11.1 电源和电流 分层作业 -2025-2026学年高二上学期物理人教版必修第三册

**基本信息** 该同步练习通过A、B、C三层设计，实现从基础概念到综合应用再到拓展探究的知识巩固路径，分层梯度清晰，适配新授课差异化教学需求。 **分层设计** |层次|知识覆盖|设计特色| |----|----------|----------| |A层|电流定义、方向、公式计算|基础题型（选择、判断），强化物理观念中运动和相互作用观念，如电流大小与方向判断| |B层|综合应用、微观机制|多选与综合题，体现科学思维中的科学推理，如比值定义法辨析、电阻微观解释| |C层|拓展情境、跨学科应用|实际问题（放射性电池、显像管），渗透科学探究与科学态度，如电子束电流计算|

11.1电源和电流 分层作业 学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________ A层 1．我国新能源电动汽车技术发展迅速，国产新能源电动汽车品牌越来越受消费者的青睐。假设某新能源电动汽车内部电路中通有恒定电流，电路中某段导体在6s内有1.2C的电子向左通过它的某一横截面，则该导体内电流的大小和方向分别为（　　） A．0.2A、向左 B．0.2A、向右 C．5A、向左 D．5A、向右 2．一直径为的金属丝通有电流为的恒定电流，已知金属中单位体积内自由电子的个数为，自由电子所带电荷量为，则自由电子在金属丝内定向移动的速率为（　　） A． B． C． D． 3．（多选）某国产电动汽车的充电电池标识如图所示，其含义为：电压12V，电池容量60Ah。按照用户的体验，如果在家自行充电的话，将电池充满需要10小时，而如果在充电站充电的话则需要两个小时。则下列说法中正确的是（　　） A．在充电过程中最多有的电荷量通过电池 B．在充电过程中最多有60C的电荷量通过电池 C．在家自行充电的电流是在充电站充电电流大小的 D．在家自行充电的电流是在充电站充电电流大小的5倍 4．（多选）有一横截面积的铜导线，流经其中的电流，设单位体积的自由电子数目为个，电子电荷量为，此时电子的定向移动速率为，在时间内，通过导体横截面的自由电子数目表示为（　　） A． B． C． D． 5．判断下列说法的正误并和同学交流（正确的打“√”，错误的打“×”）。 (1)必须有电源，自由电荷才能在电路中移动。( ) (2)导体内没有电流，就说明导体内部的电荷没有运动。( ) (3)恒定电场形成后电路中的电荷不再发生移动。( ) (4)电荷移动的方向就是电流的方向。( ) (5)因为电流既有大小又有方向，所以电流是矢量。( ) (6)单位时间内通过导体横截面的电荷量越大，电流就越大。( ) 6．若氢原子的核外电子做半径为的匀速圆周运动，已知电子的质量为m，电荷量为e，静电力常量为k，则： （1）核外电子运动的周期为多少； （2）电子绕核的运动可等效为环形电流，求电子运动的等效电流的大小。 B层 7．在物理学的发展过程中，许多物理学家都做出了重要的贡献，他们也创造出了许多物理学研究方法。其中比值定义法是物理学中定义物理量的一种常用且重要的方法，所谓比值定义法，就是用两个基本的物理量的“比”来定义一个新的物理量的方法。以下的公式中属于比值定义的是（　　） A． B． C． D． 8．（多选）对于同一物理问题，常常可以从宏观与微观两个不同角度进行研究，找出其内在联系，从而更加深刻的理解其物理本质。一段长为、电阻率为、横截面积为S的细金属直导线，单位体积内有个自由电子，电子电荷量为e、质量为m。经典物理学认为，金属的电阻源于定向运动的自由电子与金属离子（即金属原子失去电子后的剩余部分）的碰撞，该碰撞过程将对电子的定向移动形成一定的阻碍作用，该作用可等效为施加在电子上的一个沿导线的平均阻力，若电子受到的平均阻力大小与电子定向移动的速率成正比，比例系数为。下列说法正确的是（　　） A．比例系数 B．比例系数与导线中自由电子定向移动的速率无关 C．当该导线通有恒定的电流时导线中自由电子定向移动的速率 D．金属中的自由电子定向移动的速率不变，则电场力对电子做的功与阻力对电子做的功相同 9．某种负离子空气净化原理如图所示。由空气和带负电的灰尘颗粒物（视为小球）组成的混合气流进入由一对平行金属板构成的收集器。在收集器中，空气和带电颗粒沿板方向的速度保持不变，在匀强电场的作用下，带电颗粒打到金属板上被收集。已知金属板长度为，金属板间距为，不考虑重力影响和颗粒间相互作用。 (1)若不计空气阻力，质量为、电荷量为的颗粒进入两极板恰好被全部收集， a.求两极板间的电压； b.若单位时间内有个颗粒进入两极板，求电路中的电流； (2)若计空气阻力，颗粒所受阻力与其相对于空气的速度方向相反，大小为，其中为颗粒的半径，为已知常量。假设颗粒在金属板间经极短时间加速到最大速度。 a.在竖直和水平两方向上，判断颗粒在哪方向上受到空气阻力； b.半径为，电荷量为的颗粒恰好全部被收集，求两极板间的电压。 C层 10．某同学设计了一种利用放射性元素衰变的电池，该电池采用金属空心球壳结构，如图所示，在金属球壳内部的球心位置放有一小块与球壳绝缘的放射性物质，放射性物质与球壳之间是真空，球心处的放射性物质的原子核发生衰变，向四周均匀发射电子，电子的电荷量为e。