高二物理《電源和電流》練習題

　　[要點(diǎn)導學(xué)]

　　1。能把電子從正級搬運到負級的裝置是__________。

　　2。恒定電場(chǎng)：導線(xiàn)內的電場(chǎng)是由電源、導線(xiàn)等電路元件所積累的電荷共同形成的。盡管導線(xiàn)中的電荷在運動(dòng)，但有的流走，另外的又來(lái)補充，所以電荷的分布是穩定的，電場(chǎng)的分布也不會(huì )隨時(shí)間變化。這種由穩定分布的電荷所產(chǎn)生的穩定電場(chǎng)稱(chēng)為恒定電場(chǎng)。

　　3。形成電流的必要條件：（1）要有能自由移動(dòng)的______。在導體中存在著(zhù)大量的能自由移動(dòng)的電荷，如金屬導體中的_______，電解液中的________等。（2）導體兩端有______，即能產(chǎn)生驅使電荷作定向移動(dòng)的作用力——電場(chǎng)力。電源的作用就是保持導體兩端的電壓，從而使電路中有持續的電流。

　　4。電流的定義：通過(guò)導體橫截面的電量跟所用時(shí)間的比值叫電流，表達式I=q/t。電流的單位：安（A），1A=1C/s，常用單位還有毫安（mA）、微安（A），1A=103mA=106A。在國際單位制中，電流是一個(gè)基本物理量，其單位安培是基本單位之一。

　　5。電流的方向：規定正電荷定向移動(dòng)的方向為電流方向。在金屬導體中，電流方向與電子定向移動(dòng)的方向_______。但電流是標量，電流的方向表示的是電流的流向，電流的疊加是求代數和，而不是矢量和。

　　6。恒定電流：大小和方向都不隨時(shí)間變化的電流。

　　7。電流的微觀(guān)表達式：I=nqvS。其中，n是導體每單位體積內的自由電荷數，q是每個(gè)自由電荷的電量，v是導體中的自由電荷沿導體定向移動(dòng)的速率，S是導體的橫截面積。

　　推導過(guò)程如下：如圖12—1—1所示，在加有電壓的一段粗細均勻的導體AD上選取截面B和C，設導體的截面積為S，導體每單位體積內的自由電荷數為n，每個(gè)電荷的電量為q，電荷的定向移動(dòng)速率為v，則在時(shí)間t內處于相距為vt的兩截面B、C間的所有自由電荷將通過(guò)截面C。由于I=q/t可得：I=qnSvt/t=nqvS

　　[范例精析]

　　例1 某電解池中，若在2 s內各有1。01019個(gè)二價(jià)正離子和2。01019個(gè)一價(jià)負離子通過(guò)某截面，那么通過(guò)這個(gè)截面的電流是（ ）。

　　A。O B。0。8 A C。1。6 A D。3。2 A

　　解析：電荷的定向移動(dòng)形成電流，但+一電荷同時(shí)向相反方向定向移動(dòng)時(shí)，通過(guò)某截面的電量應是兩者絕對值的和。故由題意可知，電流由正、負離子定向運動(dòng)形成，則在2 s內通過(guò)截面的總電量應為：

　　q=1。610—1921。01019C+1。610—1912。01019C=6。4C。

　　根據電流的定義式得：I=q/t=6。4/2=3。2A

　　拓展：電流的大小等于單位時(shí)間內通過(guò)導體橫截面的電量，而正電荷的定向移動(dòng)形成電流與負電荷定向移動(dòng)形成電流是等效的。只不過(guò)負電荷定向移動(dòng)形成電流的方向與負電荷定向移動(dòng)的方向相反而已。

　　例2 電子的繞核運動(dòng)可等效為環(huán)形電流。若氫原子中的電子以速率v在半徑為r的軌道上運動(dòng)，用e 表示電子的電荷量，則其等效電流等于多少？

　　解析：假想電子繞核運動(dòng)的軌跡就是一個(gè)環(huán)形導體，在運動(dòng)的軌跡上任取一截面，則在一個(gè)周期內只有一個(gè)電子通過(guò)這個(gè)截面，由于電子電荷量題目已經(jīng)給出，只要求出電子運動(dòng)的周期，就可以根據電流的定義求解。根據圓周運動(dòng)的知識可知，電子運動(dòng)的周期為

　　T=2r/v，

　　因此所求電流為 I=e/T=ev/2r。

　　拓展：本題用到前面所學(xué)有關(guān)圓周運動(dòng)的基本知識，還用到一種等效的思維方法。由于沒(méi)有直觀(guān)經(jīng)驗，對于不少學(xué)生來(lái)說(shuō)，采用這個(gè)思維方法是有一定難度的，因此本題作為一種類(lèi)型，希望學(xué)生通過(guò)練習積累這種解題思路，在今后解決類(lèi)似問(wèn)題時(shí)可以采用相近的思維方法。例如：一電子沿一圓周順時(shí)針?lè )较蚋咚龠\動(dòng)，周期為10—10s，則等效電流大小為——————A，電流方向是——————————（填順時(shí)針或逆時(shí)針 ）。

