11.1 电源和电流（分层作业）人教版物理必修第三册

11.1 电源和电流（答案版） 目录 1 一、电源与电流 1 二、恒定电流 1 三、电流的微观表达式 1 四、拓展：生活中的物理 1 2 3 ( 高中物理答疑解题助手 AI 智能体： https://www.coze.cn/store/agent/7615615129367052342?bot_id=true ) 一、电源与电流 1．【答案】D 2．【答案】B 3．【答案】B 二、恒定电流 4．【答案】C 5．【答案】D 6．【答案】C 三、电流的微观表达式 7．【答案】A 8．【答案】C 四、拓展：生活中的物理 9．【答案】B 10．【答案】(1)因为云层与大地或云层之间的电势差在电闪时瞬间减小，不能再维持强大电流 (2)电闪雷鸣过程中电能转化为光能、内能等 (3)第一：电路中有电源；第二：电路必须是闭合的 【详解】（1）雷电的本质是云层与大地、云层与云层之间的瞬时静电放电现象：不同云层或云层与地面之间积累了大量异种电荷，形成极高的电势差，当电场强度大到足以击穿空气时，空气从绝缘状态变为导电状态，瞬间发生剧烈的电荷中和过程。这个过程会快速释放此前积累的电荷，原本的电势差也会在极短时间内迅速消失，无法维持持续的放电，因此耀眼的闪光仅能持续一瞬间。 （2）在雷电发生前，云层之间、云层与地面之间积累的大量异种电荷，对应储存了电场形式的电能;放电过程中，剧烈的电荷流动产生强光，将电能转化为光能；同时瞬间释放的巨大能量加热周围空气，使空气急剧膨胀振动产生雷鸣，该过程中电能同时转化为内能与声能。整体的能量转化路径为：电场储存的电能转化为光能、内能、声能。 （3）要得到持续的电流，必须同时满足两个核心条件：第一是存在可以持续提供电能的装置，也就是电源它能不断将其他形式的能量转化为电能，维持电路两端稳定的电势差；第二是电路需要保持闭合导通的状态，让电荷可以在回路中持续定向移动，不会出现断路阻断电荷流动。 1．【答案】B 2．【答案】A 3．【答案】D 4．【答案】(1)盐水中的电流是和同时反向定向移动形成的，金属导线中的电流是自由电子定向移动形成的 (2)电流的方向规定为正电荷定向移动的方向，所以盐水中电流方向与运动方向相同，与定向移动方向相反。 (3)据和时间t内通过的电荷量q＝2ne，得电路中的电流 【详解】（1）金属导线的内部存在大量可自由移动的自由电子，电流的形成是自由电子在电场作用下发生定向移动，仅存在负电荷这一类载流子的定向运动；盐水中的氯化钠会电离为带正电的和带负电的，电流的形成是这两种带异种电荷的离子在电场作用下，同时向相反的方向发生定向移动，存在正、负两类载流子的定向运动。 （2）电流的方向规定为正电荷定向移动的方向，所以盐水中电流方向与运动方向相同，与定向移动方向相反。 （3）根据电流的定义式可得 而时间内通过的电荷量 联立可得电路中的电流 1．【答案】A 2．【答案】D 1 / 3 学科网（北京）股份有限公司 $ 11.1 电源和电流（解析版） 目录 1 一、电源与电流 1 二、恒定电流 2 三、电流的微观表达式 5 四、拓展：生活中的物理 6 7 9 ( 高中物理答疑解题助手AI智能体： https://www.coze.cn/store/agent/7615615129367052342?bot_id=true ) 一、电源与电流 1．下列对基本概念、规律的认识正确的是（　　） A．电荷定向移动的方向即为电流的方向 B．电流总是从高电势流向低电势 C．电流既有大小又有方向，所以电流是矢量 D．电动势的大小反映的是电荷通过电源时，有多少焦耳的其他形式的能转化为电能 【答案】D 【详解】A．正电荷定向移动的方向为电流方向，若电荷为负（如电子），其移动方向与电流方向相反，故A错误； B．在电源外部，电流从高电势流向低电势，但在电源内部，电流从低电势流向高电势，故B错误； C．电流虽有方向，但不符合矢量运算规则，所以电流是标量，故C错误； D．电动势定义式为，其中为非静电力将电荷通过电源所做的功，即其他形式的能转化为电能的量，即电动势的大小反映的是电荷通过电源时，有多少焦耳的其他形式的能转化为电能，故D正确。 故选D。 2．关于电流的方向，下列说法正确的是（    ） A．电源供电的外部电路中，电流的方向是从低电势一端流向高电势一端 B．电子运动形成的等效电流方向与正电荷定向运动方向相同 C．电源内部，电流的方向是从高电势一端流向低电势一端 D．电子运动形成的等效电流方向与自由电子定向运动方向相同 【答案】B 【详解】AC．