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文档简介
15/152021北京重点校高二(上)期中物理汇编电源和电流一、多选题1.(2021·北京·101中学高二期中)物理学中常用两个物理量的比值定义一个新的物理量,如速度是用位移与时间的比值来定义的,即,下面四个物理量的表达式属于比值定义的是()A.电阻 B.电势 C.电容 D.电流2.(2021·北京·清华附中高二期中)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判断正确的是()A.若ω不变而使电荷量Q变为原来的2倍,则等效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,则等效电流也将变为原来的2倍C.若使ω、Q不变,将橡胶环拉伸,使环半径增大,等效电流将变大D.若使ω、Q不变,将橡胶环拉伸,使环半径增大,等效电流将变小二、单选题3.(2021·北京四中高二期中)如图所示,电荷量为的点电荷与均匀带电薄板相距2d,点电荷到带电薄板的垂线通过板的几何中心O,图中,A点的电场强度为零。下列说法正确的是()A.薄板可能带正电B.图中B点的电场强度也为零C.带电薄板产生的电场在B点的电场强度大小为D.B、O两点间的电势差与A、O两点间的电势差相等4.(2021·北京师大附中高二期中)一节铅蓄电池的电动势为2V,表示()A.非静电力把1C的正电荷由电源正极经电源内部搬到电源负极时做功为2JB.非静电力把1C的正电荷由电源负极经电源内部搬到电源正极时做功为2JC.非静电力把1C的正电荷由电源正极经电源外部搬到电源负极时做功为2JD.非静电力把1C的正电荷由电源负极经电源外部搬到电源正极时做功为2J5.(2021·北京四中高二期中)在显像管的电子枪中,从炽热的金属丝中不断放出的电子进入电压为U的加速电场,设其初速度为零,经加速后形成横截面积为S、电流为I的电子束。已知电子的电荷量为e、质量为m,则在刚射出加速电场时,一小段长为Δl的电子束内的电子个数是()A. B. C. D.6.(2021·北京·牛栏山一中高二期中)关于电动势及闭合电路欧姆定律,下列说法正确的是()A.电源电动势越大,电源所能提供的电能就越多B.电源电动势等于路端电压C.外电路的电阻越小,路端电压就越大D.电动势在数值上等于电路中通过1C电量时电源为电路提供的电能7.(2021·北京·牛栏山一中高二期中)为解决手机充电问题,市面上出现了免押共享充电宝服务。图示为华为某款充电宝的相关数据,下列说法正确的是()容量10000mA·h匹配系统安卓输入DC\5V\2A输出DC\5V\0.1A~2.5A产品名称小米质量300gA.充电宝充电时将化学能转化为电能B.充电宝放电时将电能转化为化学能C.该充电宝充电时的输入电压为220VD.若该充电宝给电池电荷量为零、容量为3000mA·h的手机充电,则理论上能充满3次8.(2021·北京·人大附中高二期中)有关电压与电动势的说法中正确的是()A.电压与电动势的单位都是伏特,所以电动势与电压是同一物理量的不同叫法B.电动势是电源两极间的电压C.电动势公式E=中W与电压公式U=中的W是一样的,都是电场力做的功D.电动势是反映电源把其他形式的能转化为电能本领强弱的物理量9.(2021·北京·牛栏山一中高二期中)铅蓄电池的电动势为2V,这表示()A.电路通过1库仑电量,电源把2焦耳的化学能转化为电能B.电池内部电压是2VC.电源接入电路时,其两极间的电压总是2VD.电源外部存在着由正极指向负极的电场,内部存在着由负极指向正极的电场10.(2021·北京·北师大实验中学高二期中)金属导电是一个典型的导电模型,值得深入研究。一金属直导线电阻率为ρ,若其两端加电压,自由电子将在静电力作用下定向加速,但电子加速运动很短时间就会与晶格碰撞而发生散射,紧接着又定向加速,这个周而复始的过程可简化为电子以速度v沿导线方向匀速运动。我们将导线中电流与导线横截面积的比值定义为电流密度,其大小用j表示,可以“精细”描述导线中各点电流的强弱。设该导线内电场强度为E,单位体积内有n个自由电子,电子电荷量为e,电子在导线中定向运动时受到的平均阻力为f。则下列表达式正确的是()A. B. C. D.11.(2021·北京·中央民族大学附属中学高二期中)电源、开关、小灯泡、电压表等连接成如图所示的电路,小灯泡上标有“0.6A1.5W”字样,电源的电动势为3V,电压表为理想表,导线电阻不计。