11.1 电源和电流(Word教参)-【学霸笔记·同步精讲】2026-2027学年高中物理必修第三册（人教版）

本讲义聚焦高中物理“电源和电流”核心知识点，从电流形成条件切入，通过闪电与手电筒发光对比引出电源作用，进而阐述恒定电流概念、电流定义式及微观表达式，构建从宏观现象到微观本质的学习支架。 该资料以生活实例激发兴趣，通过判断题、多样化例题（金属导体、电解液、等效电流等）及规律总结，培养学生物理观念与科学思维。课中辅助教师引导概念理解，课后练习题助力学生巩固知识，有效查漏补缺。

1.电源和电流 1.了解形成电流的原因及产生持续电流的条件，知道电源的作用，认识常见的电源。（物理观念） 2.知道恒定电流和恒定电场的概念，理解电流的定义及定义式I＝的意义，知道电流的单位和方向，会用公式I＝求解有关问题。（物理观念） 3.理解电流的微观模型，会推导电流的微观表达式，了解表达式中各物理量的意义。（科学思维） 知识点一　电源 　　 　雷鸣电闪时，强大的电流使天空发出耀眼的闪光，但它只能存在于一瞬间（如图甲），而手电筒中的小灯泡却能持续发光（如图乙），这是为什么？ 提示：闪电只是提供了瞬时高压，只能产生瞬时电流；手电筒中的电源为小灯泡提供了持续的电压，能产生持续电流。 〔阅读教材P53—P54，完成下列填空〕 1.电流的形成：导线中的自由电子在静电力作用下的　定向移动　形成电流。 2.电源：电源是能不断把电子从　正　极搬运到　负　极的装置。 3.电源的作用：使导体两端始终存在一定的　电势差　，使电路中有　持续　的电流。 （1）电荷的移动一定形成电流。（　×　） （2）电源的两极间存在一定的电势差。（　√　） （3）电源能把正电荷从正极搬运到负极。（　×　） 角度1　电源的理解 下列关于电源的说法正确的是（　B　） 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能的过程 C.电源的作用是使电路中产生电荷 D.只要电路中有电源，电路中就会形成持续电流 解析：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，将其他形式的能转化为电能，使正极电势高于负极，A错误，B正确；电源的作用不是使电路中产生电荷，而是使导体两端始终存在电势差，C错误；电路中要形成持续的电流，既要有电源，电路还要闭合，两者缺一不可，D错误。 规律总结 电源的理解 （1）电荷搬运方向：在电源内部把正电荷从负极搬运到正极；把负电荷从正极搬运到负极。 （2）作用：维持电源两极间的电势差。 角度2　电流的产生条件 关于电流的产生条件，下列说法正确的是 （　B　） A.有自由电子 B.导体两端存在电势差 C.任何物体两端存在电势差 D.导体两端必须有恒定的电势差 解析：根据电流的产生条件可知，有自由电子不一定有电流，故A错误；导体两端存在电势差一定有电流，故B正确；绝缘体两端即使存在电势差，也没有电流，故C错误；导体中产生电流时两端的电势差不必是恒定的，故D错误。 规律总结 电流的产生条件 （1）有自由电荷。 注意：①金属导体中的自由电荷是自由电子。②电解液中的自由电荷是正、负离子。 （2）导体两端有持续的电势差。 知识点二　恒定电流 　　 〔阅读教材P54—P55，完成下列填空〕 1.恒定电场 （1）定义：由稳定分布的　电荷　所产生的电场。 （2）特点：在恒定电场中，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。 2.恒定电流：　大小　、　方向　都不随时间变化的电流叫作恒定电流。 3.电流 （1）意义：表示电流的　强弱　程度。 （2）定义：单位时间内通过导体横截面的　电荷量　。 （3）定义式：I＝　　。 （4）单位：在国际单位制中，电流的单位是　安培　，简称安，符号是　A　。 ①常用单位：　毫安　（mA）、　微安　（μA）。 ②关系：1 A＝　103　 mA＝　106　μA。 （5）方向：规定　正电荷　定向移动的方向为电流的方向。 （1）恒定电场作用下导体中电荷的分布是稳定的，故电荷是静止不动的。（　×　） （2）大小不变的电流就是恒定电流。（　×　） （3）自由电子定向移动的方向一定与电流方向相反。（　√　） 如图所示，电源P与导线H组成闭合回路。 （1）导线内的电场是如何形成的？这种电场随时间变化吗？有什么特点？ （2）如果在电路中串联一个电流表，发现电流表的示数稳定，这样的电流有什么特点？ 提示：（1）导线内的电场是由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成的。这种电场不随时间变化，是稳定的。 （2）电流的大小、方向都不变。 　电流的方向的理解 （1）由于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一定相反。 注意：①金属导体中电流的方向与自由电子定向移动的方向相反。 ②电解液中电流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。（2）在电源内部电路中电流从电源的负极流向正极；在电源外部电路中电流从电源的正极流向负极。 （3）电流是标量：电流有方向，但它是标量，遵守代数运算。 角度1　金属导体中的电流 如图所示，3 s内通过金属导体某截面S的电子总电荷量大小为6 C，则该导线中电流的大小和方向分别为（　B　） A.2 A、向右 B.2 A、向左 C.18 A、向右 D.108 A、向左 解析：电流大小I＝＝2 A，电流方向与自由电子定向移动方向相反，所以电流方向向左，故选B。 角度2　电解液中的电流 （2026·河南信阳期中）如图所示，电解池内有一价的电解液（A、B间所接电源未画出），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，以下说法正确的是（　D　） A.当n1＝n2时，电流为零 B.当n1＞n2时，电流方向从A→B，电流大小为I＝ C.当n1＜n2时，电流方向从B→A，电流大小为I＝ D.溶液内电流方向从A→B，电流大小为I＝ 解析：正离子定向移动的方向就是电流方向，负离子定向移动的反方向也是电流方向。当正、负离子反向经过同一截面时，公式I＝中的q应是正、负离子电荷量绝对值之和，故I＝，溶液内电流方向由A指向B，与正、负离子的数量关系无关，故选D。 角度3　等效电流 安培提出了著名的分子电流假说，根据这一假说，电子绕核的运动可等效为环形电流。设电荷量为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，关于该环形电流的说法，正确的是（　C　） A.电流大小为，电流方向为顺时针 B.电流大小为，电流方向为顺时针 C.电流大小为，电流方向为逆时针 D.电流大小为，电流方向为逆时针 解析：电子绕核运动可等效为环形电流，电子运动周期为T＝，根据电流的定义可得电流大小为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，即电流方向沿逆时针方向，故选C。 规律总结 不同导体中电流的计算方法 金属导体 自由电荷只有自由电子，运用I＝计算时，q是t时间内通过金属导体横截面的自由电子的总电荷量，电流方向与自由电子的运动方向相反 电解液 自由电荷是正、负离子，运用I＝计算时，q是在时间t内通过电解液横截面的正、负两种离子的电荷量的绝对值之和，电流方向与正离子运动方向相同 等效电流 （1）意义：电荷做周期性的圆周运动时形成等效电流。 （2）计算：常取一个周期来计算等效电流。找出电荷运动的周期T、运动电荷的电荷量q，应用公式I＝求解 角度4　电池的容量 〔多选〕如图所示是2024款某型号电动汽车的标识牌，以下说法正确的是（　ACD　） A.该动力电池的容量为150 A·h B.该动力电池以5 A的电流放电，可以工作150 h C.该动力电池以5 A的电流放电，可以工作30 h D.该动力电池充满电时可储存的电荷量为5.4×105 C 解析：从题图标识牌可知电池的容量为Q＝150 A·h，以I＝5 A的电流放电可工作的时间t＝＝30 h，故A、C正确，B错误；该电池充满电时可储存的电荷量q＝It＝150×3 600 C＝5.4×105 C，故D正确。 规律总结 电池的容量 （1）意义：电池充满电时存储的电荷量或放电时输出的总电荷量（Q）。 （2）单位：安时（A·h）或毫安时（mA·h）。 （3）应用：利用Q＝It求解电池的容量、工作电流、放电时间等有关各量。 　电流的微观解释及微观表达式 　　 1.电流的微观解释 （1）如果导体两端有电势差，导体内部就会有电场，自由电子就会在静电力的作用下定向移动，从而形成电流。 （2）三种速率的比较 电子热运动的速率 是指自由电子做无规则热运动的速率，热运动的速率约为105 m/s。自由电子向各个方向热运动的机会相等，此运动不能形成电流 电子定向移动的速率 是指导体两端加上电压时，自由电子做无规则热运动的同时，由于受静电力的作用做定向移动的速率。定向移动的速率约为10－4 m/s 电场的传导速率　 是指导体中建立电场的速率，大小等于光速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做定向移动，整个电路也几乎同时形成了电流 2.电流的微观表达式 （1）推导：如图所示为表示粗细均匀的一段长为l的导体，两端加一定的电压，导体中的自由电荷沿导体定向移动的速率为v，设导体的横截面积为S，导体单位体积内的自由电荷数为n，每个自由电荷的电荷量大小为q。则： 导体内的自由电荷全部通过横截面D所用的时间t＝。导体内的自由电荷总数N＝nlS 总电荷量Q＝Nq＝nlSq 此导体中的电流I＝＝nqSv。 （2）微观表达式：I＝nqSv（注意各量的意义）。 一段粗细均匀的金属导体的横截面积是S，导体单位体积内的自由电子数为n，金属内的自由电子电荷量为e，自由电子做热运动的平均速率为v0，导体中通过的电流为I，通电时间为t，以下说法正确的有（　B　） A.自由电子定向移动的平均速率为v0 B.自由电子定向移动的平均速率为 C.导体中自由电子的数目为 D.导体中自由电子的数目为nv0St 解析：导体内自由电子定向移动的平均速率很小，其数量级约为10－5 m/s，而导体内自由电子做热运动的平均速率大约是105 m/s，A错误；设导体中自由电子定向移动的平均速率为v，由电流的微观表达式可知，时间t内通过导体横截面的电荷量q＝nSvte，由电流的定义式可得I＝＝＝nevS，则v＝，B正确；知道导体单位体积内的自由电子数，但是由于不能计算出导体的体积，所以不能求出导体内自由电子的总数，C、D错误。 规律总结 公式I＝与I＝nqSv的比较 I＝ 电流的定义式 I大小与q、t无关 I＝nqSv 电流的微观表达式 I的大小由n、q、S、v四个量共同决定 　如图所示为一长方形金属导体，其长为l、高为a、宽为b。当从左右两面或者上下两面流过的电流均为I时，金属导体内自由电子定向移动的速率之比为（　　） A.a∶b B.l∶a C.l∶b D.a∶l 解析：B　根据电流的微观表达式可知I＝neS甲v甲＝neabv甲，I＝neS乙v乙＝nelbv乙，则v甲∶v乙＝l∶a，故选B。 　　 知识点一　电源 1.关于电源的作用，下列说法中正确的是（　　） A.电源的作用是保持导体两端的电势差，使电路中有持续的电流 B.电源的作用是将负电荷从负极搬运到正极 C.电源的作用是能为电路持续地提供自由电荷 D.电源的作用是使自由电荷由静止开始运动起来 解析：A　电源的作用是在电源内部把正电荷从负极搬运到正极，把负电荷从正极搬运到负极，保持外电路两端有电势差，使电路中有持续的电流，A正确，B错误；导体中本来就有自由电荷，电源的作用不是为电路持续地提供自由电荷，C错误；自由电荷本身也做无规则的运动，电源的作用是保持导体两端有持续的电势差，使自由电荷发生定向移动，从而使电路中产生电流，D错误。 知识点二　恒定电流 2.如图所示的电流—时间图像，属于恒定电流的是（　　） 解析：A　恒定电流是指大小和方向都不变的电流，所以A属于恒定电流，B、C、D不是恒定电流。 3.（2026·山东济南期中）下列关于电流的说法中，正确的是（　　） A.金属导体中，自由电子定向移动的方向就是电流的方向 B.由I＝可知，通过导体横截面的电荷量越多，电流就越大 C.电流既有大小又有方向，所以电流是矢量 D.在国际单位制中，电流是一个基本物理量，其单位是安培 解析：D　金属导体中，自由电子带负电，其定向移动的方向与规定的电流方向相反。电流的方向规定为正电荷定向移动的方向，故A错误；根据I＝，电流的大小取决于单位时间内通过导体横截面的电荷量。通过导体横截面的电荷量越多，如果所用的时间很长，电流也可能很小，故B错误；电流既有大小又有方向，但电流的运算不遵循平行四边形定则，所以电流是标量，故C错误；在国际单位制的七个基本物理量中，电流是其中之一，其基本单位是安培，故D正确。 4.雷击是指打雷时电流通过人、畜、树木、建筑物等而造成杀伤或破坏，其中一种雷击形式是带电的云层与大地上某点之间发生迅猛的放电现象，叫作“直击雷”。