2.1电源和电流（答案含解析）—人教版高中物理选修3-1 同步训练

1、2.1电源和电流同步训练一、单选题(共30分)1(本题3分)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。如图所示，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，其等效电流为I；质子的质量为m，其电量为e.那么这束质子流内单位体积的质子数n是( )ABCD2(本题3分)在地面上插入一对电极M和N，将两个电极与直流电源相连，大地中形成恒定电流和恒定电场恒定电场的基本性质与静电场

2、相同，其电场线分布如图，P、Q是电场中的两点下列说法正确的是( )AP点场强比Q点场强大BP点电势比Q点电势高CP点电子的电势能比Q点电子的电势能大D电子沿直线从N到M的过程中所受电场力恒定不变3(本题3分)在显像管的电子枪中，从炽热的金属丝不断放出的电子进入电压为的加速电场，设其初速度为零，经加速后形成横截面积为、长为的电子束。已知电子的电荷量为、质量为，射出加速电场时单位长度电子束内的电子个数是，则电子束的电流强度为（ ）ABCD4(本题3分)安培提出了著名的分子电流假说，根据这一假说，电子绕核运动可等效为一环形电流。设带电荷量为e的电子以速率v绕原子核沿顺时针方向做半径为r的匀速圆周运动

3、,其电流的等效电流强度I和方向为（ ）Aev2r顺时针 Bver顺时针 Cve2r逆时针 Dver逆时针5(本题3分)对电流概念的正确理解是( )A通过导体横截面的电荷量越多，电流越大B导体的横截面越大，电流越大C单位时间内通过导体横截面的电荷量越多，电流越大D导体中的自由电荷越多，电流越大6(本题3分)关于导线中的电场，下列说法正确的是()A导线内的电场线可以与导线相交B导线内的电场E是由电源电场E0和导线侧面堆积电荷形成的电场E叠加的结果C导线侧面堆积电荷分布是稳定的，故导线处于静电平衡状态D导线中的电场是静电场的一种7(本题3分)下列有关有电源的电路中，导线内部的电场强度的说法中正确的是

4、( )A导线内部的电场就是电源所形成的电场B在静电平衡时，导体内部的场强为零，而导体外部的场强不为零，所以导体内部电场不是稳定的C因为导体处于电源的电场中，所以导体内部的场强处处为零D导线内部的电场是由电源、电线等电路元件所积累的电荷共同形成的，导体内的电荷处于平衡状态，电荷分布是稳定的，电场也是稳定的8(本题3分)经典物理学认为金属的电阻源于定向运动的自由电子与金属离子（即金属原子失去电子后的剩余部分）的碰撞，且金属导体中通过恒定电流形成了稳恒的电场，已知铜的电阻率为，单位体积内的自由电子数量为n，自由电子的质量为m、带电荷量为e，假设自由电子与金属离子碰撞后减速到零，且碰撞时间极短，则铜导

5、线中自由电子连续两次与金属离子碰撞的时间间隔的平均值为（ ）ABCD9(本题3分)上海世博会中稳定运营的36辆超级电容客车吸引了众多观光者的眼球据介绍，电容车在一个站点充电30秒到1分钟后，空调车可以连续运行 3公里，不开空调则可以坚持行驶 5公里，最高时速可达 44公里超级电容器可以反复充放电数十万次，其显著优点有：容量大、功率密度高、充放电时间短、循环寿命长、工作温度范围宽如图所示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，下列说法不正确的是()A充电电流约为4 800 AB放电能持续的时间超过10分

6、钟C若汽车一直停在车库，则电容器完全漏完电，时间将超过100天D所储存电荷量是手机锂电池“4.2 V,1 000 mAh”的40倍10(本题3分)导体中的电流是这样产生的：当在一根长度为l、横截面积为S，单位体积内自由电荷数为n的均匀导体两端加上电压U，导体中出现一个匀强电场产生，导体内的自由电子（-e）受匀强电场力作用而加速，同时由于与阳离子碰撞而受到阻碍，这样边反复碰撞边向前移动，可以认为阻碍电子向前运动的阻力大小与电子移动的平均速率v成正比，即可以表示成kv（k是常数）当电子所受电场力和阻力大小相等时，导体中形成了恒定电流，则该导体的电阻是（ ）ABCD二、多选题(共16分)11(本题4

7、分)关于电流的方向，下列说法中正确的是()A在电源供电的外部电路中，电流的方向是从高电势一端流向低电势一端B电源内部，电流的方向是从高电势一端流向低电势一端C电子运动形成的等效电流方向与电子运动方向相同D电容器充电时，电流从负极板流出，流入正极板12(本题4分)有一横截面积为S的铜导线，流经其中的电流为I，设每单位体积的导线中有n个自由电子，电子的电荷量为q。此时电子的定向移动速度为v，在t时间内，通过铜导线横截面的自由电子数目可表示为（）AnvStBnqvtCD13(本题4分)截面积为S的导线中通有电流I已知导线每单位体积中有n个自由电子，每个自由电子的电荷量是e，自由电子定向移动的速率是v

