高中物理 第二章 第1節(jié) 電源和電流課時(shí)作業(yè) 新人教版選修3-1

第1節(jié)電源和電流1．電源的作用是使電路兩端維持一定的電勢差，從而使電路中保持持續(xù)的電流．2．導(dǎo)線中的電場是沿導(dǎo)線切線方向的恒定電場，在靜電場中所講的電勢、電勢差及其與電場強(qiáng)度的關(guān)系，在恒定電場中同樣適用．3．形成電流的條件(1)電路中存在自由電荷；(2)電路兩端存在持續(xù)的電勢差．4．電流的方向：規(guī)定正電荷定向移動的方向?yàn)殡娏鞣较颍?1)在金屬導(dǎo)體中，電流方向與自由電荷(電子)的定向移動方向相反；在電解液中，電流方向與正離子定向移動方向相同，與負(fù)離子定向移動方向相反．(2)恒定電流：方向和大小都不隨時(shí)間變化的電流．5．設(shè)金屬導(dǎo)體的橫截面積為S，單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)為n，自由電子定向移動速度為v，那么在時(shí)間t內(nèi)通過某一橫截面積的自由電子數(shù)為nSvt；若電子的電荷量為e，那么在時(shí)間t內(nèi)，通過某一橫截面積的電荷量為enSvt；若導(dǎo)體中的電流為I，則電子定向移動的速率為eq\f(I,enS).6．下列說法中正確的是()A．導(dǎo)體中只要電荷運(yùn)動就形成電流B．在國際單位制中，電流的單位是AC．電流有方向，它是一個(gè)矢量D．任何物體，只要其兩端電勢差不為零，就有電流存在答案B解析自由電荷定向移動才形成電流，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤．形成電流的條件是導(dǎo)體兩端保持有一定的電勢差，且必須是導(dǎo)體，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤．電流有方向，但它是標(biāo)量，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤．正確選項(xiàng)為B.7．以下說法中正確的是()A．只要有可以自由移動的電荷，就存在持續(xù)電流B．金屬導(dǎo)體內(nèi)的持續(xù)電流是自由電子在導(dǎo)體內(nèi)的電場力作用下形成的C．單位時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體截面的電荷量越多，導(dǎo)體中的電流越大D．在金屬導(dǎo)體內(nèi)當(dāng)自由電子定向移動時(shí)，它們的熱運(yùn)動就消失了答案BC解析自由電子在電場力作用下才定向移動，定向移動時(shí)熱運(yùn)動也同時(shí)進(jìn)行．【概念規(guī)律練】知識點(diǎn)一導(dǎo)線中的電場1．導(dǎo)線中恒定電場的建立過程：在電源正、負(fù)極之間接入導(dǎo)線后，________使得導(dǎo)體中的電荷積累，從而產(chǎn)生________，合電場逐漸趨于與導(dǎo)線________，當(dāng)不再有新的(更多)電荷積累，最后合電場與導(dǎo)線處處________，且不再變化，導(dǎo)線中電荷沿電場(導(dǎo)線)移動形成________，運(yùn)動電荷的分布不隨時(shí)間改變，形成一種________平衡，這兩種電荷形成的合電場叫________．答案電源的靜電場附加電場平行平行恒定電流動態(tài)恒定電場解析導(dǎo)線中的電場是兩部分電場共同貢獻(xiàn)的結(jié)果．首先電源電場使電子沿導(dǎo)線移動，并向?qū)Ь€某一側(cè)聚集，從而產(chǎn)生附加電場．當(dāng)兩個(gè)電場達(dá)到動態(tài)平衡時(shí)，導(dǎo)線內(nèi)只存在和導(dǎo)線平行的電場線，即形成恒定電場．2．關(guān)于導(dǎo)線中的電場，下列說法正確的是()A．導(dǎo)線內(nèi)的電場線可以與導(dǎo)線相交B．導(dǎo)線內(nèi)的電場E是由電源電場E0和導(dǎo)線側(cè)面堆積的電荷形成的電場E′疊加的結(jié)果C．導(dǎo)線側(cè)面堆積電荷分布是穩(wěn)定的，故導(dǎo)線處于靜電平衡狀態(tài)D．導(dǎo)線中的電場是靜電場的一種答案B解析導(dǎo)線內(nèi)的電場線與導(dǎo)線是平行的，故A錯(cuò)；導(dǎo)線中的電場是電源電場和導(dǎo)線側(cè)面的堆積電荷形成的電場疊加而成的，故B對；導(dǎo)線內(nèi)電場不為零，不是靜電平衡狀態(tài)，導(dǎo)線中的電場是恒定電場，并非靜電場的一種，故C、D錯(cuò)．