课时11.1 电源和电流-2024-2025学年高中物理同步练习分类专题教案（人教版2019必修第三册）

第十一章 电路及其应用 课时11.1 电源和电流 1. 让学生明确电源在直流电路中的作用，理解导线中的恒定电场的建立。 2. 知道恒定电流的概念和描述电流强弱程度的物理量——电流。 3. 从微观意义上看电流的强弱与自由电子定向移动平均速率的关系。 （一）电源 (1) 形成持续电流的条件：有自由移动的电荷；有电势差。自由电子在静电力作用下沿导线定向移动形成电流。 (2) 电源的作用：通过“搬运”自由电荷，使电源两极间维持一定的电势差，在电路中提供电压，使电路中形成持续的电流。 如图：A、B是电源的两个电极，电源能把电子从A搬运到B，使A、B间维持一定的电势差。 注：无外界电场时，电荷的运动为无规则运动；有外界电场时，电荷定向运动。 （二）恒定电流 (1) 恒定电场：由稳定分布的电荷所产生的稳定的电场。 (2) 恒定电流：大小、方向都不随时间变化的电流。 (3) 电流：表示电流的强弱程度，用字母I表示。 ① 公式： 其中q表示时间t内通过导体横截面的电荷量，不是通过单位横截面积的电荷量。 ② 单位：在国际单位制中，电流的单位是安培，简称安，符号是A，安培是国际单位制中的七个基本单位之一。常用的电流单位还有毫安（mA）、微安（μA）。1 A=103 mA=106 μA， ③ 方向：我们把正电荷定向移动的方向规定为电流的方向。若电流是电子定向移动形成的，则电流方向与电子定向移动的方向相反。 金属导体中电流的方向与自由电子定向移动的方向相反；电解液中正、负离子定向移动方向虽然相反，但正、负离子定向移动形成的电流方向是相同的。 注：电流既有大小也有方向，但电流是标量，它的运算遵循代数运算法则。在外电路中电流由高电势端流向低电势端，在电源内部电流由负极流向正极。 ④ 电流的微观表达式：I = neSv，其中n为自由电荷数密度（单位体积内的自由电荷数）；e为自由电荷的电荷量；S为导体的横截面积；v为自由电荷定向移动的平均速率（并不是自由电荷热运动的速率）。 ⑤ 自由电荷：金属中的自由电荷是电子；电解质溶液中的自由电荷是正、负离子；气体导电时定向移动的电荷有自由电子、正离子和负离子。 (4) 拓展：电流的形成 电路一旦接通，电路中各个位置以光速建立电场，然后各处自由电荷在静电力作用下几乎同时开始做定向移动，整个电路也就几乎同时形成了电流，但自由电荷移动非常缓慢（约10－4m/s）。 (5) 电池的容量 ① 定义：电池放电时能输出的总电荷量叫电池的容量。 ② 单位：安时（A·h）或毫安时（mA·h）。 ③ 由 得 ，可求出电池的放电时间。 考点 电流大小的计算 金属导体 中的电流 金属导体中的自由电荷只有自由电子，运用 计算时，q是某一时间内通过金属导体横截面的电子的电荷量 电解液中 的电流 电解液中的自由电荷是正、负离子，运用 计算时，q应是同一时间内通过横截面的正、负两种离子电荷量的绝对值之和 环形电流 环形电流的计算采用等效的观点。所谓等效电流，就是把电荷周期性地通过圆周上各处形成的电流看成持续不断地通过圆周上各处时所形成的电流。对周期性运动的电荷，常取一个周期，利 求等效电流 基础过关练 题组一　对电源和电流的理解 1.关于电源和电流，以下说法正确的是 (　 　) A.电源的作用是在电源内部把电子由负极不断地搬运到正极，从而保持两极之间有稳定的电势差 B.电源实质上也是一个用电器，也需要外界提供能量 C.单位时间内通过导体横截面的电荷量越多，导体中的电流越大 D.导体中的电流一定是由自由电子的定向移动形成的 题组二　电流的计算 2.(2024江苏盐城中学月考)如图所示的电解池，通电1 s，其间共有0.5 C的正离子和0.3 C的负离子通过截面xy，则这个电路中的电流大小为 (　 　) A.0.8 A　　　　B.0.2 A　　　　C.0.5 A　　　　D.0.6 A 3.