11.1 电源和电流（练习）-【上好课】2024-2025学年高二物理同步精品课堂（人教版2019必修第三册）

第1节 电源和电流 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．某手机电池背面印有的一些符号如图所示。已知元电荷e=1.60×10﹣19C，下列说法正确的是（　　） A．“毫安·时”（mA·h）是电池储存的能量的单位 B．“伏特”（V）是国际单位制中的基本单位 C．若该手机的待机电流为10mA，则手机最多可待机100小时 D．若该电池工作电流为16mA，则每秒内定向通过电源的电子个数为1×1017个 【答案】D 【详解】A．“毫安·时”（mA·h）是指电池放电时能输出的总电荷量，显然不是电池储存的能量的单位，故A错误； B．“伏特”（V）不是国际单位制中的基本单位，是导出单位，故B错误； C．根据该手机电池提供的数据可知，若该手机的待机电流为10mA，则手机最多可待机时间为 故C错误； D．若该电池工作电流为16mA，则每秒内定向通过电源的电子个数为 （个） 故D正确。 故选D。 3．如图所示，将左边的铜导线与右边的铝导线连接起来，已知铝导线的横截面积是铜导线横截面积的两倍，在铜导线上取一个截面A，在铝导线上取一个截面B，若在1秒内垂直地通过它们的电子数相等，那么，通过这两个截面的（   ） A．电流相等 B．电流不相等 C．铜自由电子定向移动的速率大 D．自由电子定向移动的速率相等 【答案】A 【详解】AB．根据电流的定义式有 可知通过这两个截面的电流相等，故A正确，B错误； CD．根据电流的微观表达式可得自由电子定向移动的速率为 由于铜导线和铝导线中单位体积内的自由电子数n未知，所以无法比较两导线中自由电子定向移动的速率，故CD错误。 故选A。 4．（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。 5．两个完全相同的金属小球A、B，球A所带电荷量为＋5Q，球B所带电荷量为-Q．现将球B与球A接触后，移到与球A相距为d处（d远远大于小球半径）．已知静电力常量为k，则此时两球A、B之间相互作用的库仑力大小是（    ） A． B． C． D．. 【答案】A 【详解】而两球接触后再分开平分总电量，故分开后，两球的带电量均为，则根据库仑定律，库仑力为：，A正确． 【点睛】本题考查运用比例法求解物理问题的能力．对于两个完全相同的金属球，互相接触后电量． 6．北京正负电子对撞机的储存环是周长为240m的近似圆形轨道。当储存环中电子以光速的流动而形成10mA的电流时，则储存环中运行的电子数目为（已知光速c=3×108m/s，电子电荷量（　　） A．5×109 B． C． D． 【答案】B 【详解】电子运动一周的时间为 由电流的定义式，可得电量为 在整个环中运行的电子数目为 故选B。 7．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。 8．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。 9．某电解质溶液内，若在1s内各有 个2价正离子和 个1价负离子通过某截面，那么通过这个截面的电流是（　　） A．6.4 A B．3.2 A C．1.6 A D．9.6A 【答案】D 【详解】电流由正、负离子的定向移动形成，那么通过这个截面的电流是 故选D。 10．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/mol，阿伏加德罗常数NA=6.02×1023 mol-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 11．2023年诺贝尔物理学奖授予皮埃尔·阿戈斯蒂尼、费伦茨·克劳斯和安妮·吕利耶三位科学家，以表彰他们将产生阿秒光脉冲的实验方法用于研究物质中的电子动力学。阿秒是一个极小的时间单位。已知1阿秒=秒，光在真空中的传播速度为，则光在真空中传播1阿秒的距离为（　　） A．30nm B．3nm C．0.3nm D．0.03nm 【答案】C 【详解】光在真空中传播1阿秒的距离为 故选C。 12．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。 13．某些肿瘤可以用“质子疗法”进行治疗。在这种疗法中为了能让质子进入癌细胞，首先要实现质子的高速运动，该过程需要一种被称作“粒子加速器”的装置来实现。质子先被加速到较高的速度，然后轰击肿瘤并杀死癌细胞。如图，来自质子源的质子（初速度为零），经加速电压为U的加速器加速后，形成细柱形的质子流。已知细柱形的质子流横截面积为S，质子流内单位体积的质子数为n，其等效电流为I，质子电量为e，则质子的质量为（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】根据电流微观表达式，可得 质子在电场力作用下加速运动，根据动能定理，则有 解得 故A对，BCD错。 故选A。 14．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 15．（1） 电荷的定向移动形成电流，电流是物理量中的基本量之一，求解电流有很多物理模型。如图，有一段粗细均匀的一段导棒，横截面积为S。现两端加一定的电压，导体中的自由电荷沿导体定向移动的平均速率为，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，带电量为e，现利用电流的定义式推导电流的决定式。 （2）经典电磁理论认为：当金属导体两端电压稳定后，导体中产生恒定电场，这种恒定电场的性质与静电场相同。由于恒定电场的作用，导体内自由电子定向移动的速率增加，而运动过程中会与导体内不动的粒子发生碰撞从而减速，因此自由电子定向移动的平均速率不随时间变化。金属电阻反映的是定向运动的自由电子与不动的粒子的碰撞。假设碰撞后自由电子定向移动的速度全部消失，碰撞时间不计。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，带电量为e，现取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，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。