3.2.1 电源和电流

3.2.1 电源和电流
1．下列叙述中正确的是()
A．导体中电荷运动就形成电流
B．国际单位制中电流的单位是安
C．电流强度是一个标量，其方向是没有意义的
D．对于导体，只要其两端电势差不为零，电流必定不为零
2．关于电流，下列叙述正确的是()
A．只要将导体置于电场中，导体内就有持续的电流
B．电源的作用是可以使电路中有持续的电流
C．导体内没有电流，说明导体内部的电荷没有移动
D．恒定电流是由恒定电场产生的
3．电路中，每分钟有60亿万个自由电子通过横截面积为0.64×10－6m2的导线，那么电路中的电流是()
A．0.016 mA B．1.6 mA C．0.16 μA D．16 μA
4．铜的原子量为m，密度为ρ，每摩尔铜原子有n个自由电子，今有一根横截面积为S的铜导线，当通过的电流为I时，电子平均定向移动的速率为()
A．光速c B.I
neS C.ρI
neSm D.Im
neSρ
5．某品牌手机在待机工作状态时，通过的电流是4微安，则该手机一天时间内通过的电荷量是多少？通过的自由电子个数是多少？
一、选择题
1．关于电流，下列叙述正确的是()
A．导线内自由电子定向移动的速率等于电流的传导速率
B．导体内自由电子的运动速率越大，电流越大
C．电流是矢量，其方向为正电荷定向移动的方向
D．在国际单位制中，电流的单位是安，属于基本单位
2．对电流概念的正确理解是()
A．通过导体的横截面的电荷量越多，电流越大
B．导体的通电时间越短，电流越大
C．单位时间内通过导体横截面的电荷量越大，电流越大
D．导体中的自由电荷越多，电流越大
3．判断下列所示的电流－时间图象，属于恒定电流的是()
4．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500 mA，则以下说法正确的是()
A．1 s通过电池某一横截面的电荷量为500 C
B．1 s通过电池某一横截面的电荷量为0.5 C
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
5．在由电源、导线等电路元件所组成的电路中，以下说法正确的是()
A．导线中的电场强度处处为零
B．导线中的电场强度方向跟导线方向平行
C．导线处于静电平衡状态
D．导线内沿电流方向各点的电势逐渐降低
6．某一探测器，因射线照射而使内部气体电离，在时间t内有n个二价正离子通过探测器某一个截面，同时有2n个电子也通过该截面，则探测器电路中的电流为()
A．0 B．2ne/t C．3ne/t D．4ne/t
7．北京正负电子对撞机的储存环是长为240 m的近似圆形轨道，当环中的电流为10 mA 时，若电子的速率为十分之一光速，则在整个环中运行的电子数目为()
A．5.0×1011B．5.0×1019C．1.0×1013D．1.0×103
8．如图所示，一根横截面积为S的均匀长直橡胶棒上均匀带有
负电荷，每米电荷量为q，当此棒沿轴线方向做速率为v的匀速
直线运动时，由于棒运动而形成的等效电流大小为()
A ．v q B.q v C ．q v S D ．q v /S
9．来自质子源的质子(初速度为零)，经一直线加速器加速，形成电流为I 的细柱形质子流．已知质子源与靶间的距离为d ，质子电荷量为e ，假定分布在质子源到靶之间的加速电场是匀强电场，质子到达靶时的速度为 v ，则质子源与靶间的质子数为( )
A.Id e v
B.2Id e v
C.Id v
D.2Id v
二、非选择题
10．(1)在金属导体中，若10 s 内通过横截面的电荷量为10 C ，则导体中的电流为多少？
(2)某电解槽横截面积为0.5 m 2，若10 s 内沿相反方向通过横截面的正、负离子的电荷量均为10 C ，则电解液中的电流为多少？
11．图是静电除尘器示意图，A 接高压电源的正极，B 接高压电源的负极，A 、B 之间有很强的电场，空气被电离为电子和正离子，电子奔向正极A 的过程中，遇到烟气的煤粉，使煤粉带负电荷，吸附到正极A 上，排出的烟就成为清洁的了．已知每千克煤粉会吸附m mol 电子，每昼夜能除尘n kg ，试计算高压电源的电流I .设电子电荷量为e ，阿伏加德罗常数为N A ，一昼夜时间为t .
12．导线中的电流是1 A，导线的横截面积为1 mm2.
(1)在1 s 内，有多少个电子通过导线的横截面(电子电荷量e＝1.6×10－19C)?
(2)自由电子的平均移动速率是多大(设导体每立方米内有8.5 ×1028个自由电子)?
