2020高考物理一輪復(fù)習(xí)專題8-8與電流微觀表達(dá)式相關(guān)問題千題精練

1、教學(xué)資料范本2020高考物理一輪復(fù)習(xí) 專題8-8 與電流微觀表達(dá)式相關(guān)問題千題精練編 輯： 時(shí) 間： 【20xx 最新】精選高考物理一輪復(fù)習(xí)專題 8-8 與電流微觀表達(dá)式相關(guān)問題千題精練一選擇題1如圖所示為一磁流體發(fā)電機(jī)的示意圖， A、 B是平行正對(duì)的金屬板，等離子體 ( 電離的氣體，由自由電子和陽離子構(gòu)成，整體呈電中性 ) 從左側(cè)進(jìn)入，在 t 時(shí) 間內(nèi)有 n 個(gè)自由電子落在 B板上，則關(guān)于 R中的電流大小及方向判斷正確的是 ( )AI ，從上向下B I ，從上向下CI ，從下向上D I ，從下向上【參考答案】 A2(20xx ·荊州質(zhì)檢 ) 在顯像管的電子槍中，從熾熱的金屬絲不斷放

2、出的電子進(jìn) 入電壓為 U的加速電場(chǎng)，設(shè)其初速度為零，經(jīng)加速后形成橫截面積為 S、電流為 I 的電子束。已知電子的電荷量為 e、質(zhì)量為 m，則在剛射出加速電場(chǎng)時(shí)，一小 段長(zhǎng)為 l 的電子束內(nèi)的電子個(gè)數(shù)是 ( )C.D.A.8 / 10參考答案】 B【名師解析】電子加速后，由動(dòng)能定理知 eUmv2，電子射出加速電場(chǎng)的速度 v ，設(shè)單位長(zhǎng)度內(nèi)自由電子數(shù)為 n，得 I nev ， n ，所以長(zhǎng)為 l 的電 子束內(nèi)的電子個(gè)數(shù)是 N nl ， B正確。3.（20xx ·安徽理綜， 17） 一根長(zhǎng)為 L，橫截面積為 S的金屬棒，其材料的電阻率 為，棒內(nèi)單位體積自由電子數(shù)為 n，電子的質(zhì)量為 m，電

3、荷量為 e。在棒兩端 加上恒定的電壓時(shí)，棒內(nèi)產(chǎn)生電流，自由電子定向運(yùn)動(dòng)的平均速率為v，則金屬圖1棒內(nèi)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小為 （D.SeLvC.nevA. B.【參考答案】 C4. 有一條橫截面積為 S 的銅導(dǎo)線，通過的電流為 I 。已知銅的密度為，摩爾質(zhì) 量為 M，阿伏伽德羅常數(shù)為 NA ， 電子的電荷量為 e。若認(rèn)為導(dǎo)線中每個(gè)銅原 子貢獻(xiàn)一個(gè)自由電子，則銅導(dǎo)線中自由電子定向移動(dòng)的速率可表示為（ ）A.B.C.D.【參考答案】 A 【名師解析】設(shè)銅導(dǎo)線中自由電子定向移動(dòng)的速率為 ，導(dǎo)線中自由電子從一端 定向移到另一端所用時(shí)間為 ，則導(dǎo)線的長(zhǎng)度為 ，體積為 ，質(zhì)量為 ，這段導(dǎo)線中自由電子的數(shù)目為 ，在

4、 時(shí)間內(nèi)這些電子都能通過下一截面，則電流 ，代入解得，解 得電 子定向移 動(dòng)的 速率： ， 故 A 符 合題意 。5. 一根長(zhǎng)為 L，橫截面積為 S 的金屬棒，其材料的電阻率為 。棒內(nèi)單位體積自由電子數(shù)為 n，電子的質(zhì)量為 m，電荷量為 e。在棒兩端加上恒定的電壓時(shí)，棒內(nèi)產(chǎn)生電流、自由電子定 向運(yùn)動(dòng)的平均速率為 v。則金屬 棒內(nèi)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小為（ ）C.【參考答案】 C【 名 師 解 析 】 ,I=neSv,B.D.聯(lián) 立 得 E=nev ， 故 選 C【分析】本題考查電阻定律、歐姆定律和電流的微觀表達(dá)式等，意在考查考生 的綜合分析能力和建模能力?？疾楣浇M合，公式組合在高中物理的考查是很 多

