人教版高中物理必修第三册专练：电源和电流

专题11.1电源和电流

【人教版】

【题型1电源的认识、电流的形成】...............................................................

【题型2电流定义式的应用】.....................................................................

【题型3电流微观决定式的应用】.................................................................

【题型4联系实际问题】..........................................................................

【题型5电解液中的电流】........................................................................

【题型6等效电流问题】..........................................................................

【题型1电源的认识、电流的形成】

【例1】下列叙述中，产生电流的条件是（）

A.有自由电子B.,导体两端存在电势差

C.任何物体两端存在电压D.导体两端有恒定电压

答案：B

【变式1-1］下列说法中正确的是（）.

A.电流的方向就是电荷移动的方向

B.在某一直流电源的外电路上，电流的方向是从电源正极流向负极

C.电流都是由电子的移动形成的

D.电流是有方向的最，所以是矢量

答案：B

【变式1-2］关于电流，下列说法中正确的是（）

A.通过导体横截面的电荷量越多，电流越大

B.电子运动的速率越大，电流越大

C.单位时间内通过导体横截面的电荷量越多，导体中的电流越大

D.因为电流有方向，所以电流是矢量

解析：选C电流的大小等于单位时间内流过导体横截面的电荷量，故A错，C对；电流的微观表达式/

=/沼5。，包流的大小由单位体积的电荷数、每个电荷所带电荷量、导体的横截面积和电荷定向移动的速率

共同决定，故B错：矢量运算遵循平行四边形定则，标量的运算遵循代数法则，电流的运算遵循代数法则，

故电流是标量，所以D错。

【变式1-3］下列关于电流的说法中，正确的是（)

A.金属导体中，电流的传播速率就是自由电子定向移动的速率，

B.温度升高时，金属导体中自由电子热运动加快，电流也就加大

C.电路接通后，电子就由.电源出发，只要经过一个极短的时间就能达到用电器

D.通电的金属导体中，自由电子的运动是热运动和定向移动的合运动，电流的传播速率等于光速

答案：D

【题型2电流定义式的应用】

【例2】（多选）如图所示是一款MP4播放器，随着这种产品的出现，人们可以在旅途中观看电影，让原本

枯燥的旅途变得充满乐趣.MP4的充电电池多为锂电池，假设锂电池的充电电流为500mA,则以下说法正

确的是（）

A.1s内通过电池某一横截面的目荷量为500c

B.Is内通过电池某一横截面的电荷量为0.5C

C.充电过程把其他形式的能转化为电能

D.充电过程把电能转化为其他形式的能

解析：由电流的定义式得g=〃=0.5C,故A错，B对.充电过程是将也能转化为其他形式的能储存起来，

故C错，D对.

答案：BD

【变式2-1】氢弹造价高，寿命短，难保存。最主要的原因就是其中的瓶核怕会发生0衰变生成氮核柏e,

其半衰期为12.5年。若一枚氢弹中有1kg僦核;H,假设僦核沿衰变产生的电子全部定向运动，已知电子电

荷量为I,6X10-'9C,阿伏加德罗常数为6X1023皿。「为年约为3.2X10’则一个半衰期内形成的平均电

流约为（）

A.4X104AB.4XJ0-2A

C.8AD.8X10-2A

解析:选B1kg氤核所含分子数％=斑\,其中机=1kg,M为氤核的摩尔质量。半衰期7内，有;N个

分子发生衰变，即释放如个电子，又/=3,其中/=r,q=；Ne,得/=4X1（）—2A,故选B。

【变式2-2】施核汩发生p衰变成为氮核对e。假设含病材料中怕发生［3衰变产生的电子可以全部定向移动，

在3.2X104s时间内形成的平均电流为5.0X108Ao已知电子电荷量为1.6X10-19C,在这段时间内发生p

衰变的余核泊的个数为（）

A.5.0X1014B.1.0X10'6

C.2.0X1016D.1.0X1018

答案B

解析由q=〃，联立解得〃=1.0义10叱选项B正确。

【变式2-3】重离子肿瘤治疗装置中的回旋加速器可发射+5价重离子束，其电流强度为L2X1（）-5A,则在

1s内发射的重离子个数为（e=1.6X1019Q（）

A.3.0X1012B.1.5X1O13

C.7.5X1013D.3.75X1014

解析：离子是+5价的，则每个离子的包荷量是9=5X1.6X|（fi9c,ls内发射的重离子的电荷量是Q=

1.2XI0-5C,所求离子的个数为N得=1.5X10”，选项B正确，选项A、C、D错误.

