11.1 电源和电流 讲义 -2026-2027学年高二上学期物理人教版必修第三册

电源和电流 知识点一、电源 1．电源 　　（1）定义：电源是把其它形式能转化为电能的装置。 　　例如：干电池和蓄电池是把化学能转化为电能，水轮发电机是把机械能转化为电能。 　　（2）作用：电源有正、负两个极，两极间有一定的电压，将一段导体（或一段电路）接到电源两极间，导体（或一段电路）两端就有了一定的电压，可见电源能在导体（或电路）两端保持一定的电压。 　　注意：不同的电源，两极间的电压不同，这是由电源本身性质不同。 知识点二、在电路中形成电流的条件 1．电流的形成 　　电荷定向移动形成电流。 电荷的热运动，从宏观上看，不能形成电流．(如图) 2．形成电流的条件 　　（1）从整个电路看，有电源的闭合电路中存在持续的电流； 　　（2）从一段导体来看，导体两端必须有电压才有可能有电流； 　　（3）从微观上看，导体中有自由移动的电荷以及有电场作用在这些电荷上是形成电流的必需具备的条件。 知识点三、电流的定义 1．电流的意义 　　电路中的电流有强弱之分和流向的不同，为了表达电流的强弱人们定义了电流强度，简称为电流，为了便于表达电流的流向人们规定了电流的方向。 2．电流的定义 　　通过导体横截面的电荷量跟通过这些电荷量所用时间的比值，叫做电流。用表示。 　　定义式：． 　　要点诠释：①公式中是通过横截面的电荷量而不是单位横截面的电荷量。 　　②电荷量不等的同种电荷同向通过某一横截面时，，两种电荷反向通过某一横截面时， 　　　，不能相互抵消。 　　③横截面的选取是任意的，电流的大小与横截面无关。 3．方向 　　规定正电荷定向移动的方向为电流方向。 　　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。（如图） 　　②电解液中正、负离子定向移动的方向虽然相反，但正、负离子定向移动形成的电流方向是相同的。 　　③在电源外部的电路中，电流是从电源的正极流向负极；在电源内部的电路中，电流是从电源的负极流向正极。 　　④电流既有大小又有方向；但它不是矢量，而是标量。 4．单位 　　在国际单位制中它的单位是安培，简称安（）。它是国际单位制中七个基本单位之一，常用的单位还有毫安、微安； 　　． 　　注意：电流的单位是规定的，而电量的单位是导出的，即． 5．常见的几种电流 　　①金属导体中电流； 　　②做匀速圆周运动的电荷形成的等效电流（为周期）　 　　③电解液中的电流（和分别为正负离子在时间内通过电解液某截面的总电量） 6．决定电流大小的微观量 在加有电压的一段粗细均匀的导体上选取两个截面和，设导体的横截面积为．导体每单位体积内的自由电荷数为，每个电荷的电荷量为，电荷的定向移动速率为，则在时间内处于相距为 的两截面、间的所有自由电荷将通过截面 ． . . 知识点四、电流形成的原因及恒定电流 1．恒定电场的产生 　　恒定电场是由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成的。 2．恒定电场的作用 　　恒定电场的作用是使构成电路的导体中的自由电荷在电场力的作用下定向移动，形成电流。 3．恒定电流 　　自由电荷受到的电场力、它运动过程中与其它微观粒子碰撞所受到的阻力，这两个力共同的作用效果使自由电荷做匀速运动，形成恒定电流。 　　注意：①如果电源发生变化，恒定电场就会发生变化，电流的大小和方向都可能发生变化，此时电路中的电流不再是恒定电流（以后将要学习的脉动电流或交流电就属此种情况）。 　　②电荷定向移动的速度和我们通常所说的电流的速度不是一回事！电荷定向移动的速度很小，在的铜导线中的电流，自由电子定向移动的速度才是。而电流的速度是电场的传播速度,接近光速． 4．三种速率的区别 （1）电流的传导速率等于光速． （2）电子的定向移动速率，其大小与电流强度有关． （3）电子无规则的热运动速率，与温度有关. 例题： 一、单选题 1．下列说法正确的是（     ） A．只要有可以自由移动的电荷，就存在持续电流 B．金属导体内的持续电流是自由电子在导体内的电场作用下定向移动形成的 C．电流的传导速率就是导体内自由电子的定向移动速率 D．金属导体内的自由电子定向移动时，它们的热运动就消失了 2．如图所示，一根横截面积为的均匀金属导体，自由电子沿轴线方向做速度为的匀速直线运动，导体单位体积的自由电子数为，单个自由电子电荷量为；则导体中电流大小和方向是（     ） A．，方向与的方向相反 B．，方向与的方向相同 C．，方向与的方向相同 D．nqv，方向与的方向相反 3．