闭合开关,小灯泡恰好正常发光。小灯泡正常发光时,一分钟内通过灯泡的电荷量为()A.0.6C B.3.6C C.36C D.360C三、解答题12.(2021·北京·101中学高二期中)电场线和等势面可以形象地描述静电场。已知点电荷的电场线和等势面分布如图所示,等势面、到点电荷的距离分别为、,静电力常量k。(1)请根据电场强度的定义和库仑定律推导出点电荷Q的场强表达式;(2)在物理学中,把电场强度的大小E与垂直于场强方向的面积S的乘积定义为电场强度通量,定义式为,可以反映穿过该面电场线条数的多少。我们还知道,电场线的疏密反映了空间区域电场强度的大小。请计算、上单位面积通过的电场线条数之比;(3)点电荷形成的电场中,某一点的电势可以用表示,该式仅由静电力常量k、点电荷Q的电量及该点到点电荷的距离r决定。一个质量为m、电荷量为e的电子仅在电场力的作用下,以适当的速度可沿该电场的某一等势面做匀速圆周运动。①若电子在距点电荷距离为r的等势面上顺时针做匀速圆周运动时,可等效为环形电流,求等效电流的大小和方向;②若电子分别在等势面、上做匀速圆周运动时,点电荷与电子组成的系统具有的总能量的比值。(结果用已知量表示)13.(2021·北京·北师大实验中学高二期中)导线中自由电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。(1)一段通电直导线的横截面积为S,单位体积内自由电子个数为n,自由电子定向运动的速率为v,电子的电荷量为e。①根据电流的定义式,推导该导线中电流的表达式;②如图所示,电荷定向运动时所受洛伦兹力的矢量和,宏观上表现为导线所受的安培力。按照这个思路,请你尝试由安培力的表达式推导出洛伦兹力的表达式。(2)经典物理学认为金属导体中恒定电场形成稳恒电流。金属导体中的自由电子在电场力的作用下,做定向运动,在此过程中,不断与金属离子发生碰撞。通过电场力和碰撞“阻力”做功,将电场能转化为内能,使金属离子的热运动更加剧烈,这就是焦耳热产生的原因。设金属导体长为L,横截面积为S,两端电压为U,电阻为R,通过的电流为I。请从大量自由电荷在电场力作用下,宏观上表现为匀速运动的做功和能量的转化守恒的角度,推导:在时间t内导线中产生的焦耳热可表达为Q=I2Rt(所需的其他中间量,可以自己设令)14.(2021·北京·101中学高二期中)研究宏观现象的微观本质是物理学的重要课题。对电流和电阻的微观本质的研究推动了相关科学和技术的不断发展。(1)电流的产生依赖于导体内部自由电荷的定向移动。假设一段金属导体内部单位体积的自由电子数为n,电子电量为e,导体横截面积为S,电子定向移动的速率为ν,试推导电流强度I与以上物理量之间的关系。(2)实质上,电子在定向移动的过程中会与金属导体内部的原子核发生碰撞,并损失动能,这部分能量转化为焦耳热。大量电子的碰撞可以等效为沿导线方向的平均阻力。设想电子受到的平均阻力正比于电子的定向移动速率ν,即,k称为阻力系数,为已知的常量。试利用上述信息与(1)中的已知条件和结果,构造物理模型,求出金属导体的电阻率的表达式,并结合表达式说明结果的合理性(至少说出一条)。15.(2021·北京·101中学高二期中)氢原子中核外电子绕核做半径为r的匀速圆周运动。已知电子的质量为m,电荷量为e,静电力常量为k。不考虑相对论效应。(1)求电子的动能。(2)选离核无限远处电势能为0,电子的电势能,求氢原子的能量。(3)求电子绕核运动形成的等效电流I。
参考答案1.BCD【详解】A.公式是电阻的决定式,不属于用比值来定义物理量的表达式.A错误;B.电势电势通过电势能与电量的比值来定义,是比值定义,B正确;C.电容是极板上的电荷量与极板之间的电势差的比值,即是比值定义,C正确;D.电流是通过某截面的电荷量与所用时间的比值,电流公式是比值定义,D正确。故选BCD。2.AB【详解】截取圆环的任一截面S,如题图所示,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,所以I=A.由I=可知,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,故A正确;B.由I=可知,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,故B正确;CD.由I=可知,若使ω、Q不变,将橡胶环拉伸,使环的半径增大,对电流没有影响,故CD错误。故选AB。3.C【详解】A.