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** 分层设计清晰，从基础概念到综合应用再到拓展探究，梯度合理，适配新授课知识巩固与能力提升。 **分层设计** |层次|知识覆盖|设计特色| |----|----------|----------| |A层|电流定义、微观表达式、方向等基础概念|选择/判断题巩固物理观念，如电流定义式理解| |B层|闪电、离子推进器等实际应用|计算题提升科学思维，如离子加速功率推导| |C层|放射性电池、引力场类比等拓展内容|综合题培养质疑创新，如衰变电流计算与模型建构|

11.1 电源和电流 分层作业 学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________ A层 1．某手机搭载有8000mA·h的大容量电池。已知该手机在开启网络、中等亮度的条件下的待机时间为72h，则该手机待机时的平均电流约为（    ） A．0.11A B．0.9A C．1.6A D．8A 2．关于电流强度，下列说法正确的是（　　） A．电子运动的速率越大，电流强度就越大 B．电流强度是一个矢量，其方向就是正电荷定向移动的方向 C．导线内自由电子定向移动的速率等于电场的传播速率 D．在国际单位制中，电流强度是一个基本物理量，其单位安培是基本单位 3．（多选）关于电流的定义式和微观表达式以及电流方向，下列说法正确的是（　　） A．是电流的定义式，电流由通过导体某一横截面的电荷量及所用时间决定 B．是电流的微观表达式，对于某一确定的柱状导体，其电流与导体内自由电子定向移动的平均速率成正比 C．由可得，可知当一定时，通过导体某一横截面的电荷量与电流成正比 D．规定正电荷的定向移动方向为电流方向，电流既有大小，又有方向，电流是矢量 4．（多选）截面积为S的导线中通有电流I，已知导线每单位体积中有n个自由电子，每个自由电子的电荷量是e，自由电子定向移动的速率是v，则在时间内通过导线截面的自由电子数是（　　） 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．如图所示，电闪雷鸣时，强大的电流使天空发出耀眼的闪光，但它是短暂的，而手电筒中的小灯泡却能持续发光，这是为什么？ B层 7．闪电是由云层所累积的电荷引起的，通常是云层底部带负电，顶部带正电，云层下的地面带正电。当电场强度增大到足以击穿空气时，云层与云层之间或云层与地面之间发生的短时放电现象就是闪电。某次闪电的图像如图所示。云层底部与地面之间的距离，击穿空气所需的电场强度，假设云层底部与地面间的电场可看作匀强电场，且每次闪电击向地面输送的电荷量相同，则（　　） A．一次闪电释放的总电荷量为 B．闪电时，云层底部和地面之间的平均电流为 C．一次闪电释放的能量为 D．地球上每年闪电次，全年闪电放出的总能量约为 8．（多选）下列说法正确的是（　　） A．在国际单位制中，电流的单位是安培 B．大小不随时间变化的电流叫恒定电流 C．电荷不会创生，但会消灭 D．电场线在电场中不会相交 9．利用离子推进器可以控制卫星姿态、修正运行轨道。图为某种离子推进器中离子加速区域的简化示意图，栅电极分别为阳极和阴极，间距为。稳定运行时，可认为栅电极间有向右的匀强电场，场强大小为。从阳极注入的带正电的氙离子经过电场加速后形成正离子束，最终所有注入的氙离子以很高的速度沿同一方向从阴极喷出，由此对卫星产生推力。已知每个氙离子的质量为、电荷量为，初速度近似为零，单位时间注入的氙离子数为。不考虑氙离子间相互作用及相对论效应。 (1)求每个氙离子从阴极喷出时的动能。 (2)氙离子的定向运动形成电流，求： A．阴极处喷出离子时形成的等效电流。 B．离子推进器加速氙离子所消耗的功率。 (3)在计算推进器获得的推力大小时，某同学提出一种思路：通过求得栅电极间所有氙离子所受静电力之和，认为其大小等于所求推力大小。判断该思路是否正确。若正确，请按此思路计算出推力大小；若不正确，请说明理由。 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． B． C． D． 11．（1）电荷之间的作用力是通过电场产生的，地球对物体的万有引力也可认为是通过“引力场”来实现的。