　　[答案：1。610— 9，逆時(shí)針]

　　例3 有一橫截面積為s的銅導線(xiàn)，流經(jīng)其中的電流強度為I；設每單位體積的導線(xiàn)中有n個(gè)自由電子，電子的.電量為e，此電子的定向移動(dòng)速率為v，在t時(shí)間內，通過(guò)導線(xiàn)橫截面的自由電子數可表示為（ ）

　　A。nvs t B。nvt C。It /e D。 It /se

　　解析：因為I=q/t，所以q=It

　　自由電子數目為：N=q/e= It /e，則選項C正確。

　　又因為電流強度的微觀(guān)表達式為I=nevs，所以自由電子數目為

　　N=q/e= It /e =nevst/e=nvs t

　　則選項A正確。

　　拓展：本題主要考查電流強度的定義式和微觀(guān)表達式的應用計算。求解此題的關(guān)鍵是對電流的本質(zhì)要有深刻的認識，依據電流強度的宏觀(guān)和微觀(guān)表達式，靈活運用解題。

　　[能力訓練]

　　1。1毫安=__________安，1微安=__________安。110—3 110—6

　　2。把 規定為電流的方向，在金屬導體中，電流方向與自由電子定向移動(dòng)的方向 。在電解質(zhì)溶液中，電流的方向與正離子定向移動(dòng)的方向

　　，與負離子定向移動(dòng)的方向 。

　　正電荷定向移動(dòng)的方向；相反；相同；相反

　　3。關(guān)于電源的作用，下列說(shuō)法正確的是 （BCD）

　　A。電源的作用是能為電流提供自由電子

　　B。電源的作用是使導體中形成電場(chǎng)

　　C。電源的作用是能夠保持導體兩端的電壓

　　D。電源的作用是使自由電荷定向移動(dòng)起來(lái)

　　4。下列敘述正確的是（BD）

　　A。導體中電荷運動(dòng)就形成電流

　　B。電流的國際單位是安培

　　C。因為電流強度有方向，所以電流強度是矢量

　　D。導體中有電流通過(guò)時(shí)，導體內部場(chǎng)強不為零

　　5。關(guān)于電流的方向，下列說(shuō)法正確的是（ C ）

　　A。在金屬導體中，電流的方向是自由電子定向移動(dòng)的方向

　　B。在電解液中，電流的方向為負離子定向移動(dòng)的方向

　　C。無(wú)論在何種導體中，電流的方向都與負電荷定向移動(dòng)的方向相反

　　D。在電解液中，由于是正負電荷定向移動(dòng)形成的電流，所以電流有兩個(gè)方向

　　6。關(guān)于電流的說(shuō)法正確的是（BD）

　　A。根據I=q/t可知，I與q成正比

　　B。如果在任何相等時(shí)間內通過(guò)導體橫截面積的電量相等，則導體中的電流是恒定電流

　　C。電流強度是一個(gè)標量，其方向是沒(méi)有意義的

　　D。電流強度的單位安培是國際單位制中的基本單位

　　7。以下對導體中的電場(chǎng)理解正確的是（ABD）

　　A。導體內的電場(chǎng)在穩定時(shí)是和導線(xiàn)平行的

　　B。導體內的電場(chǎng)由電源、導線(xiàn)等電路元件所積累的電荷共同形成

　　C。導線(xiàn)中電場(chǎng)始終隨時(shí)間而變化

　　D。導體內的電場(chǎng)是一種動(dòng)態(tài)的穩定

　　8。通過(guò)一根金屬導線(xiàn)的電流為16mA。則10s內通過(guò)這根導線(xiàn)橫截面的自由電子數為（ B ）

　　A。1。01017 B。1。01018 C。1。01019 D。1。01020

　　9。在某次閃電中，持續時(shí)間為0。005 s所形成的平均電流為6。0104A，若閃電過(guò)程中產(chǎn)生的電荷以0。5A的電流通過(guò)電燈，試求可供電燈照明的時(shí)間。

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　　10。銀導線(xiàn)的橫截面積S=4mm2，通以I=2A的電流，若每個(gè)銀原子可以提供一個(gè)自由電子，試推導銀導線(xiàn)單位長(cháng)度上的自由電子數的計算公式，并計算結果。（已知銀的密度=10。5103kg/m3，摩爾質(zhì)量M=108g/mol，阿伏伽德羅常數NA=6。021023mol—1，計算結果取1位小數） 102