[理化生]高二物理选修3-1教师用书--第二章习题

1第2章第1节1．金属导体中有电流时，自由电子定向移动的速率为v1，电子热运动速度为v2，电流的传导速率为v3，则()A．v1最大B．v2最大C．v3最大D．无法确定答案：C解析：电场传播的速率(或电流的传导速率)等于光速，而电子无规则热运动的速率，常温下数量级为105m/s，自由电子定向移动的速率数量级一般为10－5m/s，所以C选项正确．2．下列有关电源的电路中，导线内部的电场强度的说法中正确的是()A．导线内部的电场就是电源所形成的电场B．在静电平衡时，导体内部的场强为零，而导体外部的场强不为零，所以导体内部的电场不是稳定的C．因为导体处于电源的电场中，所以导体内部的场强处处为零D．导线内的电场是由电源、电线等电路元件所积累的电荷共同形成的，导体内的电荷处于平衡状态，电荷分别是稳定的，电场也是稳定的答案：D解析：导线内部的电场是电源和导线堆积电荷所形成的两部分电场的矢量和，稳定后不同于静电平衡(内部场强处处为零)，而是场强大小恒定，方向与导线一致，是一种动态的平衡，故A、B、C错．3．如右图所示，一根截面积为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度为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．vqB.qvC．qvSD.qvS答案：A解析：假设在运动方向上有一截面，在t时间内通过截面的电荷量为Q＝vt·q，等效电流I＝Q/t＝vq，故A正确．4．如右图所示，电解池内有一价正、负离子的电解液，ts内通过溶液内截面S的正离子数是n1，负离子数是n2，设元电荷为e，以下解释中正确的是()A．正离子定向移动形成电流方向从A→B，负离子定向移动形成电流方向从B→AB．溶液内正负离子向相反方向移动，电流抵消C．溶液内正负离子方向从A→B，电流I＝n1＋n2e2tD．溶液内电流方向从A→B，电流I＝n1＋n2et答案：D解析：正离子定向移动方向为电流方向，负离子定向移动方向和电流方向相反，正负离子相反方向移动，电流不能抵消，故A、B错，由于溶液内的电流是正、负离子共同形成的，故C错，D对．5．有甲、乙两导体，甲的横截面积是乙的两倍，而单位时间内通过导体横截面的电荷量，乙是甲的2倍，下列说法中正确的是()A．通过甲、乙两导体的电流相同B．通过乙导体的电流是甲导体的2倍C．乙导体中自由电荷定向移动的速度是甲导体的2倍2D．甲、乙两导体中自由电荷定向移动的速度大小相同答案：B解析：由于单位时间内通过乙横截面的电荷量是甲的2倍，因此通过乙导体的电流是甲的2倍，故A错而B正确．由于I＝nqSv(n是单位体积中的自由电荷数，q是自由电荷的电荷量，S是导体的横截面积，v是自由电荷定向移动的速率)，所以v＝InqS，由于不知道甲、乙两导体的性质(n、q不知道)，所以无法判断．6．北京正、负电子对撞机的储存环为周长240m的圆形轨道，当环中电流为10mA时，若电子的速度是光速的十分之一，则在整个环中运动的电子数目为多少？答案：5×1011个解析：根据电流的定义式I＝qt，若设环中电子数目为n，则在时间t＝lc/10＝2403.0×107s内都可绕环运动一周，即通过某横截面的电荷量q＝ne＝n×1.6×10－19C，而形成电流I＝10mA，所以n＝Ite＝I·10lce＝5×1011个．小结：利用I＝qt解题，首先要构建电荷的通道(截面)，然后计算t时间内通过此通道的电荷量，利用I＝qt求解或变形式求解有关问题．7．在示波器的示波管中，当电子枪射出的电流达到5.6μA时，每秒钟内从电子枪发射的电子数目有多少？电流的方向如何？解析：由于电流I＝5.6μA＝5.6×10－6A，所以电子枪每秒钟内发射出的电子电量Q＝It＝5.6×10－6C；因为每个电子的电量为e，所以每秒钟内发射的电子数目为N＝Qe＝5.6×10－61.6×10－19＝3.5×1013(个)由于规定电流的方向是正电荷定向移动的方向，所以示波管内电流的方向与电子运动的方向相反．