正电荷q在A点激发的电场强度方向向左,A点的电场强度为零,根据电场的矢量合成,知薄板带负电,故A错误;B.由对称性可知:薄板在B点激发的电场强度与A点的电场强度大小相等,方向相反,则薄板在B点激发的电场强度方向水平向左,正电荷在B点的电场强度方向也为水平向左,故B点的电场强度不为零,故B错误;C.正电荷q在A点形成的电场强度的大小为方向向左,因A点场强为零,故薄板在A点的场强方向向右,大小也为,由对称性可知薄板在B点的场强大小也为,故C正确;D.如果没有正电荷q,B、O两点间的电势差与A、O两点间的电势差相等相等,现在有正电荷q,空间电场线等势面分布不再对称,B、O两点间的电势差与A、O两点间的电势差不相等,故D错误。故选C。4.B【详解】一节铅蓄电池的电动势为2V,非静电力把1C的正电荷由电源负极经电源内部搬到电源正极时做功为2J,故B正确,ACD错误。故选B。5.B【详解】在加速电场中有得在刚射出加速电场时,一小段长为的电子束内电量为则电子个数故选B。6.D【详解】A.电源电动势越大,电源将其他形式的能转化为电能的本领就越大,不能说电源所能提供的电能就越多,A错误;B.电源的电动势等于内、外电路电压之和,路端电压是指外电路电压,B错误;C.由可知外电路的电阻越小,路端电压就越小,C错误;D.根据电动势的定义式可知电源电动势在数值上等于电路中通过1C电荷量时电源提供的能量,D正确。故选D。7.D【详解】AB.充电宝充电时将电能转化为化学能,放电时将化学能转化为电能,故AB错误;C.该充电宝充电时的输入电压为5V,故C错误;D.若该充电宝给电池电荷量为零、容量为3000mA·h的手机充电,则理论上能充满的次数为故D正确。故选D。8.D【详解】电压与电动势是两个不同的概念,电动势是反映电源把其他形式的能转化为电能本领大小的物理量,电动势定义式公式中E=W是非静电力做功电压定义的公式U=W是静电力做功,电动势等于电源没有接入电路时两极间的电压。故选D。9.A【详解】A.根据电动势的定义可知,电路通过1库仑电量,电源把2焦耳的化学能转化为电能。A正确;B.只有当外电路短路时,电池内部电压才是2V。B错误;C.电源接入电路时,其两极间的电压是外电压,只有电路断开时,路端电压才是2V。C错误;D.电源外部存在着由正极指向负极的电场,内部也存在着由正极指向负极的电场。D错误。故选A。10.C【详解】AB.电流的微观表达式为,所以电流密度为AB错误;C.根据电场强度与电压的关系有C正确;D.电子匀速运动,有D错误。故选C。11.C【详解】闭合开关,小灯泡恰好正常发光,说明小灯泡中的电流达到额定电流,即0.6A,因此在一分钟内通过小灯泡的电荷量是q=It=0.6×60C=36CABD错误,C正确。故选C。12.(1);(2);(3)①,逆时针方向;②【详解】(1)在距Q为r的位置放一电荷量为q的试探电荷,据库仑定律可知,试探电荷受到的电场力为由场强的定义可得联立解得,点电荷Q的场强表达式为(2)由题意可得,穿过某一等势面的电场强度通量为故穿过如图所示的两等势面的电场线条数相等,则穿过两等势面的单位面积上的电场线条数之比为(3)①若电子在距点电荷距离为r的等势面上顺时针做匀速圆周运动时,由于电子带负电,可等效为逆时针方向的环形电流,据库仑定律及牛顿第二定律可得由电流的定义可得,电流的大小为联立解得②据库仑定律及牛顿第二定律可得则电子的动能为电子的电势能为点电荷与电子组成的系统具有的总能量为故电子分别在等势面、上做匀速圆周运动时,点电荷与电子组成的系统具有的总能量的比值为13.(1)①见解析;②见解析;(2)见解析【详解】(1)①.在时间t内流过导线横截面的电子数N=nvSt通过导线横截面的总电荷量Q=Ne导线中电流联立以上三式可得I=nvSe②.导线受安培力的大小F安=BIL,长L的导线内的总的带电粒子数N=nSL又I=nvSe电荷定向运动时所受洛伦兹力的矢量和,表现为导线所受的安培力,即Nf=F安联立以上三式可以推导出洛伦兹力的表达式f=evB(2)设金属导体长为L,横截面积为S,两端电压为U,导线中的电场强度金属导体中单位体积中的自由电子数为n,则金属导体中自由电子数N=nSL自由电子的带电量为e,连续两次碰撞时间间隔∆t,定向移动的速度为v,则一次碰撞的能量转移eEv∆t=mv′2-0一个自由电子在时间t内与金属离子碰撞次数为;金属导体中在时间t内全部自由电子与金属离子碰撞,产生的焦耳热又I=neSvU=I
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