第11章 第1节 电源和电流（教用Word）-【金榜题名】2025-2026学年高中物理必修第三册同步学案（人教版）

本讲义聚焦“电源和电流”核心知识点，系统阐述电源维持电势差的作用、电流形成条件、恒定电流的概念及定义式I=q/t，深入推导电流微观表达式I=nqSv，承接电学基础，为后续电路规律学习搭建关键知识支架。 资料特色在于融合科学思维与物理观念，从电荷转移与能量转化双重视角解析电源本质，通过金属导体、电解液、环形电流等实例建构物理模型，结合推导过程培养科学推理能力。课中助力教师引导学生深化理解，课后通过分层例题与练习帮助学生巩固知识、查漏补缺，提升问题解决能力。

第十一章　电路及其应用 第1节　电源和电流 课标要求 科学思维 1．了解形成电流的条件，知道电源的作用和导体中的恒定电场。 2．理解电流的定义，知道电流的单位、电流方向的规律。 3．理解恒定电流。 4．能从微观的角度理解导体中电荷的定向移动与电流之间的关系。 初步体会动态平衡的思想；经历金属导体内自由电子定向移动速率的推导过程，体验科学探索的艰辛。 一、电源 1．定义 电源是不断把负电荷从正极搬运到负极从而维持正负极之间一定电势差的装置。 2．电源的作用 (1)维持电路的两端有一定的电势差。 (2)使电路中保持持续电流。 二、恒定电流 1．恒定电场的定义：由电路中稳定分布的电荷所产生的稳定电场称为恒定电场。 2．形成：当电路达到稳定时，导线中的电场是由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成的。 3．特点：任何位置的电场强度都不随时间发生变化。 4．恒定电流 (1)概念：大小、方向都不随时间变化的电流。 (2)物理意义：反映了电流的强弱程度。 (3)符号及单位：用符号I表示，单位是安培，符号为A。常用的电流单位还有毫安(mA)、微安(μA)，换算关系为：1 A＝103 mA＝106 μA。 (4)表达式：I＝。 (5)电流的方向：规定正电荷定向移动的方向为电流的方向，负电荷定向移动的方向为电流的反方向。 (6)形成：恒定电场使自由电荷定向移动速率增加，自由电荷与导体内不动的粒子碰撞，阻碍自由电荷定向移动，使自由电荷速率减小，最终表现为自由电荷平均速率不变。 5．电流的微观表达式 I＝nqSv。 　对电源的理解 1．电源的作用 (1)从电荷转移的角度看，电源的作用是使电路中的自由电荷持续地定向移动。 (2)从能量转化的角度看，搬运电荷的过程是非静电力做功的过程，从而将其他形式的能转化为电能。 2．电流 (1)电流的形成。 ①形成原因：电荷的定向移动。 ②形成条件：导体两端有电压。 ③电路中产生持续电流的条件：电路中有电源且电路闭合。 (2)电流的方向：规定正电荷定向移动的方向为电流的方向，则负电荷定向移动的方向与电流的方向相反。 3．形成电流的三种电荷 形成电流的三种电荷为自由电子、正离子和负离子，其中金属导体导电时定向移动的电荷是自由电子，液体导电时定向移动的电荷有正离子和负离子，气体导电时定向移动的电荷有自由电子、正离子和负离子。 　下列关于电源的说法正确的是(　　) A．电源的作用是在电源内部把电子由负极搬运到正极，保持两极之间有电压 B．电源把正、负电荷分开的过程是把其他形式的能转化为电势能的过程 C．电荷的移动形成电流 D．只要电路中有电源，电路中就会形成持续的电流 【解析】　B　在电源内部，电源把电子由正极搬运到负极，这一过程要克服静电力做功，把其他形式的能转化为电势能，故选项A错误，选项B正确；电荷的定向移动才形成电流，故选项C错误；电路中要形成持续的电流，既要有电源，电路又要闭合，两者缺一不可，故选项D错误。 1. 如图所示，两个带绝缘柄的金属球A、B，A带负电，B不带电，用导体棒连接A、B的瞬间，下列说法中错误的是(　　) A．有瞬时电流形成，方向由A到B B．A、B两端的电势不相等 C．导体棒内的电场强度不等于0 D．导体棒内的自由电荷受电场力作用定向移动 【解析】　A　A、B两个金属球，由于A带负电，在A金属球周围存在指向A的电场，故B球所在处的电势应高于A球所在处的电势，故B正确；连接后的瞬间导体棒内的电场强度不等于0，棒中的自由电荷在电场力的作用下发生定向移动，故C、D正确；由于导体棒中的自由电荷为电子，故移动方向为由A指向B，电流方向应由B指向A，故A错误。