知識點(diǎn)二電流3．關(guān)于電流的方向，下列描述正確的是()A．規(guī)定正電荷定向移動的方向?yàn)殡娏鞯姆较駼．規(guī)定自由電荷定向移動的方向?yàn)殡娏鞯姆较駽．在金屬導(dǎo)體中，自由電子定向移動的方向?yàn)殡娏鞯姆捶较駾．在電解液中，由于正、負(fù)離子的電荷量相等，定向移動的方向相反，故無電流答案AC解析規(guī)定正電荷定向移動的方向?yàn)殡娏鞯姆较?，故A對，B錯(cuò)；金屬導(dǎo)體中定向移動的是自由電子，電子帶負(fù)電，故電子運(yùn)動的方向與電流的方向相反，C對；在電解液中，正、負(fù)離子的電荷量相等，定向移動的方向相反，但有電流，電流的大小等于正、負(fù)離子電荷量的絕對值之和與時(shí)間的比值，D錯(cuò)．點(diǎn)評(1)導(dǎo)體內(nèi)電荷的無規(guī)則運(yùn)動與電荷的定向移動不是一回事，導(dǎo)體兩端存在電勢差時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)的電荷才會定向移動，但電荷的無規(guī)則運(yùn)動是不需要條件的．(2)電流是描述電流強(qiáng)弱的物理量，它有方向，但是個(gè)標(biāo)量．4．某電解池中，若在2s內(nèi)各有1.0×1019個(gè)二價(jià)正離子和2.0×1019個(gè)一價(jià)負(fù)離子通過某橫截面，那么通過這個(gè)截面的電流是()A．0B．0.8AC．1.6AD．3.2A答案D解析電荷的定向移動形成電流，但正、負(fù)電荷同時(shí)向相反方向定向移動時(shí)，通過某截面的電荷量應(yīng)是兩者絕對值的和．故由題意可知，電流由正、負(fù)離子定向運(yùn)動形成，則在2s內(nèi)通過某橫截面的總電荷量應(yīng)為q＝1.6×10－19×2×1.0×1019C＋1.6×10－19×1×2.0×10由電流的定義式知：I＝eq\f(q,t)＝eq\f(6.4,2)A＝3.2A點(diǎn)評電流的大小等于單位時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量，正電荷定向移動形成的電流與負(fù)電荷定向移動形成的電流是等效的，只不過負(fù)電荷定向移動形成的電流的方向與負(fù)電荷定向移動的方向相反而已．知識點(diǎn)三電流的微觀表達(dá)式5．導(dǎo)體中電流I的表達(dá)式為I＝nqSv，其中S為導(dǎo)體的橫截面積，n為導(dǎo)體每單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)，q為每個(gè)自由電荷所帶的電荷量，v是()A．導(dǎo)體運(yùn)動的速率B．電流傳導(dǎo)的速率C．電子熱運(yùn)動的速率D．自由電荷定向移動的速率答案D解析從微觀上看，電流決定于導(dǎo)體中單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)、每個(gè)自由電荷的電荷量、定向移動速率，還與導(dǎo)體的橫截面積有關(guān)，故選D.電荷的定向移動形成電流，這個(gè)定向移動的速率就是電流微觀表達(dá)式I＝nqSv中的v.6．有一橫截面積為S的銅導(dǎo)線，流經(jīng)其中的電流為I，設(shè)每單位體積的導(dǎo)線中有n個(gè)自由電子，每個(gè)自由電子的電荷量為q，此時(shí)電子定向移動的速率為v，則在Δt時(shí)間內(nèi)，通過導(dǎo)體橫截面的自由電子數(shù)目可表示為()A．nvSΔtB．nvΔtC.eq\f(IΔt,q)D.eq\f(IΔt,Sq)答案AC解析此題考查對電流公式I＝q/t的理解及電流的微觀表達(dá)式I＝nqvS的理解．在Δt時(shí)間內(nèi)，以速度v移動的電子在銅導(dǎo)線中經(jīng)過的長度為vΔt，由于銅導(dǎo)線的橫截面積為S，則在Δt時(shí)間內(nèi)，電子經(jīng)過的導(dǎo)線體積為vΔtS.又由于單位體積的導(dǎo)線中有n個(gè)自由電子，在Δt時(shí)間內(nèi)，通過導(dǎo)線橫截面的自由電子數(shù)目可表示為nvSΔt，故A正確．由于流經(jīng)導(dǎo)線的電流為I，則在Δt時(shí)間內(nèi)，流經(jīng)導(dǎo)線的電荷量為IΔt，而電子的電荷量為q，則Δt時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)線橫截面的自由電子數(shù)目可表示為eq\f(IΔt,q)，故C也正確．點(diǎn)評電流的微觀表達(dá)式I＝nqSv，S為導(dǎo)體的橫截面積，v為導(dǎo)體中自由電荷沿導(dǎo)體定向移動的速率，n為導(dǎo)體單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)，從微觀看，電流決定于導(dǎo)體中自由電荷的密度、電荷定向移動的速度，還與導(dǎo)體的橫截面積有關(guān)．【方法技巧練】用等效法求解電流7．半徑為R的橡膠圓環(huán)均勻帶正電，總電荷量為Q，現(xiàn)使圓環(huán)繞垂直環(huán)所在平面且通過圓心的軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動，則由環(huán)產(chǎn)生的等效電流判斷正確的是()A．若ω不變而使電荷量Q變?yōu)樵瓉淼?倍，則等效電流也將變?yōu)樵瓉淼?倍B．若電荷量Q不變而使ω變?yōu)樵瓉淼?倍，則等效電流也將變?yōu)樵瓉淼?倍C．若使ω、Q不變，將橡膠環(huán)拉伸，使環(huán)半徑增大，等效電流將變大D．若使ω、Q不變，將橡膠環(huán)拉伸，使環(huán)半徑增大，等效電流將變小答案AB解析截取圓環(huán)的任一橫截面S，如右圖所示，在橡膠圓環(huán)運(yùn)動一周的時(shí)間T內(nèi)，通過這個(gè)橫截面的電荷量為Q，則有I＝eq\f(q,t)＝eq\f(Q,T)又T＝eq\f(2π,ω)，所以I＝eq\f(Qω,2π)由上式可知，選項(xiàng)A、B正確．8．電子繞核運(yùn)動可等效為一環(huán)形電流，設(shè)氫原子中的電子以速率v在半徑為r的軌道上運(yùn)動，用e表示電子的電荷量，則其等效電流為多大？答案eq\f(ve,2πr)解析等效電流為電子沿圓周持續(xù)運(yùn)動時(shí)產(chǎn)生的．每經(jīng)一個(gè)周期，通過圓周某點(diǎn)的電荷量為e.電子運(yùn)動的周期T＝2πr/v，由I＝q/t得I＝e/T＝ve/(2πr)．方法點(diǎn)撥電荷的運(yùn)動可以等效為電流，計(jì)算中可以選取一定時(shí)間(一般選一個(gè)周期)，此時(shí)間內(nèi)通過截面的電荷量與時(shí)間的比值即為等效電流．1．關(guān)于電流的說法中正確的是()A．根據(jù)I＝q/t，可知I與q成正比B．如果在任何相等的時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量相等，則導(dǎo)體中的電流是恒定電流C．電流有方向，電流是矢量D．電流的單位“安培”是國際單位制中的基本單位答案D解析依據(jù)電流的定義式可知，電流與q、t皆無關(guān)，顯然選項(xiàng)A是錯(cuò)誤的．雖然電流是標(biāo)量，但是卻有方向，因此在任何相等的時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量雖然相等，但如果方向變化，電流也不是恒定電流，所以，選項(xiàng)B也是錯(cuò)誤的．電流是標(biāo)量，故選項(xiàng)C也不對．2．下列有關(guān)電源的電路中，導(dǎo)線內(nèi)部的電場強(qiáng)度的說法中正確的是()A．導(dǎo)線內(nèi)部的電場就是電源所形成的電場B．在靜電平衡時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)部的場強(qiáng)為零，而導(dǎo)體外部的場強(qiáng)不為零，所以導(dǎo)體內(nèi)部的電場不是穩(wěn)定的C．因?yàn)閷?dǎo)體處于電源的電場中，所以導(dǎo)體內(nèi)部的場強(qiáng)處處為零D．導(dǎo)線內(nèi)的電場是由電源、導(dǎo)線等電路元件所積累的電荷共同形成的，導(dǎo)體內(nèi)的電荷處于平衡狀態(tài)，電荷分布是穩(wěn)定的，電場也是穩(wěn)定的答案D解析導(dǎo)線內(nèi)部的電場是電源和導(dǎo)線堆積電荷所形成的兩部分電場的矢量和，穩(wěn)定后不同于靜電平衡(內(nèi)部場強(qiáng)處處為零)，而是場強(qiáng)大小恒定，方向與導(dǎo)線切線一致，是一種動態(tài)的平衡，故A、B、C錯(cuò)．3．關(guān)于電源的作用，下列說法正確的是()A．電源的作用是能為電路持續(xù)地提供自由電荷B．電源的作用是能直接釋放電能C．電源的作用就是保持導(dǎo)體兩端的電壓，使電路中有持續(xù)的電流D．