请类比电场强度的定义方法，写出地球“引力场强度”的定义式，并结合万有引力定律，推导距离地心为处的引力场强度的表达式，已知万有引力常量为G。（请对其中涉及的物理量做出必要说明） （2）经典电磁理论认为：当金属导体两端电压稳定后，导体中产生分布不随时间变化的恒定电场。恒定电场中，任何位置的电荷分布和电场强度都不随时间变化，它的基本性质与静电场相同，在恒定电场的作用下，金属中的自由电子做定向加速运动，在运动过程中与导体内不动的粒子不断碰撞，每次碰撞后定向移动的速度减为0。碰撞阻碍了自由电子的定向运动，结果是大量自由电子定向移动的平均速度不随时间变化。某种金属中单位体积内的自由电子数量为n，自由电子的质量为m，所带电荷量为e，如图所示，由该种金属制成的长为L，横截面积为S的圆柱形金属导体，将其两端加上恒定电压U。为了简化问题，假设自由电子连续两次与不动的粒子碰撞的时间间隔平均值为。 a、自由电子从静止开始加速时间为时的速度v； b、求金属导体中的电流I 《 11.1》参考答案 题号 1 2 3 4 7 8 10 答案 A D BC AC B AD A 1．A 【详解】根据平均电流的定义 代入数据解得 故选A。 2．D 【详解】A．电流的微观表达式为，电流大小不仅与电荷定向移动速率有关，还和单位体积自由电荷数、导体横截面积、单个电荷电荷量有关，且电子无规则热运动的速率不影响电流大小，故A错误； B．电流强度虽有方向，但运算遵循代数加减规则，不满足矢量的平行四边形定则，属于标量，故B错误； C．导线内电场的传播速率等于光速（约），自由电子定向移动的速率仅约为，二者不相等，故C错误； D．国际单位制中规定电流强度是七个基本物理量之一，其单位安培是基本单位，故D正确。 故选D。 3．BC 【详解】A．是电流的定义式，I与q和t无关，A错误； B．电流在微观上与n、e、S、v有关，对于某一确定的柱状导体I只与v有关且与v成正比，B正确； C．根据可知通过导体某一横截面的电荷量q由I和t决定，C正确； D．电流既有大小，又有方向，但电流是标量，物理学上规定正电荷定向移动的方向为电流方向，D错误。 故选BC。 4．AC 【详解】设内通过导线截面的自由电子数是N，电流可以表示为 解得； 故选AC。 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．见解析 【详解】因为手电筒电路中有电源，电源能提供持续的电流，所以小灯泡能持续发光；而发生在云层间的闪电，没有电源，不能形成持续的电流。 7．B 【详解】A．根据电流的定义式可知，图像与坐标轴围成图形的面积表示电荷量，故一次闪电释放的总电荷量为，故A错误； B．闪电时，云层底部和地面之间的平均电流为，故B正确； C．一次闪电电场力所做的功为 则根据功能关系可知，一次闪电释放的能量为，故C错误； D．全年闪电放出的总能量为，故D错误。 故选B。 8．AD 【详解】A．在国际单位制中，电流的单位是安培，故A正确； B．大小和方向不随时间变化的电流叫恒定电流，故B错误； C．电荷不会创生，也不会消灭，故C错误； D．电场线在电场中不会相交，也不会闭合，故D正确。 故选AD。 9．(1) (2)， (3)见解析 【详解】（1）由动能定理 得 （2）A．稳定运行时，单位时间喷出的离子数为 根据电流的定义得 B．消耗的功率 两栅电极间电压 解得 （3）思路正确。设每个离子受到的静电力大小为，则 设离子从栅电极运动到栅电极的时间为，根据运动学规律和牛顿第二定律 栅电极间离子总数 根据题目中的思路和牛顿第三定律得 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．（1）见解析；（2）a.；b. 【详解】（1）电荷在处的电场强度定义式 类比电场强度可得，引力场强度定义式为 距离地心为处受到的万有引力 距离地心为处的引力场强度的表达式 式中G为引力常量，M为地球质量，r为距地心的距离。 （2）a.恒定电场的场强    则自由电子所受电场力 加速度为 设电子在恒定电场中由静止加速的时间为t0时的速度为v，则 v=at0 解得 b.电子定向移动的平均速率 金属导体中产生的电流 则可得 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 $