(3)自由电子沿导线移动1 cm，平均要多少时间？
参考答案
1．解析：选BD.电流产生的条件包括两个方面：一是有自由电荷；二是有电势差．导体中有大量的自由电子，因此只需其两端具有电势差即可产生电流，在国际单位制中电流的单位为安．
2．解析：选BD.电流在形成时有瞬时电流和恒定电流，瞬时电流是电荷的瞬时定向移动形成的，而恒定电流是导体两端有稳定的电压形成的，电源的作用就是在导体两端加上稳定的电压，从而在导体内部形成恒定电场而产生恒定电流．故选项B 、D 正确．
3．解析：选C.I ＝q t ＝en t ＝1.6×10－19×60×101260
A ＝0.16×10－6 A ＝0.16 μA. 4．解析：选D.自由电子体密度N ＝n m /ρ＝ρn m ，代入I ＝nqS v ，得v ＝Im neSρ
，D 正确． 5．解析：通过的电荷量为：
q ＝It ＝4×10－6×24×3600 C ≈0.35 C.
通过的电子个数为：
N ＝q e ＝0.35 C 1.6×10－19 C
＝2.16×1018个． 答案：0.35 C 2.16×1018个
1．解析：选D.此题要特别注意B 选项，导体内自由电子定向移动的速率越大，电流才越
大．
2．解析：选C.由电流的定义式I ＝q t
知，电流等于单位时间内通过导体横截面的电荷量，所以单位时间内通过导体横截面的电荷量越大，电流越大，C 正确，A 、B 、D 错误．
3．答案：A
4．解析：选BD.由电流的定义式得q ＝It ＝0.5 C ，故A 错，B 对．充电过程是将电能转化为其他形式的能储存起来，故C 错，D 对．
5．解析：选BD.在电源和导线中感应电荷的共同作用下，垂直导线方向的电场相互抵消，在导体中形成了沿导线方向的电场，即导线中的电场强度方向跟导线方向平行，B 正确，A 错误；导体内有电场，说明导体不是静电平衡状态，C 错误；沿电场方向电势逐渐降低，电场方向就是正电荷的受力方向，也就是电流的方向，即导线内沿电流方向各点的电势逐渐降低，D 正确．
6．解析：选D.t 时间内通过某截面的电量为q ＝4ne ，所以I ＝q t ＝4ne t
. 7．解析：选A.电子运动一周所需要的时间：
t ＝240110
×3×108 s ＝8×10－6 s 在圆形轨道上任取一横截面，则在t 时间内整个环中的电子刚好都通过该截面，故环中具有电子的电量为：
q ＝It ＝8×10－6×10×10－3 C ＝8×10－8 C
环中具有电子数N ＝q e ＝8×10－81.6×10
－19个＝5.0×1011个．故A 对． 8．解析：选A.在运动方向假设有一截面，在t 时间内通过截面的电量Q ＝v t ·q .等效电流I
＝Q t
＝v q ，故A 项正确． 9．解析：选B.设质子源与靶间的质子数为n ，则I ＝
ne ⎝⎛⎭
⎫d 0.5v ＝ne v 2d
，n ＝2Id e v . 10．解析：(1)10 s 内通过某一横截面的电荷量是10 C ，
所以 I ＝q t ＝10 C 10 s
＝1 A. (2)正电荷形成的电流为I 1＝10 C 10 s
＝1 A 负电荷形成的电流为I 2＝10 C 10 s
＝1 A 因负电荷形成的电流方向与其正电荷定向移动方向相反，所以两种电荷形成电流方向相同．
故电解液中的电流为：I ＝I 1＋I 2＝2 A.
答案：(1)1 A (2)2 A
11．解析：根据电流的定义式I ＝Q t
，只要计算出一昼夜时间内通过的电荷量Q ，就可以求出电流I ，需要注意的是，流过电源的电荷量Q 跟煤粉吸附的电荷量Q ′并不相等，由于
电离出的气体中电子和正离子同时导电，煤粉吸附的电荷量Q ′＝12
Q . Q ′＝mneN A ，Q ＝It ，从而mneN A ＝12
It ， 解得I ＝2mneN A t
. 答案：2mneN A t
12．解析：(1)N ＝q e ＝It e ＝1×11.6×10
－19 个＝6.25 ×1018个． (2)由公式I ＝neS v 得
v ＝I neS ＝18.5×1028×1.6×10－19×10－6
m/s ＝7.4×10－5 m/s.
(3)以这样的速率沿导线传播1 m 需用时
t ＝17.4×10－5
s ＝3.8 h. 答案：(1)6.25×1018 (2)7.4×10－5 m/s (3)3.8 h。