答案：B

【题型3电流微观决定式的应用】

【例3】一根横截面积为S的铜导线，通过的电流为/。已经知道铜的密度为小铜的摩尔质量为M,电子

电荷量为e,阿伏加德罗常数为NA，设每个铜原子只提供一个自由电子，则铜导线中自由电子定向移动速

率为（）

MIMINAZ/VANS

ApMSe&pSeC，MpSeMp

解析：选A设自由电子定向移动的速率为。，导线中自由电子从一端定向移到另一端所用时间为人对铜

导体研究：每个铜原子可提供一个自由电子，则铜原子数目与自由电子的总数相等，为〃=粤乂\,/时间

ivl

内通过导体截面的电荷量为4="3则电流强度为/=3=2蜉9，解得。=悬:，故选A。

【变式3-1】一个电解槽中，单位体积内的正负离子数都为n,每个离子的带电量为q,正负离子的平均定

向速度率都为v,电解槽的横截面积为S,试求通过电解槽的电流强度。

答案：2nSvq（注意：正负离子向相反方向移动）

【变式3-2］（多选）有一横截面积为S的铜导线，流经其中的电流为/。已知每单位体积的导线中有〃个自由

电子，电子的电荷量为e,此时电子的定向移动的速度为。。在4时间内，通过导线横截面的自由电子数

目可表示为（）

B.—C.D.

Seenv^tnSv^t

解析：选BD由于流经导线的电流为/,则在4时间内，流经导线的电荷量为Q=/Af,而电子的电荷量为

e,则/时间内通过导线横截面的自由电子数目可表示为N=?=@,A错误，B正确；在加时间内，以速

度u移动的电子在铜导线中通过的距离为aV,由于铜导线的横板面积为S,则在加时间内，电子经过的导

线体积为。A/S,又由于单位体积的导线有八个自由电子，则在&时间内，通过导线横截面的自由电子数目

可表示为N=〃。SAf,C错误，D正确。

【变式3-3】如图所示，一根长为3横截面积为S的金属棒，其材料的电阻率为〃，棒内单位体积自由电

子数为〃，电子的质量为机，电荷量为。。在棒两端加上恒定的电压时，棒内产生电流，自由电子定向运动

的平均速率为。，则金属棒内的电场强度大小为（）

niv1mv2Sn

A•五B.^

C.pnev

答案C

解析欧姆定律/=*电流的微观表达式/=〃扇,电阻定律R=4,则金属棒内场强大小为"%牛=〃〃皿

故选项C正确。

【题型4联系实际问题】

【例4】某一探测器因射线照射，内部气体.电离，在时间t内有n个二价正离子到达阴极，有2n个电子到

达探测器的阳极，则探测器电路中的电流为（）.

A.0B.2ne/tC.3ne/tD.4ne/t

答案：D

【变式4-1］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/的电子束.已知电子的电荷量为《、质量为相，则在刚射出加

速电场时，一小段长为△，的电子束内的电子个数是（）

答案B

解析在加速电场中有得o=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〃=予=半^^正确•

【变式4-2】飞机在空气中飞行时，其表面因不断与空气摩擦而带电，某次飞行中形成的电流约为32山\,

则飞机单位时间内增加的电荷展约为()

A.32mCB.32gC

C.18mCD.18gC

答案B

解析由夕=〃知g=32XlpC=32pC,故B正确。

【变式4-3】某兴趣小组调查一条河流的水质情况，通过计算结果表明，被污染的河里一分钟内有相当J-6C

的正离子和9C的负离子向下游流去，则取样时这条河流的等效电流大小和方向分别是()

A.0.25A顺流而下B.0.05A顺流而下

C.0.25A逆流而上D.0.05A逆流而上

答案D

解析在一分钟内通过横截面的总电荷量为夕=6C—9c=-3C,所以电流/=f=0.05A,方向与河水的

流动方向相反，即电流的方向为逆流而上，选项D正确.