8．半径为R的橡胶圆环均匀带正电，总电荷量为Q，现使圆环绕垂直所在平面且通过圆心的轴以角速度ω匀速转动，则由环产生的等效电流应有()A．若ω不变而使电荷量Q变为原来的2倍，则电流也将变为原来的2倍B．若电荷量不变而使ω变为了原来的2倍，则电流也将变为原来的2倍C．若使ω、Q不变，将橡胶环拉伸，使环半径增大，电流将变大D．若使ω、Q不变，将橡胶环拉伸，使半径增大，电流将变小答案：AB解析：截取圆环的任一截面S，则在橡胶环运动一周期的时间内通过这个截面的电荷量为Q，即I＝qt＝QT＝Q2πω＝Qω2π，由上式可知A、B，正确．9．一个半径为R的绝缘圆盘，绕垂直圆盘的转动轴以角速度ω沿逆时针方向匀速转动，圆盘边缘上均匀地分布着一圈电荷，电性均为负，单位圆弧上所带的电荷量为q，当圆盘转动时，这些电荷所形成的电流大小I＝__________，电流的方向为__________．答案：ωRq顺时针方向解析：设周期为T，T＝2πω，I＝q′t＝2πRqT＝2πRq2πω＝ωRq.由于电荷电性为负，所以电流的方向为顺时针方向．10．一根长L＝2m、横截面积S＝1×10－3m2的铜棒，两端电势差U＝5.44×10－2V，铜棒的电阻R＝2×10－5Ω，铜内自由电子的密度为n＝8.5×1029m－3，求：(1)通过铜棒的电流；(2)铜棒内的电场强度；(3)自由电子定向移动的速率．3答案：(1)2.72×103A(2)2.72×10－2N/C(3)2×10－5m/s解析：(1)I＝UR＝2.72×103A(2)E＝UL＝2.72×10－2N/C.(3)I＝nqSvv＝InqS＝2×10－5m/s.11．夏季某日午后，某地区距地面约1km的空中有两块乌云，相距3km，它们因与空气摩擦带电，致使两块乌云的电势差能保持约为3×109V不变．已知空气的电场击穿场强为3×106V/m.请对以下问题进行估算．(1)当两块乌云相距多少米时会发生电闪雷鸣？(2)当电闪雷鸣时，若两块乌云之间通过的电量为500C，可释放多少能量？(3)这次放电现象历时约0.01s，则其平均电流约为多大？答案：(1)1000m(2)1.5×1012J(3)5×104A解析：(1)由E＝Ud得d＝UE＝3×1093×106m＝1000m.(2)释放的能量E能＝qU＝500×3×109J＝1.5×1012J.(3)由电流的定义得I＝qt＝5000.01A＝5×104A.12．(2009·长春外国语学校高二检测)一台半导体收音机，电池供电的电流是8mA，也就是说()A．1h电池供给8C的电量B．1000s电池供给8C的电量C．1s电池供给8C电量D．1min电池供给8C的电量答案：B第2章第2节1．单位电荷量的正电荷沿闭合电路移动一周，在内外电路中释放的总能量决定于()A．电源的电动势B．通过电源的电流C．路端电压的大小D．内外电阻之和答案：A解析：单位电荷量的正电荷沿闭合电路移动一周，释放的总能量，就是电源提供给它的电能，在数值上等于电源的电动势，故选A.2．关于电池的容量，下列说法中正确的是()A．电池的容量就是电池放电时能输出的总电荷量B．对同一种电池，体积越大容量越小C．电池的容量表示电池放电时能输出的电能D．以上说法都不对答案：A解析：电池的容量表示电池放电时输出的总电荷量，A对，C错；同一种电池，体积大容量大，故B错．3．关于电源的电动势，下面说法正确的是()4A．电动势是表征电源把其他形式的能转化为电能本领的物理量B．电动势在数值上等于电路中通过1C电荷量时电源提供的能量C．电源的电动势跟电源的体积有关，跟外电路有关D．电动势有方向，因此电动势是矢量答案：AB解析：电源的电动势反映电源自身的性质跟外电路无关，故C项错误；电动势是标量，故D项错误．AB说法均正确．4．干电池的电势为1.5V，其物理意义是()A．当外电路断开时，其路端电压为1.5VB．电路通过1C电荷量，电源1.5J化学能转化为电能C．