11.1 电源和电流 分层同步练习 -2025-2026学年高二上学期物理人教版必修第三册

1. 电源和电流 一、必备知识基础练 题组一　对电源和电流的理解与计算 1.(多选)(2025广东阳江月考)关于电源的作用,下列说法正确的是(　　) A.电源的作用是保持导体两端的电势差,使电路中有持续的电流 B.电源的作用是将自由电荷从电路的一端搬运到另一端 C.电源的作用是能为电路持续地提供自由电荷 D.电源的作用是使自由电荷由静止开始运动起来 2.某一电路中每分钟有6×1013个自由电子通过横截面积为1 mm2的导线,电子电荷量e=1.60×10-19 C,那么该电路中的电流是(　　) A.0.016 mA B.1.6 mA C.0.16 μA D.1.6 μA 题组二　电流的微观表达式 3.对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.各处的电流大小相等 D.粗的地方电荷定向移动速率与细的地方相同 4.铜的摩尔质量为m,密度为ρ,每摩尔铜原子有n个自由电子,每个自由电子的电荷量为e,今有一根横截面积为S的铜导线,通过电流为I时,电子定向移动的平均速率为(　　) A.光速c B. C. D. 二、关键能力提升练 5.石墨烯因为具有高导电性、高导热性、高强度和独特的二维结构,在工业界被誉为“新材料之王”,并在能源装备、交通运输、航空航天、电子信息等传统和新兴产业领域呈现出良好的应用前景。假设某石墨烯电池容量为5 000 mA·h,充满电的时间为6 min,则充电电流为(　　) A.50 A B.5 A C.500 mA D.50 mA 6.在导体中有电流通过时,下列说法正确的是(　　) A.电子定向移动速率接近光速 B.电子定向移动速率即是电场传导速率 C.电子定向移动速率即是电子热运动速率 D.在金属导体中,自由电子只不过在速率很大的无规则热运动上附加了一个速率很小的定向移动 7.(2025山东菏泽期中)如图为某汽车用的超级电容器,规格为“48 V,3 000 F”,放电电流为1 000 A,漏电电流为10 mA,充满电所用时间为30 s,下列说法正确的是(　　) 车用“48 V,3 000 F”超级电容器模块 A.充电电流为480 A B.放电能持续的时间超过10 min C.若汽车一直停在车库,则电容器完全漏完电,时间不会超过100天 D.超级电容器充满电后所储存的电荷量是规格为“4.2 V,1 000 mA·h”手机锂电池的40倍 8.(多选)半径为R的橡胶圆环均匀带正电,总电荷量为Q,现使圆环绕垂直环所在的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(　　) 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,将橡胶圆环拉伸,使环半径增大,电流将变大 D.若使ω、Q不变,将橡胶圆环拉伸,使环半径增大,电流将变小 9.(多选)如图所示,两段长度和材料相同的金属导线a、b,各段粗细均匀,单位体积内的自由电子数相等,横截面积之比为Sa∶Sb=1∶2。已知5 s内有5×1018个自由电子通过导线a的横截面,则(　　) A.流经导线a的电流为0.16 A B.流经导线b的电流为0.32 A C.5 s内有1×1019个自由电子通过导线b的横截面 D.自由电子在导线a和b中移动的速率之比va∶vb=2∶1 10.(2024江苏宿迁阶段练习)某导线中的电流I=1×10-8 A,导线的横截面积S=1 mm2。已知电子电荷量e=1.6×10-19 C,导线每立方米内有n=8.5×1028个自由电子。求: (1)在1 s内定向移动通过导线横截面的电子个数N; (2)自由电子定向移动的速度大小v; (3)自由电子沿导线定向移动1 cm所需要的时间t。 11.某摄影爱好者拍摄到的闪电如图所示,闪电产生的电压、电流是不稳定的,假设这次闪电产生的电压可等效为2.5×107 V,电流可等效为2×105 A,历时1×10-3 s。 (1)若闪电定向移动的是电子,这次闪电产生的电荷量以0.5 A的电流给小灯泡供电,能维持多长时间? (2)这次闪电释放的电能是多少? 三、核心素养拔高练 12.(2024山东东营高二期中)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零。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t0。求: (1)自由电子从静止开始加速时间为t0时的速度v; (2)金属导体中的电流I。 参考答案 1.AB　电源的作用是将自由电荷从电路的一端搬运到另一端,保持外电路两端有电势差,使电路中有持续的电流,A、B正确;导体中本来就有自由电荷,电源的作用不是为电路持续地提供自由电荷,C错误;自由电荷本身也做无规则的运动,电源的作用是保持导体两端有持续的电势差,使自由电荷发生定向移动,从而使电路中产生电流,D错误。 2.C　根据电流的定义式,可得I= A=0.16 μA,故选C。 3.C　同一根导体上的电流相等,故A错误,C正确;由I=nqSv可得v=,粗的地方电荷定向移动速率小,细的地方电荷定向移动速率大,故B、D错误。 4.D　设电子定向移动的平均速率为v,那么在t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,物质的量为,自由电子数为,所以电荷量q=,由I=得v=,D正确。 5.A　石墨烯电池容量为5 000 mA·h,充满电的时间为6 min=0.1 h,则充电电流I==50 000 mA=50 A。故选A。 6.D 7.D　根据规格可知,充满电时电荷量Q=CU=144 000 C,充电电流为I1==4 800 A,故A错误;放电电流为1 000 A,忽略漏电电流,放电能持续的时间为t2==144 s<3 min,故B错误;电容器完全漏完电的时间t3==14 400 000 s≈166.7天,故C错误;规格为“4.2 V,1 000 mA·h”的手机锂电池的电荷量为Q'=1 000×3.6 C=3 600 C,=40,故D正确。 8.AB　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=。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,A正确。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,B正确。若使ω、Q不变,将橡胶圆环拉伸,使环半径增大,电流不变,C、D错误。 9.AD　因a、b串联,通过两导线的电流相等,有I= A=0.16 A,故A正确,B错误;因a、b串联,通过两导线的电荷量相等,则5 s内有5×1018个自由电子通过导线b的横截面,故C错误;由I==neSv'可知,当I、n、e相同时,自由电子的定向移动速率与横截面积成反比,则有,故D正确。 10.解析 (1)电子个数N==6.25×1010个。 (2)由公式I=neSv得 v= m/s≈7.4×10-13 m/s。 (3)由v=得t= s≈1.4×1010 s。 答案 (1)6.25×1010个 (2)7.4×10-13 m/s (3)1.4×1010 s 11.解析 (1)根据电流的定义式I= 可得,q=It=2×105×1×10-3 C=200 C 供电时间t'= s=400 s。 (2)这次闪电释放的电能E=qU=200×2.5×107 J=5×109 J。 答案 (1)400 s　(2)5×109 J 12.解析 (1)恒定电场的电场强度为E=,则自由电子所受电场力F=Ee= 根据牛顿第二定律得,自由电子在电场中的加速度为 a= 根据运动学公式得v=at0 解得v=。 (2)电子定向移动的平均速率 金属导体中产生的电流I=neS。 答案 (1)　(2) 5 学科网（北京）股份有限公司 $