【题型5电解液中的电流】

【例5】在如图所示的电解槽中,如果在4s内各有8c的正、负电荷通过面积为0.8m2的横截面Ak那么:

(1)王、负离子定向移动的方向如何？

(2)电解槽中的电流方向如何？

(3)4s内通过横截面AB的电荷量为多少？

(4)电解槽中的电流为多大？

解析：(1)电源与电解槽中的两极用连后，左侧电极电势高于右侧电极，电极之间电场方向由左指向右，故

正离子向右移动，负离子向左移动.

(2)电解槽中的电流方向向右.

(3)8C的正电荷向右通过横截面AR,而XC的负电荷向左通过该横截而，相当于又有XC正电荷向右通过

横板面，故4s内通过横截面A8的电荷量为16c.

(4)电流/=/=牛A=4A.

答案：(1)正离子向右移动，负离子向左移动

(2)向右(3)16C(4)4A

【变式5-1】某电解液中，若在2s内各有LOX1。©个二价正离子和2.0X1019个一价负离子通过某横截面,

那么通过这个横截面的电流是()

A.0B.0.8A

C.1.6AD.3.2A

解析：由题意知，电流由正、负离子定向运动形成，则在2s内通过某横截面的总电荷量应为

t7=1.6X10-,9X2X1.0X10,9C+l.6X1O-,9X1X2.OX1019c=6.4C.

由名流的定义式知/=/="A=3.2A,故正确选项为D.

答案：D

【变式5-2］如图所示的电解槽接入电路后，在/秒内有m个口介正离子通过溶液内截面S,有〃2个I价负

离子通过溶液内截面S,设e为元电荷，以下说法正确的是（）

fl.Sfl

©—►—0

—0©—►

A.当加=〃2时电流强度为零

B.当也时，电流方向从A-3,电流强度为/=（加二

C.当切V〃2时，电流方向从电流强度/=（〃2二〃。e

D.电流方向从八一B,电流强度/=国过芈

答案D

解析在电解液导电时，定向移动的电荷有正离子和负离子，它们同时向相反方向移动形成电流，电流强

度是电流方向与正电荷定向移动方向相同，与负电荷定向移动方向相反，是从A-8,故选Do

【变式5-3】如图所示，在1价离子的电解质溶液内插有两根碳棒A和8作为电极，将它们接在直流电源上，

了是溶液里就有电流通过。若在，秒内，通过溶液内截面S的正离子数为小，通过的负离子数为〃2,设基

本电荷为e,则以下说法中正确的是（）

A.正离子定向移动形成的电流方向从4-8,负离子定向移动形成的电流方向从8-A

B.溶液内由于正、负离子移动方向相反，溶液中的电流抵消，电流等于零

C.溶液内的电流方向从4-8,电流/=半

D.溶液内的电流方向从A-B,电流/=1-U

解析：选D电荷的定向移动形成电流，规定正电荷定向移动的方向为电流方向，负电荷定向移动的方向

为名流的反方向，由题图所示可知，电流方向是A-B,带电离子在溶液中定向移动形成电流，巴流不为零，

电流/D正确，A、B、C错误。

【题型6等效电流问题】

【例6］安培提出了著名的分子电流假说,根据这一假说，电子绕核的运动可等效为环形电流。设电荷量为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。下列关于该环形电流的说法正确的是

（）。

A.电流大小为F，方向沿顺时针方向

2nr

电流大小为空，方向沿顺时针方向

B.r

电流大小为方向沿逆时针方向

c.F2nr

D.电流大小为总方向沿逆时针方向

r

【答案】C

【变式6-1】已知电子的电荷最为e,质量为加，氢原子的电子在氢原子核的静电力吸引下做半径为广的匀

速圆周运动，则电子运动形成的等效电流大小为多少？

答案师

解析截取电子运动轨道的任一截面，在电子运动一周的时间T内，通过这个截面的电荷量夕=e,则有/

再由库仑力提供向心力有：冷="等得丁=§yg,解得【=2；刖瓯嬴

【变式6-2］（多选）通常一次闪电过程历时约0.2〜0.3s,它由若干个相继发生的闪击构成.每个闪击持续

时间仅40〜80%,电荷转移主要发生在第一个闪击过程中.在某一次闪电前云地之间的电势差约为

1.0X109V,云地间距窝约为1km；第一个闪击过程中云地间转