如图为酒店常用的一种送餐服务机器人，为机器人供电的锂电池容量为，正常工作时的电流为3A。根据上述信息，下列说法正确的是（     ） A．30A·h的A·h是能量单位 B．充满电后机器人最长连续工作时间为30h C．充满电后机器人最长连续工作时间为10h D．电池充满电后总电荷量为30C 4．关于电流，下列说法中正确的是（     ） A．因为电流既有大小又有方向，所以电流是矢量 B．某手机的说明书标明电池容量为800mA•h，其中mA•h为电荷量单位 C．由可知，通过导体横截面的电荷量越多，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 5．在电解液中，5 s内沿相反方向通过液体横截面的正、负离子的电荷量均为5 C，则电解液中的电流等于（     ） A．1 A B．0 C．2 A D．无法计算 6．如图，由相同材料制成的金属导体、、并联在电路中，它们的长度之比为，横截面积之比为。若同种材料电子均匀分布，则当闭合开关后，流经、、的自由电子定向移动的平均速率之比为（　　） A． B． C． D． 7．某实验室有两种材料制成的两个导体棒A和B，其中A的横截面积为B的2倍，经相等的时间流过导体棒B横截面的电荷量为流过导体棒A横截面的电荷量的2倍。则下列说法中正确的是（     ） A．流过两导体棒的电流相等 B．导体棒B中的电流为导体棒A中的2倍 C．导体棒A中自由电子定向移动的速率是导体棒B的 D．两导体棒中自由电子定向移动的速率相同 8．北京正负电子对撞机的储存环可近似看做圆形轨道，在整个环中运行的电子数目为个，电子的周期T为s，电子电荷量，则环中的等效电流是（　　） A． B． C． D． 9．在显像管的电子枪中，炽热的金属丝不断放出的电子进入电压为U的加速电场，假设这些电子的初速度均为零，经加速后形成横截面积为S、电流为I的电子束。已知电子的电荷量为e、质量为m，则在刚射出加速电场时，一段长为的电子束所带的电荷量为（　　） A． B． C． D． 10．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l、电阻率为ρ、横截面积为S的细金属直导线，单位体积内有n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k。金属中的自由电子定向移动的速率不变。下列说法错误的是（　　） A．电场力对电子做的正功与阻力对电子做的负功大小相等 B．当该导线通有恒定的电流I时导线中自由电子定向移动的速率 C．比例系数 D．比例系数与导线中自由电子定向移动的速率v有关 二、多选题 11．如图所示，两段长度和材料相同、各自粗细均匀的金属导线、，单位体积内的自由电子数相等，横截面积之比为。已知内有个自由电子通过导线的横截面，已知电子电荷量为，则（    ） A．流经导线的电流为 B．流经导线的电流为 C．内有个自由电子通过导线的横截面 D．自由电子在导线和中移动的速率之比 12．下列说法正确的是（     ） A．金属导体导电，只是自由电子作定向移动 B．电解液导电，正、负离子都作定向移动 C．气体导电，一定只有正离子作定向移动 D．气体导电，正、负离子和自由电子都作定向移动 13．比亚迪第二代刀片电池于2026年3月5日正式发布，旗下某款新能源汽车采用的第二代刀片电池在常温环境下从最大电荷量的10%充到70%仅需5min，若这一阶段充电电流的平均值约为 ，则（　　） A．该阶段充入的电荷量约为 B．该阶段充入的电荷量约为 C．该电池能存储的最大电荷量约为 D．该电池能存储的最大电荷量约为 14．半径为R的橡胶圆环均匀带正电，总电荷量为Q。现使橡胶圆环绕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（     ） A．若ω不变而使电荷量Q变为原来的2倍，则电流也将变为原来的2倍 B．若电荷量Q不变而使ω变为原来的2倍，则电流也将变为原来的2倍 C．若使ω、Q不变，将环拉伸，使环半径增大，则电流将变大 D．若使ω、Q不变，将环拉伸，使环半径增大，则电流将变小 15．如图所示，电源的正负极分别接A、B金属板给容器内的盐水通电，t时间内通过溶液内截面S的一价正离子数是n1，一价负离子数是n2，设元电荷为e，以下说法中正确的是（　　） A．只有正离子的定向移动才能产生电流 B．电解液内正、负离子向相反方向移动，电流加强 C．电流 D．电流 答案第10页，共12页 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 电源和电流 知识点一、电源 1．