若某次发生“直击雷”前瞬间云层所带的电荷量为8 C，雷击时放电时间为200 μs，则此次雷击时的平均电流为（　　） A.0.04 A B.4×104 A C.0.08 A D.8×104 A 解析：B　已知雷击时放电时间为200 μs，放出的电荷量等于8 C，则此次雷击时的平均电流为I＝＝ A＝4×104 A，选项B正确，A、C、D错误。 5.某电解质溶液内，若在1 s内各有2.0×1019个2价正离子和2.0×1019个1价负离子通过某横截面，那么通过这个横截面的电流是（　　） A.6.4 A B.3.2 A C.1.6 A D.9.6 A 解析：D　在电解质溶液内，电流由正、负离子的定向移动形成，那么通过这个横截面的电流是I＝＝ A＝9.6 A，故选D。 6.一根导线，分别通以不同电流，并保持温度不变，当电流较大时，以下说法正确的是（　　） A.单位体积内自由电子数较多 B.自由电子定向移动的速率较大 C.自由电子的热运动速率较大 D.电流的传导速率较大 解析：B　对同一根导线单位体积内的自由电子数是一样的，A错误；电流与自由电子的定向移动的速率有关，与自由电子的热运动速率无关，B正确，C错误；电流的传导速率是电场的形成速率，等于光速c，和电流的大小无关，D错误。 7.〔多选〕如图所示，在1价离子的电解质溶液内插有两根碳棒A和B作为电极，将它们接在直流电源上，于是溶液里就有电流通过。若在t秒内，通过溶液内截面S的正离子数为n1，通过的负离子数为n2，设基本电荷为e，则以下说法中正确的是（　　） A.正离子定向移动形成的电流方向为A→B，负离子定向移动形成的电流方向也是A→B B.溶液内由于正、负离子移动方向相反，溶液中的电流抵消，电流等于零 C.溶液内的电流方向从A→B，电流I＝ D.溶液内的电流方向从A→B，电流I＝ 解析：AD　电荷的定向移动形成电流，规定正电荷定向移动的方向为电流方向，负电荷定向移动的方向为电流的反方向，由题图所示可知，电流方向是A→B，带电离子在溶液中定向移动形成电流，电流不为零，电流I＝＝，A、D正确，B、C错误。 8.（2026·广东广州期中）如图所示，半径为R的橡胶圆环上均匀分布着正电荷，总电荷量为Q，现使圆环绕垂直环所在平面且通过圆心的轴以角速度ω匀速转动，则由环产生的等效电流为（　　） A. B. C. D. 解析：B　截取圆环的任一横截面S，则在橡胶环运动一周期的时间内通过这个横截面的电荷量为Q，即I＝＝＝，故选B。 9.〔多选〕（2026·山东利津月考）图甲为某品牌扫地机器人，它使用的是微型刀片电池（如图乙），具有体积小、重量轻、高能量密度、安全性高等特点。该刀片电池电量耗尽后，充电时间约60分钟，充电完成时电池容量为2 000 mA·h。下列说法正确的是（　　） A.电池容量是指电池储存电荷量的多少 B.电池容量是指电池储存电能的多少 C.刀片电池在正常工作时，电源外部电流由负极流向正极 D.该刀片电池的平均充电电流约为2 A 解析：AD　电池容量是指电池存储的电荷量（电流与时间的乘积）的多少，不是储存电能的多少，故A正确，B错误；刀片电池在正常工作时，电源外部电流由正极流向负极，故C错误；该刀片电池的平均充电电流约为I＝＝ A＝2 A，故D正确。 10.〔多选〕有一横截面积为S的铜导线，流经其中的电流为I，设导线单位体积内有n个自由电子，电子电荷量为e，此时电子的定向移动平均速率为v，在Δt时间内，通过导体横截面的自由电子数目可表示为（　　） A. B. C.nvΔt D.nvSΔt 解析：BD　根据电流的微观表达式I＝nevS，在Δt时间内通过导体横截面的电荷量q＝IΔt，则在Δt时间内，通过导体横截面的自由电子的数目为N＝＝＝nvSΔt，故选B、D。 11.（2026·河北沧州期中）将质子加速到一定的速度可以杀死某些肿瘤癌细胞。如图所示，来自质子源的质子（初速度为零），经加速电压为U的加速器加速后，形成细柱形的质子流。已知质子流等效电流为I，质子的质量为m，电荷量为e，求质子流单位长度内的质子数n是多少？ 答案： 解析：质子在加速电场中的加速过程中，根据动能定理得eU＝mv2 质子流等效电流为I，质子的质量为m，电荷量为e，N为单位体积内的质子数 根据电流微观表达式得I＝NevS 联立解得N＝ 质子流单位长度内的质子数n＝。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $