2025年高考物理 人教版必修第3册第11章　第1节含答案

2025年高考物理人教版必修第3册第11章第1节含答案第十一章第1节课后知能作业基础巩固练1．关于电流，下列说法正确的是()A．电子的运动速率越大，电流就越大B．单位时间内通过导体横截面积的电荷量越多，导体中的电流越大C．因为电流有方向，所以电流是矢量D．导体中的电流，一定是自由电子的定向移动形成的答案：B解析：电流大小与电荷定向移动的速率有关，而不是电荷运动的速率，故A错误；电流的定义为电荷量与时间的比值，即为单位内通过的电荷量，是由电荷量与时间共同决定的，电荷量多电流不一定大，但如果是单位时间内通过横截面的电荷量多，则电流大，故B正确；电流有方向，我们规定正电荷定向移动的方向为电流的方向，但电流不是矢量，矢量的运算必须遵循平行四边形定则，电流有方向，但不符合矢量合成法则不是矢量，故C错误；导体中的电流，不一定是自由电子的定向移动形成的，也可能是其他带电离子定向移动形成的，故D错误。2．通过甲、乙两导线横截面的电荷量之比为3∶5，甲、乙两导线通电时间之比为3∶2，则通过甲、乙两导线的电流之比为()A．1∶5 B．2∶5C．5∶2 D．5∶1答案：B解析：由公式I＝eq\f(q,t)得eq\f(I1,I2)＝eq\f(q1,t1)·eq\f(t2,q2)＝eq\f(q1,q2)·eq\f(t2,t1)＝eq\f(3,5)×eq\f(2,3)＝eq\f(2,5)，B正确。3．某电解池中，若在2s内各有1.0×1019个二价正离子和2.0×1019个一价负离子通过某截面，那么通过这个截面的电流是()A．0 B．0.8AC．1.6A D．3.2A答案：D解析：电荷的定向移动形成电流，当正、负电荷同时向相反方向定向移动时，通过某截面的电荷量应是两者绝对值的和。故由题意可知，电流由正、负离子定向运动形成，则在2s内通过此截面的总电荷量应为q＝1.6×10－19×2×1.0×1019C＋1.6×10－19×1×2.0×1019C＝6.4C。根据电流的定义式得I＝eq\f(q,t)＝eq\f(6.4,2)A＝3.2A，D正确。4.如图所示是一根粗细均匀的橡胶棒，其横截面积为S，由于与毛皮发生摩擦而均匀带负电，若已知该橡胶棒每米所带的电荷量为q，则当该棒沿轴线方向做速度为v的匀速直线运动时，形成的等效电流为()A．qv B．eq\f(q,v)C．qvS D．eq\f(qv,S)答案：A解析：橡胶棒沿轴线方向以速度v做匀速直线运动时，Δt内通过的距离为v·Δt，Δt内通过某横截面的电荷量Q＝qvΔt，根据电流的定义式I＝eq\f(Q,Δt)，得到等效电流I＝qv，A正确。5．(多选)有甲、乙两导体，甲的横截面积是乙的3倍，而单位时间内通过乙导体横截面的电荷量是甲的3倍。下列说法正确的是()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3倍C．乙导体中自由电荷定向移动的速率是甲导体的3倍D．甲、乙两导体中自由电荷定向移动的速率无法判断答案：BD解析：电流的大小等于单位时间内通过导体横截面的电荷量，单位时间内通过乙导体的电荷量是甲导体的3倍，则通过乙导体的电流是甲的3倍，故A错误，B正确；由于I＝nqSv，则可得v＝eq\f(I,nqS)，由于甲、乙材料未知，甲、乙导体单位体积内的自由电荷数n未知，则仅根据题中已知条件，无法判断甲、乙两导体中自由电荷定向移动的速率关系，故C错误，D正确。6．(多选)对一粗细不均匀的同种材料制成的导体通电，下列说法正确的是()A．粗的地方电流大，细的地方电流小B．粗的地方电荷定向移动速率大，细的地方小C．各处的电流大小相等D．