电源 　　（1）定义：电源是把其它形式能转化为电能的装置。 　　例如：干电池和蓄电池是把化学能转化为电能，水轮发电机是把机械能转化为电能。 　　（2）作用：电源有正、负两个极，两极间有一定的电压，将一段导体（或一段电路）接到电源两极间，导体（或一段电路）两端就有了一定的电压，可见电源能在导体（或电路）两端保持一定的电压。 　　注意：不同的电源，两极间的电压不同，这是由电源本身性质不同。 知识点二、在电路中形成电流的条件 1．电流的形成 　　电荷定向移动形成电流。 电荷的热运动，从宏观上看，不能形成电流．(如图) 2．形成电流的条件 　　（1）从整个电路看，有电源的闭合电路中存在持续的电流； 　　（2）从一段导体来看，导体两端必须有电压才有可能有电流； 　　（3）从微观上看，导体中有自由移动的电荷以及有电场作用在这些电荷上是形成电流的必需具备的条件。 知识点三、电流的定义 1．电流的意义 　　电路中的电流有强弱之分和流向的不同，为了表达电流的强弱人们定义了电流强度，简称为电流，为了便于表达电流的流向人们规定了电流的方向。 2．电流的定义 　　通过导体横截面的电荷量跟通过这些电荷量所用时间的比值，叫做电流。用表示。 　　定义式：． 　　要点诠释：①公式中是通过横截面的电荷量而不是单位横截面的电荷量。 　　②电荷量不等的同种电荷同向通过某一横截面时，，两种电荷反向通过某一横截面时， 　　　，不能相互抵消。 　　③横截面的选取是任意的，电流的大小与横截面无关。 3．方向 　　规定正电荷定向移动的方向为电流方向。 　　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。（如图） 　　②电解液中正、负离子定向移动的方向虽然相反，但正、负离子定向移动形成的电流方向是相同的。 　　③在电源外部的电路中，电流是从电源的正极流向负极；在电源内部的电路中，电流是从电源的负极流向正极。 　　④电流既有大小又有方向；但它不是矢量，而是标量。 4．单位 　　在国际单位制中它的单位是安培，简称安（）。它是国际单位制中七个基本单位之一，常用的单位还有毫安、微安； 　　． 　　注意：电流的单位是规定的，而电量的单位是导出的，即． 5．常见的几种电流 　　①金属导体中电流； 　　②做匀速圆周运动的电荷形成的等效电流（为周期）　 　　③电解液中的电流（和分别为正负离子在时间内通过电解液某截面的总电量） 6．决定电流大小的微观量 在加有电压的一段粗细均匀的导体上选取两个截面和，设导体的横截面积为．导体每单位体积内的自由电荷数为，每个电荷的电荷量为，电荷的定向移动速率为，则在时间内处于相距为 的两截面、间的所有自由电荷将通过截面 ． . . 知识点四、电流形成的原因及恒定电流 1．恒定电场的产生 　　恒定电场是由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成的。 2．恒定电场的作用 　　恒定电场的作用是使构成电路的导体中的自由电荷在电场力的作用下定向移动，形成电流。 3．恒定电流 　　自由电荷受到的电场力、它运动过程中与其它微观粒子碰撞所受到的阻力，这两个力共同的作用效果使自由电荷做匀速运动，形成恒定电流。 　　注意：①如果电源发生变化，恒定电场就会发生变化，电流的大小和方向都可能发生变化，此时电路中的电流不再是恒定电流（以后将要学习的脉动电流或交流电就属此种情况）。 　　②电荷定向移动的速度和我们通常所说的电流的速度不是一回事！电荷定向移动的速度很小，在的铜导线中的电流，自由电子定向移动的速度才是。而电流的速度是电场的传播速度,接近光速． 4．三种速率的区别 （1）电流的传导速率等于光速． （2）电子的定向移动速率，其大小与电流强度有关． （3）电子无规则的热运动速率，与温度有关. 例题： 一、单选题 1．下列说法正确的是（     ） A．只要有可以自由移动的电荷，就存在持续电流 B．金属导体内的持续电流是自由电子在导体内的电场作用下定向移动形成的 C．电流的传导速率就是导体内自由电子的定向移动速率 D．金属导体内的自由电子定向移动时，它们的热运动就消失了 【答案】B 【详解】A．持续电流的形成条件为闭合回路、导体中存在自由移动的电荷、持续提供电压，故A错误； B．金属导体内的持续电流是自由电子在导体内的电场作用下发生定向移动形成的，故B正确； C．电流的传导速率约为光速远大于导体内自由电荷定向移动速率，故C错误； D．金属导体内的自由电子无时无刻不在做无规则热运动，故D错误。 故选B。 2．如图所示，一根横截面积为的均匀金属导体，自由电子沿轴线方向做速度为的匀速直线运动，导体单位体积的自由电子数为，单个自由电子电荷量为；则导体中电流大小和方向是（     ） A．，方向与的方向相反 B．，方向与的方向相同 C．，方向与的方向相同 D．nqv，方向与的方向相反 【答案】A 【详解】在时间t内，流过导线横截面的电荷量 因此导线中电流，方向与v的方向相反。 故选A。 3．如图为酒店常用的一种送餐服务机器人，为机器人供电的锂电池容量为，正常工作时的电流为3A。根据上述信息，下列说法正确的是（     ） A．30A·h的A·h是能量单位 B．充满电后机器人最长连续工作时间为30h C．充满电后机器人最长连续工作时间为10h D．电池充满电后总电荷量为30C 【答案】C 【详解】A．的A是电流单位，h是时间单位，是电荷量单位，故A错误； BC．充满电后机器人最长连续工作时间为，故C正确，B错误。 D．电池充满电后总电荷量为，故D错误。 故选C。 4．关于电流，下列说法中正确的是（     ） A．因为电流既有大小又有方向，所以电流是矢量 B．某手机的说明书标明电池容量为800mA•h，其中mA•h为电荷量单位 C．由可知，通过导体横截面的电荷量越多，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 【答案】B 【详解】A．矢量的运算遵循平行四边形定则，电流虽有方向，但运算时遵循代数加减法则，因此电流是标量，故A错误； B．根据电荷量公式，电流单位和时间单位的乘积，则对应电荷量的单位，故B正确； C．是电流的比值定义式，电流大小等于单位时间内通过导体横截面的电荷量，仅电荷量多、若通电时间很长，电流也可能很小，电流与总电荷量无正比关系，故C错误； D．导体中的电流不一定由自由电子定向移动形成，例如电解质溶液导电是正负离子定向移动形成电流，故D错误。 故选B。 5．在电解液中，5 s内沿相反方向通过液体横截面的正、负离子的电荷量均为5 C，则电解液中的电流等于（     ） A．1 A B．0 C．2 A D．无法计算 【答案】C 【详解】电流的定义式为 其中为单位时间内通过横截面的总电荷量。电解液导电时，正离子定向移动、负离子向相反方向定向移动，二者形成的电流方向相同，因此总电荷量为正、负离子电荷量的绝对值之和，即 代入电流定义式得 故选C。 6．如图，由相同材料制成的金属导体、、并联在电路中，它们的长度之比为，横截面积之比为。若同种材料电子均匀分布，则当闭合开关后，流经、、的自由电子定向移动的平均速率之比为（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】根据电阻公式 可得 并联电路电压相同，电流与电阻成反比， 根据电流微观表达式 由题意知相同，所以 则有 故选A。 7．某实验室有两种材料制成的两个导体棒A和B，其中A的横截面积为B的2倍，经相等的时间流过导体棒B横截面的电荷量为流过导体棒A横截面的电荷量的2倍。则下列说法中正确的是（     ） A．流过两导体棒的电流相等 B．导体棒B中的电流为导体棒A中的2倍 C．导体棒A中自由电子定向移动的速率是导体棒B的 D．两导体棒中自由电子定向移动的速率相同 【答案】B 【详解】AB．由于单位时间内通过B横截面的电荷量是通过A横截面的电荷量的2倍，根据可知，B中的电流是A中的电流的2倍，故A错误，B正确； CD．根据电流微观表达式，可得 由于A、B两导体的材料性质不同，则单位体积内的自由电子数关系未知，所以无法确定两导体棒中自由电子定向移动的速率关系，故CD错误。 故选B。 8．北京正负电子对撞机的储存环可近似看做圆形轨道，在整个环中运行的电子数目为个，电子的周期T为s，电子电荷量，则环中的等效电流是（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】总电荷量 电子周期 代入得 故选A。 9．在显像管的电子枪中，炽热的金属丝不断放出的电子进入电压为U的加速电场，假设这些电子的初速度均为零，经加速后形成横截面积为S、电流为I的电子束。已知电子的电荷量为e、质量为m，则在刚射出加速电场时，一段长为的电子束所带的电荷量为（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】电子经加速电场加速，由动能定理有 解得 长为的电子束通过截面所需时间 根据电流定义 可得 联立解得 故选A。 10．