A符合题意。 　电流大小的计算 1．金属导体中电流的计算 金属导体中的自由电荷只有自由电子，运用I＝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。 2．电解液中电流的计算 电解液中的自由电荷是正、负离子，运用I＝计算时，q应是同一时间内正、负两种离子通过横截面的电荷量的绝对值之和。 3．环形电流的计算 环形电流的计算采用等效的观点分析。所谓等效电流，就是把电子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，常取一个周期来计算等效电流。利用I＝＝求等效电流。 　如图所示，电解池内有一价的电解液，时间t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→A B．溶液内正、负离子向相反方向移动，电流抵消 C．溶液内电流方向从A→B，电流强度I＝ D．溶液内电流方向从A→B，电流强度I＝ 【分析】　(1)电流的方向：与正离子定向移动方向相同，与负离子定向移动方向相反。 (2)通过某一截面的电荷量为通过该截面正、负离子电荷量的绝对值之和。 【解析】　D　正电荷定向移动的方向就是电流方向，负电荷定向移动的反方向也是电流方向，A、B错误；有正、负电荷反向经过同一截面时，I＝公式中q应是正、负电荷电荷量绝对值之和，故I＝，电流方向由A指向B，C错误，D正确。 【技巧与方法】　求电流的技巧 (1)要分清形成电流的电荷种类，是只有正电荷或负电荷，还是正、负电荷同时定向移动。 (2)当正、负电荷都参与定向移动时，正、负电荷对电流的形成都有贡献。 2．安培提出了著名的分子电流假说，根据这一假说，电子绕核运动可等效为一环形电流。设带电荷量为e的电子以速率v绕原子核沿顺时针方向做半径为r的匀速圆周运动，其电流的等效电流强度I和方向为(　　) A．　顺时针　　 B．　顺时针 C．　逆时针 D．　逆时针 【解析】　C　电子绕核运动可等效为一环形电流，电子运动周期为T＝，根据电流的定义式得：电流强度为I＝＝＝，因为电子带负电，所以电流方向与电子定向移动方向相反，即沿逆时针方向，故C正确。 　电流的微观表达式 1．I＝neSv与I＝的区别 I＝neSv是电流的决定式，即电流的大小由n、e、S、v共同决定，其中e是单个自由电荷的电荷量；而I＝是电流的定义式，其中q是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)。 2．三种速率的比较 (1)电子定向移动平均速率：电子在金属导体中的平均运动速率，也就是公式I＝neSv中的v，大小约为10－4 m/s。 (2)电流的传导速率：电流在导体中的传导速率等于光速，为3×108 m/s。闭合开关的瞬间，电路中各处以光速建立恒定电场，电路中各处的自由电子几乎同时定向移动，整个电路也几乎同时形成了电流。 (3)电子热运动速率：电子做无规则热运动的速率，大小约为105 m/s。由于热运动向各个方向运动的机会相等，故此运动不能形成电流。 　(多选)有一横截面积为S的铜导线，流经其中的电流为I；设每单位体积的导线中有n个自由电子，电子的电荷量为e，此电子的定向移动速率为v，在Δt时间内，通过导线横截面的自由电子数可表示为(　　) A．nvSΔt B．nvΔt C． D． 【分析】　(1)电子数等于总电荷量除以每个电子的电荷量，所以求出通过横截面的电荷量，即可求出电子数。 (2)单位体积内的电子数已知，只要求出Δt时间内有多少体积的电子通过横截面，即可求出电子数。 【解析】　AC　因为I＝，所以q＝I·Δt，自由电子数目为N＝＝，C正确，D错误；又因为电流的微观表达式为I＝nevS，所以自由电子数目为N＝＝＝＝nvSΔt，A正确，B错误。 【技巧与方法】 用电流的微观表达式求解问题的注意点 (1)准确理解公式中各物理量的意义，式中的v是指自由电荷定向移动的速率，不是电流的传导速率，也不是电子热运动的速率。 (2)I＝neSv是由I＝导出的，若n的含义不同，表达式的形式也会不同。 