金属球直接相连，经时间t，两小球的电荷分布稳定。则这段时间内，流经导线的平均电流为（ ）
A．B．C．D．
【答案】D
【详解】两完全相同的金属球相互接触后，电荷均分，故电荷分布稳定时，每个金属球的电荷量均为
对甲球分析：甲球减少的电荷量即通过导线横截面的电荷量，为
流过导线的平均电流为
故选D。
5．有研究发现，动物与植物的细胞膜两侧存在电位差，某神经细胞传递信号时，离子从细胞膜一侧流到另一侧形成跨膜电流，若将该细胞膜视为的电容器，在内细胞膜两侧的电势差从变为，则该过程中跨膜电流的平均值为（ ）
A．B．C．D．
【答案】B
【详解】细胞膜两侧电荷量的变化量为
平均电流为
代入数据得
故选B。
6．采用电解法可以测量阿伏加德罗常数。用两块铜片作两极，以CuSO4溶液为电解质溶液进行电解，Cu2+在阴极上得到电子析出金属铜，使铜片增重，作为阳极的铜片溶解而减重。电极反应分别为阴极：Cu2++2e-=Cu，阳极：Cu-2e-=Cu2+。电解时，电流强度为I，经过时间t阴极铜片增加的质量为m，铜的摩尔质量为M，电子的电量为e，则阿伏加德罗常数为（ ）
A．B．C．D．
【答案】B
【详解】电流强度为I，令经过时间t阴极铜片得到的电荷量为q，根据电流的定义式有
阴极铜片增加的质量为m，则有
解得
故选B。
电流强度的微观表达式
7．（多选）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v0，导体中通过的电流为I，则下列说法正确的有（ ）
A．自由电子定向移动的速率v0
B．自由电子定向移动的速率为
C．电场传播的速率为真空中的光速c
D．自由电子定向移动的速率为
【答案】BC
【详解】ABD．自由电子做无规则热运动的速率并非自由电子定向移动的速率，自由电子的定向移动会在导体内形成电流，而根据电流的微观表达式
可得自由电子定向移动的速率为
故AD错误，B正确；
C．电场传播的速率为真空中的光速c，故C正确。
故选BC。
8．将质子加速到一定的速度可以杀死某些肿瘤癌细胞。如图所示，来自质子源的质子（初速度为零），经加速电压为的加速器加速后，形成细柱形的质子流。已知质子流等效电流为，质子的质量为，电荷量为，则质子流单位长度内的质子数是（ ）
A．B．C．D．
【答案】B
【详解】质子在加速电场中加速过程中，根据动能定理得
质子流等效电流为I，质子的质量为m，电荷量为e，N为单位体积内的质子数，根据电流微观表达式得
I=NevS
联立解得
质子流单位长度内的质子数是
故选B。
9．有一条铜导线，横截面积为S=1mm2，通过的电流I=1A。已知铜的密度ρ=8.9×103kg/m3，铜的摩尔质量M=6.4×10-2kg/ml，阿伏加德罗常数NA=6.02×1023 ml-1，铜导线中平均每个铜原子贡献一个自由电子。求铜导线中自由电子定向移动的速率。
【答案】7.5×10-5 m/s
【详解】单位体积内自由电子数为
I=neSv
联立解得
v==7.5×10-5 m/s
等效电流
10．北京正负电子对撞机的储存环是半径为R的圆形轨道，当环中电子以光速的沿环运动而形成I的等效电流时，环中运行的电子数目为（已知光速为c，电子电荷量为e）（ ）
A．B．C．D．
【答案】D
【详解】电子在圆形轨道运动的周期为
根据电流定义式可得
联立可得环中运行的电子数目为
故选D。
11．北京时间2023年10月3日，据诺贝尔奖官方网站公布，2023年诺贝尔物理学奖颁发给Pierre等三位物理学家，以表彰他们“为研究物质中的电子动力学而产生阿秒光脉冲的实验方法”。阿秒（as）这种时间尺度，适合用来描述电子在原子内部运动的情况，，例如电子绕氢原子核一周大约是。已知电子所带电荷量为，氢原子核外电子绕原子核做匀速圆周运动。根据以上信息估算氢原子核外电子绕核运动的等效电流大约为（ ）
A．B．C．D．
【答案】A
【详解】根据电流的定义式
故选A。