電源的作用就是使自由電荷運(yùn)動起來答案BC解析電源的作用是能直接釋放電能，就是保持導(dǎo)體兩端的電壓，使電路中有持續(xù)的電流，選項(xiàng)B、C正確．4．關(guān)于電流的方向，下列說法中正確的是()A．電源供電的外部電路中，電流的方向是從高電勢一端流向低電勢一端B．電源內(nèi)部，電流的方向是從高電勢一端流向低電勢一端C．電子運(yùn)動形成的等效電流方向與電子運(yùn)動方向相同D．電容器充電時(shí)，電流從負(fù)極板流出，流入正極板答案AD解析在電源的外部電路中，電流從正極流向負(fù)極，在電源的內(nèi)部，電流從負(fù)極流向正極，電源正極電勢高于負(fù)極電勢，所以A正確，B錯(cuò)誤．電子帶負(fù)電，電子運(yùn)動形成的電流方向與電子運(yùn)動的方向相反，C錯(cuò)誤．電容器充電時(shí)，電子流入負(fù)極板，所以電流從負(fù)極板流出，流入正極板．5．關(guān)于電流，下列說法中正確的是()A．通過導(dǎo)體截面的電荷量越多，電流越大B．電子運(yùn)動速率越大，電流越大C．單位時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)線橫截面的電荷量越多，導(dǎo)體中的電流就越大D．因?yàn)殡娏饔蟹较?，所以電流是矢量答案C解析由I＝eq\f(q,t)知q大，I不一定大，還要看t的大小，故A錯(cuò)．由I＝nqSv知，電子運(yùn)動的速率v大，電流不一定大，電流還與n、S有關(guān)，另外電子無規(guī)則熱運(yùn)動速度很大，不能形成電流，故B錯(cuò)．單位時(shí)間通過導(dǎo)線橫截面的電荷量越多，電流越大，C對．電流雖有方向但不是矢量，因合成遵循代數(shù)法則，故D錯(cuò)．6．計(jì)數(shù)器因射線照射，內(nèi)部氣體電離，在時(shí)間t內(nèi)有n個(gè)二價(jià)正離子到達(dá)陰極，有2n個(gè)電子到達(dá)陽極，則計(jì)數(shù)器中的電流為()A．0B．2ne/tC．3ne/tD．4ne/t答案D解析I＝eq\f(q,t)＝eq\f(2ne＋2ne,t)＝eq\f(4ne,t)，故選D.7．北京正負(fù)離子對撞機(jī)的儲存環(huán)是周長為240m的近似圓形軌道．當(dāng)環(huán)中的電流為10mA時(shí)，若電子的速率為十分之一光速．則在整個(gè)環(huán)中運(yùn)行的電子數(shù)目為()A．5×1011個(gè)B．5×1019個(gè)C．1.0×1013個(gè)D．1.0×103個(gè)答案A解析由公式I＝eq\f(q,t)，q＝Ne，t＝eq\f(L,v)得I＝eq\f(Nve,240)，N＝eq\f(240I,ve)＝5×1011個(gè)．8．有甲、乙兩個(gè)由同種金屬材料制成的導(dǎo)體，甲的橫截面積是乙的兩倍，而單位時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量，乙是甲的兩倍，以下說法中正確的是()A．甲、乙兩導(dǎo)體的電流相同B．乙導(dǎo)體的電流是甲導(dǎo)體的兩倍C．乙導(dǎo)體中自由電荷定向移動的速率是甲導(dǎo)體的兩倍D．甲、乙兩導(dǎo)體中自由電荷定向移動的速率大小相等答案B9．示波管中，電子槍兩秒內(nèi)發(fā)射了6×1013個(gè)電子，則示波管中電流強(qiáng)度的大小為()A．9.6×10－6AB．3×10－C．4.8×10－6AD．3×10－答案C10．如圖1所示，電解池內(nèi)有一價(jià)離子的電解液，時(shí)間t內(nèi)通過溶液內(nèi)截面S的正離子數(shù)是n1，負(fù)離子數(shù)是n2，設(shè)元電荷為e，以下解釋中正確的是()圖1A．正離子定向移動形成電流方向從A→B，負(fù)離子定向移動形成電流方向從B→AB．溶液內(nèi)正負(fù)離子向相反方向移動，電流抵消C．溶液內(nèi)電流方向從A到B，電流I＝eq\f(n1e,t)D．溶液內(nèi)電流方向從A到B，電流I＝eq\f(n1＋n2e,t)答案D解析正電荷定向移動方向就是電流方向，負(fù)電荷定向移動的反方向也是電流方向，有正、負(fù)電荷反向經(jīng)過同一截面時(shí)，I＝eq\f(q,t)公式中q應(yīng)該是正、負(fù)電荷電荷量絕對值之和．故I＝eq\f(n1e＋n2e,t)，電流方向由A指向B，故選項(xiàng)D正確．11．一電子沿一圓周順時(shí)針高速轉(zhuǎn)動，周期為10－10s，則等效電流為________