电路通过1C电荷量，电源供给外电路的能量为1.5JD．电路通过1C电荷量，电源提供1.5J能量答案：ABD解析：由电动势的意义可知ABD正确．5．下列说法错误的是()A．电源外部存在着由正极指向负极的电场，内部存在着由负极指向正极的电场B．在电源外部电路中，负电荷靠静电力由电源的负极流向正极C．在电源内部电路中，正电荷靠非静电力由电源的负极流向正极D．在电池中，靠化学作用使化学能转化为电势能答案：A解析：无论电源内部还是外部，电场都是由正极指向负极，故A错；在外部电路中，负电荷靠静电力由负极流向正极，而在内部电路中，正电荷由负极移动到正极，因静电力与移动方向相反，故必有非静电力作用正电荷上才能使其由负极流向正极，在电池中，靠化学作用使化学能转化为电势能，故B、C、D正确．6．一般干电池的电动势1.5V，说明电池内非静电力每移动1C的电荷做功是__________J，其电势能__________(填“增加”或“减少”)，是________能转化为________能的过程．答案：1.5增加化学电解析：根据W＝qE，得W＝qE＝1.5J，非静电力搬运电荷做正功也就是克服静电力做功，因此是电势能增加，把其他形式的能转化为电能的过程，对电池来说消耗的是化学能．7．有一铅蓄电池，当移动1C电荷时非静电力做功是2J，该铅蓄电池的电动势是多少？给一小灯泡供电，供电电流是0.2A，供电10min，非静电力做功是多少？答案：2V240J解析：由电动势公式E＝Wq＝21V＝2V，所以电动势为2V.由E＝Wq变形得到W＝qE，q＝It，所以W＝ItE＝0.2×10×60×2J＝240J，所以10min非静电力做功为240J.8．下列关于电池的说法正确的是()A．同一种干电池，旧电池比新电池的电动势小、内阻大、容量小B．电源电动势E与通过电源的电流I的乘积EI表示电源内部电场力的功率C．1号比5号干电池的电动势小、容量大D．当通过同样的电荷量时，电动势为2V的蓄电池比1.5V的干电池提供的电能多答案：AD解析：对于干电池，在使用一段时间之后，由于内部发生化学反应释放电荷的物质逐渐减少，因而电动势要变小，容量要变小；同时反应生成物要阻碍电荷的移动，故使电池的内阻变大，电源电动势E与I的乘积EI表示电源内非静电力的功率，并不是电场力的功率，1号电池与5号电池的电动势都是1.5V，容量不相同，两者体积也有差异．电动势既然反映非静电力做功本领的大小，电动势越大，移动相同的电荷量时提供的电能就越多．故正确选项为A、D.59．有关电压与电动势的说法中正确的是()A．电压与电动势的单位都是伏特，所以电动势与电压是同一物理量的不同叫法B．电动势就是电源两极间的电压C．电动势公式E＝Wq中W与电压U＝Wq中的W是一样的，都是电场力做的功D．电动势是反映电源把其他形式的能转化为电能本领强弱的物理量答案：D解析：电压和电动势单位虽然相同，但它们表征的物理意义不同，不是同一个物理量，故A、B均错；电动势公式E＝W/q中的W是非静电力做的功，故C错；由电动势物理意义知D对．10．电池容量就是电池放电时能输出的总电荷量，某蓄电池标有“15A·h”的字样，则表示()A．该电池在工作1h后达到的电流为15AB．该电池在工作15h后达到的电流为15AC．电池以1.5A的电流工作，可用10hD．电池以15A的电流工作，可用15h答案：C解析：电池上“15A·h”是表示电池蓄存的电量数值，即q＝15A·h＝15A×1h＝1.5A×10h，故C对，A、B、D均错．11．铅蓄电池的电动势2V，一节干电池的电动势为1.5V，将铅蓄电池和干电池分别接入电路，两个电路中的电流分别为0.1A和0.2A.试求两个电路都工作20s时间，电源所消耗的化学能分别为________和__________，________把化学能转化为电能的本领更大．答案：4J6J铅蓄电池解析：对于铅蓄电池的电路，20s时间内通过的电荷量为q1＝I1t＝2C对于干电池的电路，20s内时间通过的电荷量为q2＝I2