粗的地方电荷定向移动速度小，细的地方大答案：CD解析：同一根导体上的电流相等，故A错误，C正确；由I＝nqSv可得v＝eq\f(I,nqS)，粗的地方电荷定向移动速率小，细的地方大，故B错误，D正确。能力提升练7．重离子肿瘤治疗装置中的回旋加速器可发射＋5价重离子束，其电流为1.2×10－5A，则在1s内发射的重离子个数为(元电荷的电荷量为1.6×10－19C)()A．3.0×1012 B．1.5×1013C．7.5×1013 D．3.75×1014答案：B解析：1s内发射的重离子的电荷量为q＝It＝1.2×10－5×1C＝1.2×10－5C，每个重离子的电荷量为5e，则发射的重离子数为n＝eq\f(q,5e)＝eq\f(1.2×10－5,5×1.6×10－19)个＝1.5×1013个，选项B正确。8．某手机只播放视频，可以播放约17小时，其说明书的部分内容如表所示，关于该手机，下列说法正确的是()……手机类型智能手机、4G手机屏幕分辨率1990×1080像素电池容量4000mA·h电池类型不可拆卸式电池待机时间约22天……A.充满电时电池可储存的最大能量为4JB．放电时电池可输出的最大电荷量为4CC．播放视频时平均电流约为待机状态平均电流的1.3倍D．播放视频时平均电流约为待机状态平均电流的30倍答案：D解析：无法求出充满电时电池可储存的最大能量，A错误；放电时电池可输出的最大电荷量为q＝4000×10－3×3600C＝14400C，B错误；播放视频时平均电流约为I1＝eq\f(14400,17×3600)A＝0.2353A，待机状态平均电流为I2＝eq\f(14400,22×24×3600)A＝0.0076A，电流之比为eq\f(I1,I2)＝31，C错误，D正确。9.如图所示，橡胶圆环的横截面积S远小于圆环的半径，圆环均匀带电，总的电荷量为q，现在使圆环绕过圆心O所在的轴(轴与圆环所在的平面垂直)以某一角速度做匀速转动，已知圆环上的某个电荷的线速度为v，弧AB对应的弧长为L，对应的圆心角为θ(用弧度制来表示的)，则圆环产生的等效电流为()A．eq\f(θqv,2πL) B．eq\f(θqv,πL)C．eq\f(θqv,2L) D．eq\f(θqv,L)答案：A解析：设圆环运动一周的时间为T，在时间T内通过圆环上任意一横截面S的总电荷量就是圆环上所带的总电荷量q，由电流的定义可得圆环产生的等效电流为I＝eq\f(q,T)，由圆弧的几何关系可得圆弧的半径为r＝eq\f(L,θ)，由匀速圆周运动的规律可得v＝eq\f(2πr,T)，联立解得T＝eq\f(2πL,θv)，则有I＝eq\f(θqv,2πL)。10．电子绕核运动可等效为一环形电流。设氢原子中的电子沿半径为r的圆形轨道运动，已知电子的质量为m，电子的电荷量为e，则其等效电流的大小为()A．eq\f(e2,2πr)eq\r(\f(k,mr)) B．eq\f(2e2,πr)eq\r(\f(k,mr))C．eq\f(e2,πr)eq\r(\f(2k,mr)) D．eq\f(e2,πr)eq\r(\f(k,2mr))答案：A解析：设电子绕核运动的周期为T，对电子由库仑定律和牛顿第二定律有keq\f(e2,r2)＝mreq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2π,T)))2，整理得T＝eq\f(2πr,e)eq\r(\f(mr,k))。再由I＝eq\f(e,T)得：I＝eq\f(e2,2πr)eq\r(\f(k,mr))，选项A正确。故选A。11．一根长为L＝2m、横截面积S＝1.6×10－3m2的铜棒，两端电势差为U＝5.0×10－2V，铜棒的电阻R＝2.19×10－5Ω，铜内自由电子密度为n＝8.5×1029m－3。求：(1)铜棒内的电场强度的大小；(2)自由电子定向移动的速率。答案：(1)2.5×10－2V/m(2)1.05×10－5m/s解析：(1)铜棒内的电场强度E＝eq\f(U,L)＝eq\f(5.0×10－2,2)V/m＝2.5×10－2V/m。(2)通过铜棒的电流I＝eq\f(U,R)由I＝neSv得v＝eq\f(U,neSR)＝eq\f(5.0×10－2,8.5×1029×1.6×10－19×1.6×10－3×2.19×10－5)m/s≈1.05×10－5m/s。12．导线中的电流是10－8A，导线的横截面积为1mm2。(1)在1s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度是多大？(设导线每立方米内有8.5×1028个自由电子)(3)自由电子沿导线移动1cm，平均需要多长时间？答案：(1)6.25×1010个(2)7.4×10－13m/s(3)1.35×1010s解析：(1)根据电流的定义式I＝eq\f(q,t)得q＝It代入数据得q＝10－8C根据q＝Ne得N＝eq\f(q,e)代入数据得N＝6.25×1010个。(2)由公式I＝neSv得v＝eq\f(I,neS)＝eq\f(10－8,8.5×1028×1.6×10－19×1×10－6)m/s＝7.4×10－13m/s。(3)由v＝eq\f(x,t)得t＝eq\f(x,v)＝eq\f(1×10－2,7.4×10－13)s＝1.35×1010s。第十一章第2节课后知能作业基础巩固练1．下列物理量中，反映一段导体对电流阻碍作用的是()A．电势 B．电阻C．电压 D．电流答案：B解析：电势是试探电荷在某点具有的电势能与其电荷量的比值，不能反映导体对电流的阻碍作用，反映电场所具有的能的性质，A错误；电阻是描述导体对电流阻碍作用的物理量，B正确；电压是使电路中形成电流的原因，不能反映导体对电流的阻碍作用，C错误；单位时间里通过导体任一横截面的电荷量叫电流，不能反映导体对电流的阻碍作用，D错误。故选B。2．量纲分析是物理学中的一种很重要的研究方法。例如，同种材料的导体，其电阻R与它的长度l成正比，与它的横截面积S成反比，导体电阻还与构成它的材料有关。其表达式为R＝ρeq\f(l,S)，式中ρ为电阻率，结合单位换算(量纲分析)，可以判断ρ的单位是()A．Ω/m B．Ω·m2C．Ω/m2 D．Ω·m答案：D解析：将电阻决定式的表达式变形有ρ＝eq\f(RS,l)，对上述表达式进行单位运算有eq\f(Ω·m2,m)＝Ω·m，即电阻率ρ的单位是Ω·m。故选D。3．关于金属单质和合金材料的电阻率，下列说法正确的是()A．金属单质的电阻率较大B．合金材料的电阻率较小C．金属材料的电阻率随温度的升高而增大D．材料的电阻率越大，导电性能就越好答案：C解析：金属单质的电阻率较小，合金材料的电阻率较大，故A、B错误；电阻率的大小与温度和材料本身有关，与长度和横截面积无关，金属导体的电阻率随温度的升高而增大，故C正确；电阻率跟导体的材料有关是反映材料导电性能好坏的物理量，电阻率越大，导电性能越差，故D错误。故选C。4．两段材料不同的均匀电阻线，它们的电阻R相等，电阻率之比为ρ1∶ρ2＝2∶3，横截面积之比S1∶S2＝3∶2，则它们的长度比L1∶L2为()A．2∶3 B．4∶9C．9∶4 D．3∶2答案：C解析：根据R＝ρeq\f(L,S)，可得L＝eq\f(RS,ρ)，则eq\f(L1,L2)＝eq\f(S1,S2)×eq\f(ρ2,ρ1)＝eq\f(3,2)×eq\f(3,2)＝eq\f(9,4)，故选C。5.如图所示，一块均匀的长方体样品，长为a、宽为b、厚为c，若沿着AB方向测得的电阻为R，下列说法正确的是()A．样品的电阻率为eq\f(Rba,c) B．