8、，则在时间t内通过导线横截面的电子数是（）A B C D 14(本题4分)图为一块手机电池的背面印有的一些符号，下列说法正确的是（ ）A指的是该电池放电时能输出的总电荷量B该电池的电动势为C该电池充满电可提供的电能为D若该手机的待机电流为，手机最多可待机小时三、填空题(共8分)15(本题4分)某金属导体，若30s内有36C的电荷量通过导体的横截面，则每秒钟内有_个自由电子通过该导体的横截面，导体中的电流为_A。（电子的电荷量为1.6×10-19C）16(本题4分)导体的电阻为5，当导体两端所加电压为12mV时，通过导体的电流为_，1min内通过导体横截面的电量为_四、解答题(共46分

9、)17(本题8分)如图，来自质子源A的质子（初速度为零），经PQ两板间的匀强电场加速，形成电流强度为I=1mA的细柱形质子流，已知质子电荷e=1.60×10-19C。不计质子的重力和质子间相互作用力。（1）这束质子流每秒打到靶板Q的质子数为多少；（2）在质子束中与质子源A相距和4的两处，各取一段极短的相等长度的质子流，其中的质子数分别为n1和n2，则为多大？18(本题8分)一根长为L2m，横截面积S1×103m2的铜棒，两端电势差为U5.44×102V，铜棒的电阻R2×105，铜内自由电子的密度为n8.5×1029个·m3，求：(1)

10、通过铜棒的电流；(2)铜棒内电场强度；(3)自由电子定向移动速率19(本题10分)导线中带点粒子的定向移动形成电流，电流可以从宏观和微观两个角度来认识，一段通电直导线的横截面积为S，单位体积的带电粒子数为n，导线中每个带电粒子定向移动的速率为v，粒子的电荷量为q，并认为做定向运动的电荷时正电荷 (1)试推导出电流的微观表达式I=nvSq (2)如图所示，电荷定向运动时所受洛伦磁力的矢量和，在宏观上表现为导线所受的安培力按照这个思路请你尝试由安培的表达式推导出洛伦磁力的表达式20(本题10分)一根长为2m，横截面积为2.0×10-5m2的铜棒，将其两端与电动势4.0×10-2

11、 V，内阻不计的电源连接，铜棒的电阻为2.0×10-3 ，铜内自由电子密度为8.0×1029 m-3。求：(1)通过铜棒的电流；(2)铜棒内的电场强度；(3)自由电子定向移动的速率。(4)不考虑电源内阻，请你从能量转化与守恒的角度推导：铜棒两端的电压U等于电源的电动势E。21(本题10分)一根长为L2 m，横截面积S1.6×103 m2的铜棒，两端电势差为U5.0×102 V，铜棒的电阻R2.19×105 ，铜内自由电子密度为n8.5×1029 m3.求：(1)通过铜棒的电流(2)铜棒内的电场强度(3)自由电子定向移动的速率参考答案1

12、D【解析】【分析】【详解】质子被加速时： 由于 解得A，与结论不相符，选项A错误；B，与结论不相符，选项B错误；C，与结论不相符，选项C错误；D，与结论相符，选项D正确；故选D.2B【解析】试题分析：由于电极M、N与直流电源相连，因此M、N可等效为两个等量异种电荷，电场线的疏密表示了场强大小，故选项A错误；沿着电场线方向电势逐点降低，且等势面与电场线相垂直，故选项B正确；由于P点电势比Q点电势高，电子带负电，因此P点电子的电势能比Q点电子的电势能低，故选项C错误；电子沿直线从N到M的过程中，由于电场强度先变小后变大，因此所受电场力也先变小后变大，故选项D错误考点：本题主要考查了等量异种电荷电场

13、特性的应用，以及等效法的运用问题，属于中档题3A【解析】【详解】根据动能定理得：得到：在刚射出加速电场时，一小段长为的电子束内电子电量为：单位长度内的电子数：联立解得：故A正确，BCD错误。故选A。4C【解析】【详解】电子绕核运动可等效为一环形电流，电子运动周期为:T=2rv根据电流的定义式得：电流强度为:I=qt=eT=ve2r因为电子带负电，所以电流方向与电子定向移动方向相反，即沿逆时针方向，故C正确，选项ABD错误。【点睛】本题是利用电流强度的定义式求解电流，这是经常用到的思路，要知道电流方向与正电荷定向移动方向相同，而与负电荷定向移动方向相反。5C【解析】根据电流的定义可知，单位时间内