如图所示，求金属导体中的电流I。 【答案】（1） ；（2） 【详解】（1）取长为L的导体研究，则金属中自由电子总数量为 长为L的金属的电荷量为 而 电流的定义式 解得电流的决定式 （2）恒定的电场为 则自由电子所受的电场力为 设电子在恒定的电场中由静止加速的时间为t0时的速度为v0，由动量定理 解得 电子定向移动的平均速率为 金属中的电流 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。 试卷第1页，共3页 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！6 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第1节 电源和电流 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 2．某手机电池背面印有的一些符号如图所示。已知元电荷e=1.60×10﹣19C，下列说法正确的是（　　） A．“毫安·时”（mA·h）是电池储存的能量的单位 B．“伏特”（V）是国际单位制中的基本单位 C．若该手机的待机电流为10mA，则手机最多可待机100小时 D．若该电池工作电流为16mA，则每秒内定向通过电源的电子个数为1×1017个 3．如图所示，将左边的铜导线与右边的铝导线连接起来，已知铝导线的横截面积是铜导线横截面积的两倍，在铜导线上取一个截面A，在铝导线上取一个截面B，若在1秒内垂直地通过它们的电子数相等，那么，通过这两个截面的（   ） A．电流相等 B．电流不相等 C．铜自由电子定向移动的速率大 D．自由电子定向移动的速率相等 4．（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 5．两个完全相同的金属小球A、B，球A所带电荷量为＋5Q，球B所带电荷量为-Q．现将球B与球A接触后，移到与球A相距为d处（d远远大于小球半径）．已知静电力常量为k，则此时两球A、B之间相互作用的库仑力大小是（    ） A． B． C． D．. 6．北京正负电子对撞机的储存环是周长为240m的近似圆形轨道。当储存环中电子以光速的流动而形成10mA的电流时，则储存环中运行的电子数目为（已知光速c=3×108m/s，电子电荷量（　　） A．5×109 B． C． D． 7．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． 8．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． 9．某电解质溶液内，若在1s内各有 个2价正离子和 个1价负离子通过某截面，那么通过这个截面的电流是（　　） A．6.4 A B．3.2 A C．1.6 A D．9.6A 10．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/mol，阿伏加德罗常数NA=6.02×1023 mol-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。 11．2023年诺贝尔物理学奖授予皮埃尔·阿戈斯蒂尼、费伦茨·克劳斯和安妮·吕利耶三位科学家，以表彰他们将产生阿秒光脉冲的实验方法用于研究物质中的电子动力学。阿秒是一个极小的时间单位。已知1阿秒=秒，光在真空中的传播速度为，则光在真空中传播1阿秒的距离为（　　） A．30nm B．3nm C．0.3nm D．0.03nm 12．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． 13．某些肿瘤可以用“质子疗法”进行治疗。在这种疗法中为了能让质子进入癌细胞，首先要实现质子的高速运动，该过程需要一种被称作“粒子加速器”的装置来实现。质子先被加速到较高的速度，然后轰击肿瘤并杀死癌细胞。如图，来自质子源的质子（初速度为零），经加速电压为U的加速器加速后，形成细柱形的质子流。已知细柱形的质子流横截面积为S，质子流内单位体积的质子数为n，其等效电流为I，质子电量为e，则质子的质量为（　　） A． B． C． D． 14．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? 15．（1） 电荷的定向移动形成电流，电流是物理量中的基本量之一，求解电流有很多物理模型。如图，有一段粗细均匀的一段导棒，横截面积为S。现两端加一定的电压，导体中的自由电荷沿导体定向移动的平均速率为，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，带电量为e，现利用电流的定义式推导电流的决定式。 （2）经典电磁理论认为：当金属导体两端电压稳定后，导体中产生恒定电场，这种恒定电场的性质与静电场相同。由于恒定电场的作用，导体内自由电子定向移动的速率增加，而运动过程中会与导体内不动的粒子发生碰撞从而减速，因此自由电子定向移动的平均速率不随时间变化。金属电阻反映的是定向运动的自由电子与不动的粒子的碰撞。假设碰撞后自由电子定向移动的速度全部消失，碰撞时间不计。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，带电量为e，现取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，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。如图所示，求金属导体中的电流I。 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． 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． 试卷第1页，共3页 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！6 学科网（北京）股份有限公司 $$