高中物理 第二章 第1節(jié) 電源和電流課時作業(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為電流方向．(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，與負離子定向移動方向相反．(2)恒定電流：方向和大小都不隨時間變化的電流．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A錯誤．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D錯誤．電流有方向，但它是標量，故選項C錯誤．正確選項為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)當自由電子定向移動時，它們的熱運動就消失了答案BC解析自由電子在電場力作用下才定向移動，定向移動時熱運動也同時進行．【概念規(guī)律練】知識點一導(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________，運動電荷的分布不隨時間改變，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．當兩個電場達到動態(tài)平衡時，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；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．知識點二電流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為電流的方向B．規(guī)定自由電荷定向移動的方向為電流的方向C．在金屬導(dǎo)體中，自由電子定向移動的方向為電流的反方向D．在電解液中，由于正、負離子的電荷量相等，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為電流的方向，故A對，B錯；金屬導(dǎo)體中定向移動的是自由電子，電子帶負電，故電子運動的方向與電流的方向相反，C對；在電解液中，正、負離子的電荷量相等，定向移動的方向相反，但有電流，電流的大小等于正、負離子電荷量的絕對值之和與時間的比值，D錯．點評(1)導(dǎo)體內(nèi)電荷的無規(guī)則運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，導(dǎo)體內(nèi)的電荷才會定向移動，但電荷的無規(guī)則運動是不需要條件的．(2)電流是描述電流強弱的物理量，它有方向，但是個標量．4．某電解池中，若在2s內(nèi)各有1.0×1019個二價正離子和2.0×1019個一價負離子通過某橫截面，那么通過這個截面的電流是()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、負電荷同時向相反方向定向移動時，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、負離子定向運動形成，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點評電流的大小等于單位時間內(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電荷定向移動形成的電流是等效的，只不過負電荷定向移動形成的電流的方向與負電荷定向移動的方向相反而已．知識點三電流的微觀表達式5．導(dǎo)體中電流I的表達式為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為每個自由電荷所帶的電荷量，v是()A．導(dǎo)體運動的速率B．電流傳導(dǎo)的速率C．電子熱運動的速率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，這個定向移動的速率就是電流微觀表達式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個自由電子，每個自由電子的電荷量為q，此時電子定向移動的速率為v，則在Δt時間內(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式I＝nqvS的理解．在Δt時間內(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個自由電子，在Δt時間內(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．點評電流的微觀表達式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)運動一周的時間T內(nèi)，通過這個橫截面的電荷量為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A、B正確．8．電子繞核運動可等效為一環(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)運動時產(chǎn)生的．每經(jīng)一個周期，通過圓周某點的電荷量為e.電子運動的周期T＝2πr/v，由I＝q/t得I＝e/T＝ve/(2πr)．方法點撥電荷的運動可以等效為電流，計算中可以選取一定時間(一般選一個周期)，此時間內(nèi)通過截面的電荷量與時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A是錯誤的．雖然電流是標量，但是卻有方向，因此在任何相等的時間內(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B也是錯誤的．電流是標量，故選項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，導(dǎo)體內(nèi)部的場強為零，而導(dǎo)體外部的場強不為零，所以導(dǎo)體內(nèi)部的電場不是穩(wěn)定的C．因為導(dǎo)體處于電源的電場中，所以導(dǎo)體內(nèi)部的場強處處為零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)部場強處處為零)，而是場強大小恒定，方向與導(dǎo)線切線一致，是一種動態(tài)的平衡，故A、B、C錯．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．電子運動形成的等效電流方向與電子運動方向相同D．電容器充電時，電流從負極板流出，流入正極板答案AD解析在電源的外部電路中，電流從正極流向負極，在電源的內(nèi)部，電流從負極流向正極，電源正極電勢高于負極電勢，所以A正確，B錯誤．電子帶負電，電子運動形成的電流方向與電子運動的方向相反，C錯誤．電容器充電時，電子流入負極板，所以電流從負極板流出，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．電子運動速率越大，電流越大C．單位時間內(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．因為電流有方向，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．由I＝nqSv知，電子運動的速率v大，電流不一定大，電流還與n、S有關(guān)，另外電子無規(guī)則熱運動速度很大，不能形成電流，故B錯．單位時間通過導(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．6．計數(shù)器因射線照射，內(nèi)部氣體電離，在時間t內(nèi)有n個二價正離子到達陰極，有2n個電子到達陽極，則計數(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．北京正負離子對撞機的儲存環(huán)是周長為240m的近似圓形軌道．當環(huán)中的電流為10mA時，若電子的速率為十分之一光速．則在整個環(huán)中運行的電子數(shù)目為()A．5×1011個B．5×1019個C．1.0×1013個D．1.0×103個答案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．8．有甲、乙兩個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個電子，則示波管中電流強度的大小為()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)有一價離子的電解液，時間t內(nèi)通過溶液內(nèi)截面S的正離子數(shù)是n1，負離子數(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，負離子定向移動形成電流方向從B→AB．溶液內(nèi)正負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，負電荷定向移動的反方向也是電流方向，有正、負電荷反向經(jīng)過同一截面時，I＝eq\f(q,t)公式中q應(yīng)該是正、負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D正確．11．一電子沿一圓周順時針高速轉(zhuǎn)動，周期為10－10s，則等效電流為________