14、通过导体横截面积的电量越多，电流越大，所以C正确，ABD错误思路分析：根据电流的定义分析试题点评：本题考查了电流的定义6B【解析】【详解】A、导线内的电场线与导线是平行的，A错误；B、导线中的电场是电源电场和导线侧面的堆积电荷形成的电场叠加而成的，B正确；CD、导线内电场不为零，不是静电平衡状态，导线中的电场是恒定电场，并非静电场的一种，C错误、D错误。故选：B。7D【解析】导线内部的电场是由电源、电线等电路元件所积累的电荷共同形成的，导体内的电荷处于平衡状态，电荷分布是稳定的，电场也是稳定的，D正确8B【解析】设金属导电材料内的电场强度为E，电子定向移动的加速度为： ,经过时间t获得的定向移

15、动速度为： ；在时间t内的平均速度为：；根据电流的微观表达式有： ，根据欧姆定律有： ；联立解得：，故选B.点睛：本题要注意能分析物理情况，建立物理模型，把握各个量之间的联系，要注意电流微观表达式反映了宏观与微观的联系，要在理解的基础上记牢9B【解析】【分析】【详解】A. 电容器的额定电压 U=48V，电容C=3000F，则所能储存的电荷量为Q=CU，充满电所用时间为30 s,所以充电电流为，故A正确，不符合题意 B.电容器的额定电压 U=48V，电容C=3000F，则所能储存的电荷量为Q=CU，放电时，放电能持续的时间，小于10分钟，故B错误符合题意C. 电容器的额定电压 U=48V，电容C

16、=3000F，则所能储存的电荷量为Q=CU，漏电电流为10 mA，所以故C正确，不符合题意，D. 手机锂电池“4.2V，1000mAh”的电荷量 q=It=1×3600C=3600C，则Q=40q，故D正确不符合题意故选B10C【解析】【详解】由题意可知当电场力与阻力相等时形成恒定电流，则有：，解得：，则导体中的电流，则由欧姆定律可得：，故C正确，A、B、D错误；故选C【点睛】由受力平衡可求得电荷定向移动的速度，由是流的微观表达式可求得电流；再由欧姆定律可求得导体的电阻11AD【解析】【详解】AB、在电源供电的外部电路中，电流从正极流向负极，在电源的内部，电流从负极流向正极，电源正极

17、电势高于负极电势，所以A正确，B错误；C、电子带负电，电子运动形成的电流方向与电子运动的方向相反，C错误；D、电容器充电时，电子流入负极板，所以电流从负极板流出，流入正极板，D正确。12AC【解析】【分析】【详解】AB通过铜导线横截面的自由电子数目可表示为单位体积的自由电子数乘以体积，即A正确，B错误；CD根据电流的定义式则通过铜导线横截面的自由电子数目可表示为C正确，D错误。故选AC。13BC【解析】【详解】AB. 已知导线每单位体积中有n个自由电子，在时间t内电子形成的体积为，所以在时间t内通过导线横截面的电子数为，故A错误；B正确；CD.根据电流的定义，所以在t内通过导线横截面的电荷量为

18、，每个电子的电荷量为e,所以在时间t内通过导线横截面的电子数是，故C正确，D错误。14ABD【解析】A由电池的数据可以知道，该电池的容量为，故A正确；B电场的电动势是，故B正确；C依据公式，再依据电能公式，故C错误；D若待机时的电流为，理论上可待机，故D正确故选ABD【点睛】本题考查读取电池铭牌信息的能力电池的容量是指电池所能释放的总电量15 7.5×1018 1.2【解析】金属靠自由电子导电，电子带负电，其电荷量大小为e=1.6×1019C，所以在每秒钟内通过该导体横截面的自由电子数为n=qet=361.6×1019×30=7.5×1018；

19、导体中的电流为I=Qt=3630A=1.2A1600024A 0144C【解析】试题分析:由欧姆定律得：;1min内通过导体横截面的电量为：考点: 电流、电压概念。17（1）；（2）2:1【解析】【分析】【详解】根据电流公式联立得个由于质子在匀强电场中做匀加速直线运动，设与质子源A相距l和的两处质子的速度分别为和，有，可知设所取质子流截面积为S，两处质子数密度分别为和，则由于质子流形成的电流处处相等，均为，则有可知又所取极短的质子流的长度d相等，即可视为体积相等，则这两段质子数分别为，则18(1)2.72×103A(2)2.72×102V/m(3)2×105m/s【解析】(1)I2.72×103A(2)E2.72×102V/m(3)vm/s2×105m/s【名师点睛】由欧姆定律可求出通过铜棒的电流；由U=Ed可求得铜棒内的电场强度；设自由电子定向移动的速率为v和导线中自由电子从一端定向移到另一端所用时间为t，求出导线中自由电子的数目，根据电流的定义式推导出电流的微观表达式，解得