5、的，哪幾個(gè)容易組合出題，要總結(jié)出來，記在心里，當(dāng)看到類似的的題時(shí)， 就聯(lián)想它們。二計(jì)算題1. （20 分）（ 20xx 北京海淀查缺補(bǔ)漏練習(xí)）由某種金屬材料制成的圓柱形導(dǎo) 體，將其兩端與電源連接，會(huì)在導(dǎo)體內(nèi)部形成勻強(qiáng)電場(chǎng)，金屬中的自由電子會(huì)在電場(chǎng)力作用下發(fā)生定向移動(dòng)形成電流。已知電子質(zhì)量為m，電荷量為 e，該金 屬單位體積的自由電子數(shù)為 n。（ 1）若電源電動(dòng)勢(shì)為 E，且內(nèi)阻不計(jì)，a. 求電源從正極每搬運(yùn)一個(gè)自由電子到達(dá)負(fù)極過程中非靜電力所做的功W非；b. 從能量轉(zhuǎn)化與守恒的角度推導(dǎo)：導(dǎo)體兩端的電壓 U等于電源的電動(dòng)勢(shì) E； （ 2）經(jīng)典的金屬電子論認(rèn)為：在外電場(chǎng)（由電源提供的電場(chǎng)）中，金屬中

6、的自 由電子受到電場(chǎng)力的驅(qū)動(dòng)，在原熱運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)上疊加定向移動(dòng)，如圖所示。在定 向加速運(yùn)動(dòng)中，自由電子與金屬正離子發(fā)生碰撞，自身停頓一下，將定向移動(dòng) 所獲得的能量轉(zhuǎn)移給金屬正離子，引起正離子振動(dòng)加劇，金屬溫度升高。自由 電子在定向移動(dòng)時(shí)由于被頻繁碰撞受到阻礙作用，這就是電阻形成的原因。 自由電子定向移動(dòng)的平均速率為 v，熱運(yùn)動(dòng)的平均速率為 u，發(fā)生兩次碰撞之間 的平均距離為 x。由于 v<<u，所以自由電子發(fā)生兩次碰撞的時(shí)間間隔主要由熱運(yùn) 動(dòng)決定。自由電子每次碰撞后的定向移動(dòng)速率均變?yōu)榱?。a. 求該金屬的電阻率 ，并結(jié)合計(jì)算結(jié)果至少說明一個(gè)與金屬電阻率有關(guān)的宏 觀因素；b. 該導(dǎo)體長(zhǎng)度

7、為 L，截面積為 S。若將單位時(shí)間內(nèi)導(dǎo)體中所有自由電子因與正離 子碰撞而損失的動(dòng)能之和設(shè)為 Ek，導(dǎo)體的發(fā)熱功率設(shè)為 P，試證明 P=Ek。（ 2）a. 設(shè)導(dǎo)體長(zhǎng)度為 L，截面積為 S，兩端電壓為 U，通過的電流為 I 。 電子發(fā)生兩次碰撞之間，在原有的勻速運(yùn)動(dòng)（熱運(yùn)動(dòng)）的同時(shí)，疊加在外電場(chǎng) 作用下由靜止開始的勻加速運(yùn)動(dòng)（定向移動(dòng)），但因 v<<u，所以兩次碰撞的平均時(shí)間間隔 t x u電子在外電場(chǎng)中做定向移動(dòng)的加速度Ue amL電子碰撞前瞬間的定向移動(dòng)速度，且（2 分）整理可得導(dǎo)體兩端電壓 （2分）vt 2v vt2mvuL at Uex5 / 1017 / 10q neSv t