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l、电阻率为ρ、横截面积为S的细金属直导线，单位体积内有n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k。金属中的自由电子定向移动的速率不变。下列说法错误的是（　　） A．电场力对电子做的正功与阻力对电子做的负功大小相等 B．当该导线通有恒定的电流I时导线中自由电子定向移动的速率 C．比例系数 D．比例系数与导线中自由电子定向移动的速率v有关 【答案】D 【详解】A．自由电子定向移动速率不变，动能变化为0，根据动能定理，合外力做功为0，因此电场力做的正功与阻力做的负功大小相等，故A正确，不符合题意； B．时间内流过导线横截面的电荷量，由电流定义，可得，变形得，故B正确，不符合题意； C．电子匀速运动受力平衡，有 结合欧姆定律 将代入得，代入平衡式约去v，可得，故C正确，不符合题意； D．由可知，k由单位体积自由电子数、电子电荷量、导体电阻率共同决定，均为导体本身的固有属性，与电子定向移动速率无关，故D错误，符合题意。 本题选错误的，故选D。 二、多选题 11．如图所示，两段长度和材料相同、各自粗细均匀的金属导线、，单位体积内的自由电子数相等，横截面积之比为。已知内有个自由电子通过导线的横截面，已知电子电荷量为，则（    ） A．流经导线的电流为 B．流经导线的电流为 C．内有个自由电子通过导线的横截面 D．自由电子在导线和中移动的速率之比 【答案】BD 【详解】AB．因、串联，通过、的电流相等，电流大小为，故A错误，B正确； C．因、串联，通过、的电流相等，所以相同时间内通过的电荷量相等，即内有个自由电子通过导线的横截面，故C错误； D．根据电流微观表达式 可得 由于通过导线、电流相等，单位体积内的自由电子数相等，则自由电子在导线和中移动的速率之比为，故D正确。 故选BD。 12．下列说法正确的是（     ） A．金属导体导电，只是自由电子作定向移动 B．电解液导电，正、负离子都作定向移动 C．气体导电，一定只有正离子作定向移动 D．气体导电，正、负离子和自由电子都作定向移动 【答案】ABD 【详解】A．金属导体导电，只有自由电子作定向移动，故A正确； B．电解液导电，只有正、负离子作定向移动，故B正确； CD．气体导电，正、负离子和自由电子都作定向移动，故C错误，D正确。 故选ABD 。 13．比亚迪第二代刀片电池于2026年3月5日正式发布，旗下某款新能源汽车采用的第二代刀片电池在常温环境下从最大电荷量的10%充到70%仅需5min，若这一阶段充电电流的平均值约为 ，则（　　） A．该阶段充入的电荷量约为 B．该阶段充入的电荷量约为 C．该电池能存储的最大电荷量约为 D．该电池能存储的最大电荷量约为 【答案】AD 【详解】AB．充电时间，换算得 根据电流定义式，代入数据得 即该阶段充入的电荷量约为，故A正确、B错误； CD．电池从最大电荷量的充到，充电比例为，设最大电荷量为，则 解得，故C错误、D正确。 故选AD。 14．半径为R的橡胶圆环均匀带正电，总电荷量为Q。现使橡胶圆环绕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（     ） A．若ω不变而使电荷量Q变为原来的2倍，则电流也将变为原来的2倍 B．若电荷量Q不变而使ω变为原来的2倍，则电流也将变为原来的2倍 C．若使ω、Q不变，将环拉伸，使环半径增大，则电流将变大 D．若使ω、Q不变，将环拉伸，使环半径增大，则电流将变小 【答案】AB 【详解】A．环转动一周的时间为 一周内通过环某一横截面的电荷量为Q，则电流为 由此可得，若不变而使电荷量变为原来的倍，则电流也将变为原来的倍，A正确； B．电流为，若电荷量不变而使变为原来的倍，则电流也将变为原来的倍，B正确； CD．由 可得，若使、不变，将环拉伸，使环的半径增大，对电流没有影响，CD错误。 故选AB。 15．如图所示，电源的正负极分别接A、B金属板给容器内的盐水通电，t时间内通过溶液内截面S的一价正离子数是n1，一价负离子数是n2，设元电荷为e，以下说法中正确的是（　　） A．只有正离子的定向移动才能产生电流 B．电解液内正、负离子向相反方向移动，电流加强 C．电流 D．电流 【答案】BD 【详解】A．负离子的定向移动也能产生电流，故A错误； B．电解液内正、负离子向相反方向移动，电流加强，故B正确； CD．正离子产生的电流为 负离子产生的电流为 总电流为 解得，故C错误，D正确。 故选BD。 答案第10页，共12页 2 学科网（北京）股份有限公司 $