3. (多选)如图所示，将左边的细铜导线与右边的粗铜导线连接起来，已知粗铜导线的横截面积是细铜导线横截面积的两倍，在细铜导线上取一个截面A，在粗铜导线上取一个截面B，若在1 s内垂直地通过它们的电子数相等，那么，通过这两个截面的(　　) A．电流相等 B．电流不相等 C．自由电子定向移动的速率相等 D．自由电子定向移动的速率不相等 【解析】　AD　由电流定义知I＝＝，故A正确，B错误；由电流的微观表达式I＝nSqv知，I、n、q均相等，因为SA<SB，所以vA>vB，故C错误，D正确。 1．关于电流，下列说法中正确的是(　　) A．通过导体横截面的电荷量越多，电流越大 B．电子运动的速率越大，电流越大 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．因为电流有方向，所以电流是矢量 【解析】　C　A、C．物理学中把每秒钟通过导体任一横截面的电荷量(简称电量)叫作电流强度，通过导体横截面的电量越多，但时间不知道，电流强度不一定大，故A错误，C正确；B．在Δt时间内通过金属导体的电流强度为I＝enSv，所以电子速率大，电流强度不一定大，故B错误；D．电流强度是标量，故D错误。故选C。 2．下列说法中正确的是(　　) A．导体中只要电荷运动就形成电流 B．在国际单位制中，电流的单位是A C．电流有方向，它是一个矢量 D．根据I＝，可知I与q成正比 【解析】　B　A．导体中只要电荷能定向运动就形成电流，选项A错误；B．在国际单位制中，电流的单位是A，选项B正确；C．电流有方向，但它是一个标量，选项C错误；D．根据I＝q/t，电路中的电流强度用电量与时间的比值来量度，但是与电量和时间无关，选项D错误。故选B。 3．心脏除颤器是通过一个电容器放电时的脉冲电流作用于心脏，实施电击治疗，使患者心脏恢复正常跳动的仪器。一心脏除颤器如图所示，其电容器的电容为20 μF，充电后电容器的电压为3 000 V，如果电容器在2.0 ms时间内完成放电，下列说法正确的是(　　) A．放电之前，电容器存储的电荷量为6×104 C B．放电之后，电容器的电容为零 C．放电过程中通过人体的电流平均值为30 A D．放电之后，电容器的电压仍为3 000 V 【解析】　C　根据Q＝CU＝20×10－6×3.0×103 C＝0.06 C可知放电前，电容器储存的电量为0.06 C，故A错误；电容是表征电容器储存电荷本领大小的物理量，放电之后，电容器的电容大小是不变的，故B错误；根据I＝＝ A＝30 A，故C正确；放电之后，电容器的电压为0，故D错误。 4．有甲、乙两个由同种金属材料制成的导体，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，乙是甲的两倍，以下说法中正确的是(　　) A．甲、乙两导体的电流相同 B．乙导体的电流是甲导体的两倍 C．乙导体中自由电荷定向移动的速率是甲导体的两倍 D．甲、乙两导体中自由电荷定向移动的速率大小相等 【解析】　B　A、B． 由I＝，单位时间内通过导体横截面的电荷量，乙是甲的两倍，则I乙＝2I甲，A错误，B正确；CD．由I＝nesv得v＝ 则＝×＝，C、D错误。故选B。 5．如图所示，真空中一根绝缘轻杆两端分别固定两个完全相同的、带等量异种电荷的小球M、N(可以看成点电荷，电荷量大小为Q)，轻杆绕O点在水平面内沿逆时针方向(俯视)以角速度ω匀速转动，已知小球M距离O点较近，下列说法正确的是(　　) A．小球N转动形成的等效电流沿逆时针方向 B．小球M转动形成的等效电流大于小球N转动形成的等效电流 C．小球M转动形成的等效电流大小为 D．小球M转动形成的等效电流与小球N转动形成的等效电流方向相同 【解析】　C　AD．根据电流方向为正电荷定向移动的方向可知，小球M转动形成的等效电流沿逆时针方向，小球N转动形成的等效电流沿顺时针方向，选项AD错误； BC．两个小球所带的电荷量大小相等，转动的周期相等，所以它们转动形成的等效电流的大小相等，在小球做圓周运动的运动轨迹上任取一横截面，在小球转动一周的时间内，通过该横截面的电荷量为Q，由于T＝，则I＝＝ 选项B错误，C正确。故选C。 学科网（北京）股份有限公司 $