8、設(shè)在 t時(shí)間內(nèi)流過導(dǎo)體的電荷量 由可知： I=neSv （2 分） I qt代入 R U 2m2uLI ne2xS與電阻定律比較，有：（2分） R LS 2mu2ne x說明：其他求解方法只要正確同樣給分。 從計(jì)算結(jié)果可知，金屬的電阻率與金屬中單位體積的自由電子數(shù)n、自由電子熱運(yùn)動(dòng)平均速率 u和碰撞的平均距離 x 有關(guān)，所以在宏觀上，電阻率與金屬的種類 和溫度有關(guān)。（只要說出一種因素即可得分） （1 分）2（16分）（ 20xx 北京海淀查缺補(bǔ)漏練習(xí)）對(duì)于同一物理問題，常常可以從宏 觀與微觀兩個(gè)不同角度進(jìn)行研究，找出其內(nèi)在聯(lián)系，從而更加深刻地理解其物 理本質(zhì)。一段橫截面積為 S、長(zhǎng)為 l 的直

9、導(dǎo)線，單位體積內(nèi)有 n 個(gè)自由電子，一 個(gè)電子電量為 e。該導(dǎo)線通有恒定電流時(shí)，導(dǎo)線兩端的電勢(shì)差為 U，假設(shè)自由電 子定向移動(dòng)的速率均為 v。（ 1）求導(dǎo)線中的電流 I ；（ 2）所謂電流做功，實(shí)質(zhì)上是導(dǎo)線中的恒定電場(chǎng)對(duì)自由電荷的靜電力做功。為 了求解在時(shí)間 t 內(nèi)電流做功 W為多少，小紅和小明給出了不同的想法： 小紅記得老師上課講過， W=UIt，因此將第（ 1）問求出的 I 的結(jié)果代入，就可以 得到 W 的表達(dá)式。但是小紅不記得老師是怎樣得出 W=UIt 這個(gè)公式的。小明提 出，既然電流做功是導(dǎo)線中的恒定電場(chǎng)對(duì)自由電荷的靜電力做功，那么應(yīng)該先 求出導(dǎo)線中的恒定電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)，即，設(shè)導(dǎo)體中全部電

10、荷為 q 后，再求出電場(chǎng)力做 的功，將 q代換之后，小明沒有得出 W=UIt的結(jié)果。 E U W qEvt =q U vt請(qǐng)問你認(rèn)為小紅和小明誰說的對(duì)？若是小紅說的對(duì)，請(qǐng)給出公式的推導(dǎo)過程； 若是小明說的對(duì)，請(qǐng)補(bǔ)充完善這個(gè)問題中電流做功的求解過程。 （3）為了更好地描述某個(gè)小區(qū)域的電流分布情況，物理學(xué)家引入了電流密度這 一物理量，定義其大小為單位時(shí)間內(nèi)通過單位面積的電量。若已知該導(dǎo)線中的電流密度為 j ，導(dǎo)線的電阻率為，試證明：?！久麕熃馕觥浚?1）電流的定義式，在 t 時(shí)間內(nèi)，流過橫截面的電荷量 Q=nSvte， QIt因此（ 3 分） I neSv（ 3）由歐姆定律： U=IR，由電阻定律

11、： R lS則，則 U I l U IS l S由電流密度的定義： j Q ISt S故（ 6 分） U j3. 20xx ·北京卷 真空中放置的平行金屬板可以用作光電轉(zhuǎn)換裝置，如圖所 示光照前兩板都不帶電以光照射 A 板，則板中的電子可能吸收光的能量而 逸出假設(shè)所有逸出的電子都垂直于 A板向 B 板運(yùn)動(dòng)，忽略電子之間的相互作 用保持光照條件不變 a和 b為接線柱已知單位時(shí)間內(nèi)從 A 板逸出的電子數(shù)為 N，電子逸出時(shí)的最大動(dòng)能為 Ekm，元電 荷為 e.（1）求 A板和 B板之間的最大電勢(shì)差 Um，以及將 a、b 短接時(shí)回路中的電流 I 短（2）圖示裝置可看作直流電源，求其電動(dòng)勢(shì) E