已知单位时间内从放射性物质射出的电子数为N，在金属壳外表面有一块极小的圆形面积S，其直径对球心的张角为弧度，则通过S的电流大小约为（　　） A． B． C． D． 11．（多选）一根横截面积为S的铜导线，通过电流为I。已经知道铜的密度为ρ，铜的摩尔质量为M，电子电荷量为e，阿伏加德罗常数为NA，设每个铜原子只提供一个自由电子，单位体积内的自由电子数为n，铜导线中自由电子定向移动速率为v，t时间内穿过导线横截面的自由电子数为，下列关系正确的是（　　） A． B． C． D． 12．在显像管的电子枪中，从炽热的金属丝中不断放出的电子进入电压为的加速电场，设其初速度为零，经加速后形成横截面积为、电流为的电子束。已知电子的电荷量为、质量为，则在刚射出加速电场时，求： (1)每个电子的速率为______。 (2)一小段长为的电子束内的电子个数。 (3)如果加速场是匀强电场，试求加速场内距灯丝处和处一小段内电子数之比。 试卷第1页，共3页 试卷第1页，共3页 学科网（北京）股份有限公司 参考答案 题号 1 2 3 4 7 8 10 11 答案 B A AC BC C BC A BCD 1．B 【详解】电流的大小由电荷量和时间决定，公式为 已知电量，时间 代入公式得 电流的方向定义为正电荷运动的方向。电子带负电，因此电流方向向右。 故选 B。 2．A 【详解】金属丝的横截面积为 则在时间内通过该横截面的电荷量为 则金属丝内的电流为 联立可得 故选A。 3．AC 【详解】AB．由题意，电池容量为60Ah，根据 可得在充电过程中通过电池最多的电荷量为，故A正确，B错误； CD．由题意，在家自行充电的话，将电池充满需要10小时，而如果在充电站充电的话则需要两个小时，根据 可得在家自行充电的电流是在充电站充电电流大小关系为，故C正确，D错误。 故选AC。 4．BC 【详解】根据电流的定义式，在时间内通过导体横截面的自由电子的电量，则在时间内，通过导体横截面的自由电子的数目为 将代入解得 故选BC。 5．(1)错误 (2)错误 (3)错误 (4)错误 (5)错误 (6)正确 【详解】（1）必须有电压，自由电荷才能在电路中移动，故题目说法错误； （2）导体内部的电荷时刻在无规则运动，存在电压后，电荷做定向移动，形成电流，故题目说法错误； （3）恒定电场形成后电路中的电荷仍然发生移动，故题目说法错误； （4）正电荷移动的方向与电流方向相同，负电荷定向移动的方向与电流方向相反，故题目说法错误； （5）电流既有大小又有方向，但电流是标量，故题目说法错误； （6）根据 可知，单位时间内通过导体横截面的电荷量越大，电流就越大，故题目说法正确。 6．（1）；（2） 【详解】（1）氢原子的核外电子做匀速圆周运动，由库仑力提供向心力，可得 解得 （2）氢原子的核外电子做匀速圆周运动，一个周期通过横截面的电荷量为e，根据定义式，可得电子运动的等效电流的大小 把代入，解得 7．C 【详解】A．是平行板电容器的电容公式，其中包含介电常数、正对面积、常数 和两极板间距离，是电容器的决定式，故A错误； B．是牛顿第二定律的表达式，表示加速度与力成正比、与质量成反比，加速度的定义是速度的变化率，即，故B错误； C．是电流的定义，表示单位时间内通过导体横截面的电荷量，是电荷量和时间的比值，故C正确； D．是匀强电场中电场强度与电势差的关系式，电场强度的定义是电场力与试探电荷电荷量的比值，即，故D错误。 故选C。 8．BC 【详解】C．一小段时间内，流过导线横截面的电子个数为 电荷量为 根据电流的定义有 故C正确； AB．长度为的一段导体，则电子做定向移动时满足电场力与阻力相等，则 所以 故A错误，B正确； D．电场力对电子做正功，阻力对电子做负功，故D错误。 故选BC。 9．(1) a． b． (2)a．竖直方向 b． 【详解】（1）a．带电颗粒在沿电场方向做匀加速直线运动， 水平方向匀速直线运动 ，颗粒进入两极板恰好被全部收集，即 联立可得 b．若单位时间内有n个颗粒进入两极板，则单位时间内进入两板间电荷量为nq，即 （2）a．带电颗粒与空气在水平方向上都是做速度为的匀速直线运动，没有相对速度，所以在水平方向上没有阻力 在竖直方向上，带电颗粒受电场力而加速，与空气有相对速度，所以在竖直方向上受到阻力作用。 b．颗粒在金属板间经极短时间加速达到最大速度，做匀速直线运动 ，可得 带电颗粒在两板间运动，水平方向，竖直方向，则 联立可得 10．A 【详解】单位时间内从放射性物质射出的电子数为N，则t时间内从放射性物质射出的电荷量 结合几何关系可知在金属壳外表面有一块极小的圆形面积S上的电荷量为 根据电流的定义有 故选A。 11．BCD 【详解】ABC．电流为 有 ， A错误，BC正确； D．设体积V内自由电子数为N，则 所以 D正确。 故选BCD。 12．(1) (2) (3) 【详解】（1）每个电子经过电场加速后，根据动能定理 解得 （2）设长度为的电子束内的电量为 则电子个数 （3）设距离灯丝处和处电子的速度大小分别为和，设加速电场的电场强度为，根据动能定理分别有， 在这个电子束上电流强度是处处相等的，根据电流的微观表达式可得 所以加速场内距灯丝处和处一小段内电子数之比为 解得 答案第1页，共2页 答案第1页，共2页 学科网（北京）股份有限公司 $