2016-2017学年高二物理人教版选修3-1（第2-1 电源和电流） Word版含解析

2016-2017学年高二物理人教版选修3-1（第2-1 电源和电流） Word版含解析

绝密★启用前 人教版选修3-1 第二章 恒定电流 第1课时 电源和电流 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．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 ‎ ‎ ‎2．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E0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 ‎ ‎ ‎3．通过甲、乙两导线横截面的电荷量之比为3∶5，甲、乙两导线通电时间之比为3∶2，则通过甲、乙两导体的电流之比为(　　)‎ A． 1∶5 B． 2∶5‎ C． 5∶2 D． 5∶1‎ ‎ ‎ ‎4．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n1，负离子数是n2，设元电荷为e，则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A→B 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到B，电流I＝‎ D．溶液内电流方向从A到B，电流I＝‎ ‎ ‎ ‎5．半径为R的橡胶圆环均匀带正电荷，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 ‎ ‎ ‎6．通常一次闪电过程历时约0.2～0.3 s，它由若干个相继发生的闪击构成。每个闪击持续时间仅40～80 μs，电荷转移主要发生在第一个闪击过程中。在某一次闪电前云地之间的电势差约为1.0×109 V，云地间距离约为1 km；第一个闪击过程中云地间转移的电荷量约为6 C，闪击持续时间约为60 μs。假定闪电前云地间的电场是均匀的。根据以上数据，下列判断正确的是（）‎ A．闪电电流的瞬时值可达到1×105 A B．整个闪电过程的平均功率约为1×1014 W C．闪电前云地间的电场强度约为1×106 V/m D．整个闪电过程向外释放的能量约为6×106 J ‎ ‎ ‎7．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 ‎ ‎ ‎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． B． C． D．‎ ‎ ‎ 第Ⅱ部分 非选择题 二、非选择题：本题4个小题。将符合题意的内容填写在题目中的横线上，或按题目要求作答。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分；有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。‎ ‎9．设金属导体的横截面积为S，单位体积内的自由电子数为n，自由电子定向移动速度为v，若电子的电量为e，那么在时间t内，通过某一横截面积的电量为_____；若导体中的电流I，则电子定向移动的速率为______。‎ ‎ ‎ ‎10．导体中的电流是5 μA，那么在3.2 s内有_____C的电荷定向移动通过导体的横截面，相当于_____个电子通过该截面。‎ ‎ ‎ ‎11．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，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 mol电子，每昼夜能除尘n kg，试计算高压电源的电流I。设电子电荷量为e，阿伏加德罗常数为NA，一昼夜时间为t。‎ ‎ ‎ ‎12．有一条横截面积S＝1 mm2的铜导线，通过的电流I＝1A。已知铜材料的密度ρ＝8.9×103 kg/m3，铜的摩尔质量M＝6.4×10－2 kg/mol，阿伏加德罗常数NA＝6.02×1023 mol－1，电子电荷量e＝－1.60×10－19 C。求铜导线中自由电子定向移动的速率。‎ 人教版选修3-1 第二章 恒定电流 第1课时 电源和电流 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。‎ ‎2． ‎ ‎【答案】B ‎【解析】导线内的电场线与导线是平行的，故A错；导线中的电场是电源电场和导线侧面的堆积电荷形成的电场叠加而成的，故B对；导线内电场不为零，不是静电平衡状态，导线中的电场是恒定电场，并非静电场的一种，故C、D错。‎ ‎3． ‎ ‎【答案】B ‎【解析】由电流的计算式I＝得：，B正确。‎ ‎4． ‎ ‎【答案】AD ‎【解析】正离子的定向移动方向就是电流方向，负离子定向移动的反方向是电流方向，故选项A正确；有正、负离子反向经过同一截面时，I＝公式中q应该是正、负离子所带电荷量的绝对值之和，故I＝，电流方向由A指向B，故选项D正确，B、C选项错。‎ ‎5． ‎ ‎【答案】AB ‎【解析】截取圆环的任一截面S，如图所示，在橡胶圆环运动一周的时间T内，通过这个截面的电荷量为Q，‎ 则有：I＝＝‎ 又T＝‎ 所以I＝‎ 可以看出ω不变、Q变为原来2倍、电流加倍，A对；Q不变ω加倍时，电流也加倍，B对；由I＝知，电流大小与环半径无关，C、D错，选A、B。‎ ‎6． ‎ ‎【答案】AC ‎【解析】由电流的定义式I＝知I＝ A＝1×105A，A正确；整个过程的平均功率P＝＝＝ W＝3×1010W(t代0.2 s或0.3 s)，B错误；由E＝＝ V/m＝1×106V/m，C正确；整个闪电过程向外释放的能量为电场力做的功W＝qU＝6×109J，D错。‎ ‎7． ‎ ‎【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，公式I＝nqSv中的v就是自由电荷定向移动的速率，故选D。‎ ‎8． ‎ ‎【答案】B ‎【解析】设质子源与靶间的质子数为n，则I＝＝，n＝，选项B正确。‎ 第Ⅱ部分 非选择题 二、非选择题：本题4个小题。将符合题意的内容填写在题目中的横线上，或按题目要求作答。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分；有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。‎ ‎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： ‎ ‎10． ‎ ‎【答案】1.6×10﹣5 1.0×1014‎ ‎【解析】根据电流的定义式I=得，‎ ‎3.2 s内通过导体横截面的电荷量q=It=5×10﹣6×3.2C=1.6×10﹣5 C n===1.0×1014‎ ‎11． ‎ ‎【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＝7.5×10－5 m/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。‎ 由于时间t内这些电子全部通过右端横截面，因此通过横截面的电荷量是 把这个式子代入，得 从中解出：‎ 代入数值后得：v＝7.5×10－5 m/s