12、 和內(nèi)阻 r.(3) 在 a和 b之間連接一個(gè)外電阻時(shí)，該電阻兩端的電壓為 U，外電阻上消耗的電功率設(shè)為 P；單位時(shí)間內(nèi)到達(dá) B 板的電子，在從 A 板運(yùn)動(dòng)到 B 板的過程中 損失的動(dòng)能之和設(shè)為 Ek.請(qǐng)推導(dǎo)證明 P Ek.( 注意：解題過程中需要用到、但題目中沒有給出的物理量，要在解題中做必要 的說明)【參考答案】 (1) Ne (2) (3) 略(2) 電源的電動(dòng)勢(shì)等于斷路時(shí)的路端電壓，即上面求出的 Um，所以 EUmEekme 電源內(nèi)阻 r .(3) 外電阻兩端的電壓為 U，則電源兩端的電壓也是 U. 由動(dòng)能定理，一個(gè)電子經(jīng)電源內(nèi)部電場(chǎng)后損失的動(dòng)能 Eke eU 設(shè)單位時(shí)間內(nèi)有 N個(gè)電子

13、到達(dá) B 板，則損失的動(dòng)能之和 EkNeU 根據(jù)電流的定義，此時(shí)電源內(nèi)部的電流 I Ne 此時(shí)流過外電阻的電流也是 I Ne， 外電阻上消耗的電功率 PIU NeU 所以 P Ek.4.(20 分) (20xx 北京海淀二模)用電子加速器產(chǎn)生的高能電子束照射可使一些 物質(zhì)產(chǎn)生物理、化學(xué)和生物學(xué)效應(yīng)，其中電子束焊接是發(fā)展最快、應(yīng)用最廣泛 的一種電子束加工技術(shù)。電子束加工的特點(diǎn)是功率大，能在瞬間將能量傳給工件，而且電子束的能量和位置可以用電磁場(chǎng)精確和迅速地調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控 制。圖 14 甲是電子束加工工件的示意圖，電子槍產(chǎn)生熱電子后被高壓電源加速，經(jīng) 聚焦系統(tǒng)會(huì)聚成很細(xì)的電子束，打在工件上產(chǎn)生高

14、壓力和強(qiáng)能量，對(duì)工件進(jìn)行 加工。圖 14乙是電子加速系統(tǒng)， K是與金屬板 M距離很近的燈絲，電源 E1給 K 加熱可以產(chǎn)生初速度不計(jì)的熱電子， N為金屬網(wǎng)， M、 N接在輸出電壓恒為 U的 高壓電源 E2上， M、N之間的電場(chǎng)近似為勻強(qiáng)電場(chǎng)。系統(tǒng)放置在真空環(huán)境中，通 過控制系統(tǒng)排走工件上的多余電子，保證 N與工件之間無電壓。正常工作時(shí)， 若單位時(shí)間內(nèi)從 K 發(fā)出的電子數(shù)為 n，經(jīng) M、N之間的電場(chǎng)加速后大多數(shù)電子從 金屬網(wǎng) N的小孔射出，少部分電子打到金屬網(wǎng)絲上被吸收，從而形成回路電 流，電流表的示數(shù)穩(wěn)定為 I 。已知電子的質(zhì)量為 m、電量為 e，不計(jì)電子所受的 重力和電子之間的相互作用。（ 1）求單位時(shí)間內(nèi)被金屬網(wǎng) N 吸收的電子數(shù) n；（ 2）若金屬網(wǎng) N 吸收電子的動(dòng)能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，試證明其發(fā)熱功率P=IU；（3）a. 電子在聚焦時(shí)運(yùn)動(dòng)方向改變很小，可認(rèn)為垂直打到工件上時(shí)的速度與從 N中射出時(shí)的速度相同，并假設(shè)電子打在工件上被工件全部吸收不反彈。求電子 束打到工件表