(2024江苏连云港期中)下表是某手机的部分说明书，该手机充满电后能够连续播放视频的时间约为8 h，则下列说法正确的是 (　 　) 手机类型 5G智能手机 超级快充 66 W(10 V/6.6 A) 电池容量 5 000 mA·h 电池类型 不可拆卸式电池 待机时间 30 d A.该手机的待机电流约为5 mA B.该手机充满电后连续播放视频时电流大约为250 mA C.该手机充满电可储存的电荷量为1 800 C D.该手机以超级快充方式充电，充满电大约需要45 min 4.(2023重庆八中适应性检测)如图所示，一段截面积为S、长度为l的圆弧形橡胶棒，均匀带有负电荷，圆弧的半径为R，单位长度的橡胶棒所带的电荷量为q，当此棒绕垂直于圆弧平面过圆心的轴、沿顺时针方向以角速度ω匀速转动时，由于棒的运动而形成的环形等效电流的大小和方向分别为 (　 　) A.，沿顺时针 B.，沿逆时针 C.，沿顺时针 D.，沿逆时针 5.(2024江苏无锡锡东高级中学期中)北京正负电子对撞机的储存环是周长为L的圆形轨道，当环中电子以速率v沿轨道做匀速圆周运动时，形成的电流为I，已知电子电荷量为e，则环中运行的电子数目为 (　 　) A.　　　　B.　　　　C.　　　　D. 题组三　金属导体中电流的微观表达式 6.(2024安徽安庆期中)某根导线的横截面积为S，通过的电流为I。已知该导线材料的密度为ρ，摩尔质量为M，电子电荷量为e，阿伏加德罗常数为NA，设每个原子只提供一个自由电子，则该导线中自由电子定向移动的速率为 (　 　) A.　　　　B.　　　　C.　　　　D. 答案与分层梯度式解析 第十一章　电路及其应用 1　电源和电流 基础过关练 1.C　电源对电路提供能量，其作用是维持正、负极之间稳定的电势差，外电路中自由电子在电场力的作用下向正极移动，在电源内部，需要将电子由正极不断地搬运到负极，故A、B错误；根据I=可知，单位时间内通过导体横截面的电荷量越多，电流越大，C正确；导体中的电流是带电粒子定向移动形成的，但带电粒子不一定是自由电子，如导电溶液中的带电粒子是正负离子，D错误。 2.A　由题可知，在t=1s内，电解液中通过截面xy的电荷量为q=0.5C+0.3C=0.8C，则电路中的电流大小为I==A=0.8A，选A。 3.D　该手机充满电可储存的电荷量即放电时电池可输出的最大电荷量，为q=It=5000×10-3A×3600s=1.8×104C，故待机电流为I1==A≈6.9mA，A、C错误；连续播放视频时的平均电流约为I2==A=625mA，B错误；以超级快充方式充电，充满电需要的时间t3==s≈45min，D正确。 4.B　棒沿顺时针方向转动时，每转一圈通过横截面的电荷量为Q=ql，所用的时间为t=，根据电流的定义式I=可得到等效电流为I=；由于橡胶棒带负电，电流的方向与负电荷定向移动的方向相反，可知电流方向为逆时针，B正确。 5.B　电流I==，可得环中运行的电子数目为n=，故选B。 6.A　设导线中自由电子定向移动的速率为v，导线的质量为m，体积为V，则单位体积内的自由电子数n=NA=，根据电流的微观表达式I=nqSv可解得v=，A正确。 易错警示　利用I=nqSv分析问题应注意的三个方面 　　(1)各个物理量都要用国际单位制单位。 (2)正确理解各符号的意义，特别是n表示导体中单位体积内的自由电荷数，v表示自由电荷定向移动速度的大小。 (3)若已知单位长度导体中的自由电荷数为n，则电流的微观表达式为I=nqv。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！1 学科网（北京）股份有限公司 $$