课时11.1 电源和电流-2025-2026学年高中物理同步练习分类专题教案

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搬运到正极，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.(2025山东济宁一中月考)北京正、负电子对撞机的储存环是周长为240 m的近似圆形轨道，当环中电子以光速的运动而形成1 mA的电流时，环中运行的电子数目为(已知光速c=3×108 m/s，电子电荷量为e=1.6×10-19 C) (　　) A.5×1010个 B.5×1011个 C.1×102个 D.1×103个 3.(2025江苏南京师大附中月考)有研究发现，某神经细胞传递信号时，离子从细胞膜一侧流到另一侧形成跨膜电流，若将该细胞膜视为1×10-8 F的电容器，在2 ms内细胞膜两侧的电势差从-70 mV变为30 mV，则该过程中跨膜电流的平均值为 (　　) A.1.5×10-7 A　　　　B.2×10-7 A C.3.5×10-7 A　　　　D.5×10-7 A 4.(教材习题改编)某手机的说明书的部分内容如表所示，若该手机充满电后只播放视频，可以播放约15小时。下列说法正确的是 (　　) 手机类型 智能手机、4G手机 电池容量 3 500 mA∙h 电池类型 不可拆卸式电池 待机时间 约19天 A.充满电时电池可储存的能量为3.5 J B.放电时电池可输出的最大电荷量为3.5 C C.播放视频时的电流约为待机电流的30倍 D.播放视频时的电流约为待机电流的1.3倍 5.(2025江苏盐城射阳中学期末)在MgCl2溶液中，正、负离子定向移动，方向如图所示，若测得2 s内分别有5.0×1015个Mg2+和1.0×1016个Cl-通过溶液内部的横截面M，元电荷e=1.6×10-19 C。以下说法正确的是 (　　) A.正、负离子定向移动形成电流，电流方向从B到A B.溶液内正、负离子沿相反方向运动，电流相互抵消 C.溶液内电流方向从A到B，电流I=0.08 A D.溶液内电流方向从A到B，电流I=1.6 mA 题组三　电流的微观表达式 6.(2025北京第四中学期中)一段均匀铜导体的电阻为r，横截面积为S，导体两端所加电压为U，电子的电荷量为e，导体中单位体积内的自由电子数为n，则电子在铜导体中定向迁移的速率为 (　　) A.　　　　B.　　　　C.　　　　D. 7.(2025安徽合肥一六八中学测试)有根导线的横截面积为S，已知该导线材料密度为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，该导线中自由电子定向移动速率为v，则通过的电流为 (　　) 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 2.A 3.D 4.C 5.D 6.B 7.D 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　电子在储存环内运动一周所需要的时间T== s=8×10-6 s；在圆形轨道上任取一横截面，则在T时间内通过该横截面的电荷量q=IT=1×10-3×8×10-6 C=8×10-9 C，则环中运行的电子数为n==5×1010个，故选A。 3.D　根据Q=CU，可得题述过程中，细胞膜电荷量的变化量为ΔQ=CΔU=1×10-8 F×[30 mV-(-70 mV)]=1×10-9 C，则该过程中跨膜电流的平均值为I==5×10-7 A，故选D。 4.C　根据q=It，可知充满电时电池可储存的电荷量为q=3.5×3 600 C=12 600 C，故放电时电池可输出的最大电荷量为12 600 C，由于不知道电压，故无法计算充满电时电池可储存的能量，A、B错误；播放视频时的平均电流约为I1= A≈0.233 3 A，待机电流约为I2= A≈0.007 7 A，电流之比为≈30，C正确，D错误。 5.D　电荷的定向移动形成电流，电流的方向与正离子定向移动的方向相同，与负离子定向移动的方向相反，所以正离子形成的电流方向从A到B，负离子形成的电流方向也从A到B，不会相互抵消，A、B错误；溶液内电流方向从A到B，2 s内通过溶液横截面的电荷量q=2n1e+n2e，则电流大小为I==1.6 mA，故C错误，D正确。 6.B　由欧姆定律可得，通过铜导体的电流为I=，结合电流的微观表达式I=nevS，可得电子在铜导体中定向迁移的速率为v==，选B。 7.D　设该导线中自由电子从一端定向移动到另一端所用时间为t，导线的体积为V=Svt，导线的质量为m=ρV，每个原子只提供一个自由电子，则原子数与自由电子数目相等，则自由电子的数目为N=NA，t时间内通过导线某一横截面的电荷量为q=Ne，则电流大小为I==，故选D。 一题多解　根据题意可知，单位体积内的原子个数为n=，由于每个原子只提供一个自由电子，则单位体积内的电子个数为，结合电流的微观表达式I=neSv，可得导线中的电流为I=，选D。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！6 学科网（北京）股份有限公司 $$