高中物理電源和電流練習(xí)及答案解析(2)
高中物理電源和電流練習(xí)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(dāng)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(shè)有一截面,在t時間內(nèi)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(nèi)有一價的電解液,t s內(nèi)通過溶液內(nèi)截面S的正離子數(shù)是n1,負離子數(shù)是n2,設(shè)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(nèi)正負離子向相反方向移動,電流抵消
C.溶液內(nèi)電流方向從A→B,電流I=?n1+n2?e2t
D.溶液內(nèi)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(nèi)的電流是正、負離子共同形成的,故C錯,D對.
8.來自質(zhì)子源的質(zhì)子(初速度為零),經(jīng)一直線加速器加速,形成電流為I的細柱形質(zhì)子流.已知質(zhì)子源與靶間的距離為d,質(zhì)子電荷量為e,假定分布在質(zhì)子源到靶之間的加速電場是勻強電場,質(zhì)子到達靶時的速度為 v,則質(zhì)子源與靶間的質(zhì)子數(shù)為( )
A.Idev B.2Idev
C.Idv D.2Idv
解析:選B.設(shè)質(zhì)子源與靶間的質(zhì)子數(shù)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(dǎo)線,當(dāng)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(shè)電子定向移動的速率為v,那么在t秒內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的自由電子數(shù)相當(dāng)于在體積vt?S中的自由電子數(shù),而體積為vtS的銅的質(zhì)量為vtSρ,摩爾數(shù)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(dǎo)體中,若10 s 內(nèi)通過橫截面的電荷量為10 C,則導(dǎo)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(nèi)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(nèi)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(dǎo)線中的電流是1 A,導(dǎo)線的橫截面積為1 mm2.
(1)在 1 s 內(nèi),有多少個電子通過導(dǎo)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(shè)導(dǎo)體每立方米內(nèi)有8.5 ×1028 個自由電子)?
(3)自由電子沿導(dǎo)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(dǎo)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(zhì)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(nèi),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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