样品的电阻率为eq\f(Rca,b)C．沿CD方向的电阻为eq\f(c2,a2)R D．沿CD方向的电阻为eq\f(b2,a2)R答案：D解析：若沿着AB方向测得的电阻为R，则R＝ρeq\f(a,bc)，解得ρ＝eq\f(Rbc,a)，选项A、B错误；沿CD方向的电阻为RCD＝ρeq\f(b,ac)＝eq\f(b2,a2)R，选项C错误，D正确。故选D。6.如图所示为a、b两电阻的伏安特性曲线，图中α＝45°，关于两电阻的描述正确的是()A．电阻a的阻值随电流的增大而增大B．因I－U图线的斜率表示电阻的倒数，故电阻b的阻值R＝eq\f(1,tanα)＝1.0ΩC．在两图线交点处，电阻a的阻值等于电阻b的阻值D．在电阻b两端加2V电压时，流过电阻的电流是4A答案：C解析：I－U图线上的点与坐标原点的连线的斜率的倒数表示电阻，由图可知，电阻a图线上的点与坐标原点的连线的斜率不断增大，其电阻不断减小，所以a的电阻随电流的增大而减小，故A错误；由于横纵坐标轴的长度单位不同，则不能由R＝eq\f(1,tanα)＝1.0Ω，求解电阻b的阻值，只能通过R＝eq\f(U,I)＝eq\f(10,5)Ω＝2Ω，求解，故B错误；根据R＝eq\f(U,I)，可知在两图线交点处，电阻a的阻值等于电阻b的阻值，故C正确；根据欧姆定律可得I＝eq\f(U,R)＝eq\f(2,2)A＝1A，故D错误。故选C。能力提升练7．欧姆不仅发现了欧姆定律，还研究了电阻定律。有一个长方体金属电阻，材料分布均匀，边长分别为a、b、c，且a>b>c。相同大小的电流沿以下方向流过该金属电阻，其中电阻两端电压最小的是()答案：A解析：根据电阻的决定式R＝ρeq\f(l,S)，可得A、B、C、D中的电阻分别为RA＝ρeq\f(c,ab)，RB＝ρeq\f(b,ac)，RC＝ρeq\f(a,bc)，RD＝ρeq\f(a,bc)，因为a>b>c，则可得RA<RB<RC＝RD，故通过相同的电流，A图中电阻两端的电压最小。故选A。8.如图所示，有一块均匀的长方体样品，在上下两端加上1V的电压时，测得通过样品的电流是1A，在左右两端加上同样的1V电压时，测得通过样品的电流是4A，则长方体的高与长之比(AA1∶AB)等于()A．1 B．2C．4 D．8答案：B解析：根据题意，由电阻定律可得，接上下两端时导体电阻为R上下＝ρeq\f(AA1,AD·AB)，接左右两端时导体电阻为R左右＝ρeq\f(AB,AA1·AD)，由欧姆定律R＝eq\f(U,I)有R上下＝4R左右，则有eq\f(R上下,R左右)＝eq\f(ρ\f(AA1,AD·AB),ρ\f(AB,AA1·AD))＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(AA1,AB)))2＝4，解得eq\f(AA1,AB)＝2，故选B。9．如图所示，一长方体的金属导体，三边a、b和c的长度之比为1∶2∶3。分别沿着三边方向对导体施加相同的电压，流过导体的电流之比为()A．1∶2∶3 B．1∶4∶9C．9∶4∶1 D．36∶9∶4答案：D解析：由欧姆定律I＝eq\f(U,R)，电阻关系式R＝ρeq\f(L,S)，联立解得I＝eq\f(US,ρL)，由题意可知I1＝eq\f(Ubc,ρa)，I2＝eq\f(Uac,ρb)，I3＝eq\f(Uab,ρc)，对导体施加相同的电压，流过导体的电流之比为I1∶I2∶I3＝eq\f(bc,a)∶eq\f(ac,b)∶eq\f(ab,c)，已知三边a、b和c的长度之比为1∶2∶3，代入解得I1∶I2∶I3＝36∶9∶4，故选D。10．2023年3月19日，复旦大学科研团队宣称已成功制备出具有较高电导率的砷化铌纳米带材料，据介绍该材料的电导率是石墨烯的10