12．如图所示，探究电解质溶液导电性实验时，电解液的横截面积为，若每秒内有的正离子和的负离子沿相反方向通过此横截面，则此时电解质溶液中电流强度为（ ）
A．0B．C．D．
【答案】D
【详解】电解液中电流是由正负离子同时向相反方向定向移动形成的，通过横截面的总电量是两种离子电量绝对值之和，根据电流强度的定义式可知
故选D。
13．电动自行车因为经济、环保、便捷，深受群众欢迎，普及率很高。但超标电动车问题突出，也带来很多安全隐患，为此我国制定了电动自行车的新国标，如最高车速不超过、自重不超过等。芜湖市也出台了相关规定，电动自行车必须上牌，超标车要限期禁止上路等。如果一辆新国标电动自行车充满电时电池容量为、电压，电动车以速度匀速行驶时电池放电电流恒为，当电池从满电到剩余电量为总容量的20%时，该电动车理论上已经行驶了多少公里?
【答案】
【详解】从满电到剩余电量为总容量的时，共放电
则放电时间（即电动车行驶时间）为
所以电动车理论上已经行驶的距离为
14．如图所示，橡胶圆环的横截面积S 远小于圆环的半径，圆环均匀带电，总的带电量为q，现在使圆环绕过圆心O所在的轴（轴与圆环所在的平面垂直）以某一角速度做匀速转动，已知圆环上的某个电荷的线速度为v，弧 AB 对应的弧长为L，对应的圆心角为θ（用弧度制来表示的），则圆环产生的等效电流为（ ）
A．B．
C．D．
【答案】A
【详解】设圆环运动一周的时间为 T，在时间 T 内通过圆环上任意一横截面S的总电荷量就是圆环上所带的总电荷量q，由电流的定义可得圆环产生的等效电流为
由圆弧的几何关系可得圆弧的半径为
由匀速圆周运动的规律可得
联立解得
则有
故选A。
15．（1）电荷之间的作用力是通过电场产生的，地球对物体的万有引力也可认为是通过“引力场”来实现的。请类比电场强度的定义方法，写出地球“引力场强度”的定义式，并结合万有引力定律，推导距离地心为处的引力场强度的表达式，已知万有引力常量为G。（请对其中涉及的物理量做出必要说明）
（2）经典电磁理论认为：当金属导体两端电压稳定后，导体中产生分布不随时间变化的恒定电场。恒定电场中，任何位置的电荷分布和电场强度都不随时间变化，它的基本性质与静电场相同，在恒定电场的作用下，金属中的自由电子做定向加速运动，在运动过程中与导体内不动的粒子不断碰撞，每次碰撞后定向移动的速度减为0。碰撞阻碍了自由电子的定向运动，结果是大量自由电子定向移动的平均速度不随时间变化。某种金属中单位体积内的自由电子数量为n，自由电子的质量为m，所带电荷量为e，如图所示，由该种金属制成的长为L，横截面积为S的圆柱形金属导体，将其两端加上恒定电压U。为了简化问题，假设自由电子连续两次与不动的粒子碰撞的时间间隔平均值为。
a、自由电子从静止开始加速时间为时的速度v；
b、求金属导体中的电流I
【答案】（1）见解析；（2）a.；b.
【详解】（1）电荷在处的电场强度定义式
类比电场强度可得，引力场强度定义式为
距离地心为处受到的万有引力
距离地心为处的引力场强度的表达式
式中G为引力常量，M为地球质量，r为距地心的距离。
（2）a.恒定电场的场强
则自由电子所受电场力

加速度为
设电子在恒定电场中由静止加速的时间为t0时的速度为v，则
v=at0
解得
b.电子定向移动的平均速率

金属导体中产生的电流

则可得
16．（2015·上海·高考真题）重粒子肿瘤治疗装置中的回旋加速器可发生+5价重离子束，其电流强度为，则在1s内发射的重离子个数为（）
A．B．C．D．
【答案】B
【详解】根据公式，可得在单位时间内发射的粒子的电荷量为，故个数为个，D正确；
17．（2021·江苏·高考真题）有研究发现，某神经细胞传递信号时，离子从细胞膜一侧流到另一侧形成跨膜电流，若将该细胞膜视为的电容器，在内细胞膜两侧的电势差从变为，则该过程中跨膜电流的平均值为（ ）
A．B．C．D．
【答案】D
【详解】根据
Q=CU
可知
∆Q=C∆U=10-8×(30+70)×10-3C=10-9C
则该过程中跨膜电流的平均值为
故选D。