高中物理電源和電流練習及答案解析(2)
高中物理電源和電流練習及答案解析
6.如圖2-1-3所示，一根橫截面積為S的均勻長直橡膠棒上均勻帶有負電荷，每米電荷量為q，當此棒沿軸線方向做速率為v的勻速直線運動時，由于棒運動而形成的等效電流大小為( )
圖2-1-3
A.vq B.qv
C.qvS D.qv/S
解析：選A.在運動方向假設有一截面，在t時間內通過截面的電量Q=vt?q.等效電流I=Qt=vq，故A項正確.
7.如圖2-1-4所示，電解池內有一價的電解液，t s內通過溶液內截面S的正離子數是n1，負離子數是n2，設基元電荷為e，以下解釋中正確的是( )
圖2-1-4
A.正離子定向移動形成電流方向從A→B，負離子定向移動形成電流方向從B→A
B.溶液內正負離子向相反方向移動，電流抵消
C.溶液內電流方向從A→B，電流I=?n1+n2?e2t
D.溶液內電流方向A→B，電流I=?n1+n2?et
解析：選D.正離子定向移動方向為電流方向，負離子定向移動方向和電流方向相反，正、負離子向相反方向移動，電流不能抵消，故A、B錯.由于溶液內的電流是正、負離子共同形成的，故C錯，D對.
8.來自質子源的質子(初速度為零)，經一直線加速器加速，形成電流為I的細柱形質子流.已知質子源與靶間的距離為d，質子電荷量為e，假定分布在質子源到靶之間的加速電場是勻強電場，質子到達靶時的速度為 v，則質子源與靶間的質子數為( )
A.Idev B.2Idev
C.Idv D.2Idv
解析：選B.設質子源與靶間的質子數為n，則I=nedv2=nev2d，n=2Idev.
9.銅的原子量為m，密度為ρ，每摩爾銅原子有n個自由電子，今有一根橫截面為S的銅導線，當通過的電流為I時，電子平均定向移動的速率為( )
A.光速c B.IneS
C.ρIneSm D.mIneSρ
解析：選D.假設電子定向移動的速率為v，那么在t秒內通過導體橫截面的自由電子數相當于在體積vt?S中的自由電子數，而體積為vtS的銅的質量為vtSρ，摩爾數為vtSρm，所以電量q=vtSρnem.因電流I=qt=vSρenm，于是得：v=ImneSρ.
二、計算題
10.(1)在金屬導體中，若10 s 內通過橫截面的電荷量為10 C，則導體中的電流為多少安?
(2)某電解槽橫截面積為0.5 m2，若10 s 內沿相反方向通過橫截面的正、負離子的電荷量均為10 C，則電解液中的電流為多少安?
解析：(1)10 s內通過某一橫截面的電量是10 C，
所以 I=qt=10 C10 s=1 A
(2)正電荷形成的電流為I1=10 C 10 s=1 A
負電荷形成的電流為I2=10 C10 s=1 A
因負電荷形成的電流方向與其定向移動方向相反，所以兩種電荷形成電流方向相同.
故電解液中的電流為：I=I1+I2=2 A.
答案：(1)1 A (2)2 A
11.導線中的電流是1 A，導線的橫截面積為1 mm2.
(1)在 1 s 內，有多少個電子通過導線的橫截面(電子電荷量 e=1.6×10-19C)?
(2)自由電子的平均移動速率是多大(設導體每立方米內有8.5 ×1028 個自由電子)?
(3)自由電子沿導線移動 1 cm，平均要多少時間?
解析：(1)N=qe=Ite=1×11.6×10-19 個=6.25 ×1018個.
(2)由公式I=neSv.
v=I neS=18.5×1028×1.6×10-19×10-6 m/s
=7.4×10-5 m/s.
(3)以這樣的速率沿導線傳播1 m 需用時
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
12.已知電子的電荷量為e，質量為m，氫原子的電子在核的靜電力吸引下做半徑為r的勻速圓周運動，則電子運動形成的等效電流大小為多少?
解析：取電子運動軌道的任一截面，在電子運動一周的時間T內，通過這個截面的電荷量q=e，則有：I=qT=eT
再由庫侖力提供向心力有：
ke2r2=m4π2T2?r得T=2πre mrk
解得I=e22πr2mkmr.
答案：e22πr2mkmr
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