在电源的外部电路中，电流从正极流向负极，在电源内部，电流从负极流向正极，电源正极电势高于负极电势，故AC错误； BD．电子带负电，电子运动形成的等效电流方向与正电荷运动的方向相同，与自由电子定向运动方向相反，故B正确，D错误。 故选B。 3．关于电源和电流，以下说法正确的是（     ） A．电源的作用是在电源内部把电子由负极搬运到正极，保持两极之间有稳定的电势差 B．电源是将其它形式的能转化为电能的装置 C．单位时间内通过导体横截面的电荷量越少，导体中的电流越大 D．导体中的电流一定是由自由电子的定向移动形成的 【答案】B 【详解】A．电源内部非静电力将电子从正极搬运到负极，从而维持两极电势差，而非从负极到正极，A错误； B．电源是将其它形式的能转化为电能的装置，B正确； C．根据电流定义式，可知单位时间内通过导体横截面的电荷量越多，电流越大，C错误； D．导体中的电流是带电粒子定向移动形成的，但带电粒子不一定是自由电子，如导电溶液中的带电粒子是正负离子，D错误。 故选B。 二、恒定电流 4．充电宝作为移动电源，为移动设备提供额外电能，解决电量不足的问题。使用时要遵循充电规范、定期检查、正确存储、注意携带安全等。如图所示是某充电宝的部分标识。关于该充电宝，下列说法正确的是（    ） A．充满电后储存的能量约 B．充满电后可供3.7V用电器使用100小时，平均电流强度约0.2A C．从20%电量充电到80%电量用5小时，充电过程的电流约为1.2A D．该电池提供的总能量可以使一名质量60kg的学生提升的最大竖直高度为300m 【答案】C 【详解】A．电池容量为 充满电后储存的能量约为 J 故A错误； B．电池容量为 根据电流定义式可知 A 故B错误； C．从20%电量充电到80%电量用5小时，充电过程的电流约为 A 故C正确； D．根据能量守恒定律可知 解得 m 故D错误； 故选C。 5．如图所示，电源正负极分别接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，电流抵消 C．电流 D．电流 【答案】D 【详解】A．负离子的定向移动也能产生电流，A错误； B．电解液内正、负离子向相反方向移动，电流加强，B错误； 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 C错误，D正确。 故选D。 6．若某手机只播放视频，可以播放约12小时，该手机的部分说明书如下表。下列说法正确的是（     ） 手机类型 智能手机、4G手机 电池容量 3500 mA·h 电池类型 不可拆卸式电池 待机时间 约18天 A．3500mA·h表示电池所储存的能量 B．放电时，电池可输出的最大电荷量为3.5C C．该手机播放视频时的平均电流约为待机状态下的36倍 D．该手机播放视频时单位时间输出的平均电荷量约为待机状态下的18倍 【答案】C 【详解】A．电池容量是电荷量的单位，故A错误； B．单位换算得，即电池可输出的最大电荷量为，故B错误； C．播放视频的平均电流 待机平均电流 电流比，故C正确； D．单位时间输出的平均电荷量就是电流，由C可知比值为36倍，故D错误。 故选C。 三、电流的微观表达式 7．一直径为d的金属丝通有电流为I的恒定电流，已知金属丝中单位体积内自由电子的个数为N，自由电子所带电荷量为e，则自由电子在金属丝内定向移动的速率为 A． B． C． D． 【答案】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。 8．有一横截面积为S的铜导线，每单位体积的导线中有n个自由电子，电子的电量为e。当电子的定向移动的速度为v时，通过导线横截面的电流可表示为（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】在时间内，以速度v移动的电子在铜导线中经过的长度为，由于铜导线的横截面积为S，则在时间内，电子经过的导线对应体积为，又由于单位体积的导线有n个自由电子，则在时间内，通过导线横截面的自由电子数目可表示为 则电流的微观表达式为 故选C。 四、拓展：生活中的物理 9．如图所示，充电宝是年轻人最喜欢的移动电源，是描述充电宝的一个重要的物理量的单位，请问这个单位所对应的物理量是（　　） A．电容 B．电荷量 C．电流 D．击穿电压 【答案】B 【详解】根据电流的定义式 可知，所以题目中“”表示的电荷量。 故选B。 10．如图所示，电闪雷鸣时，强大的电流使天空发出耀眼的闪光。 (1)耀眼的闪光为什么只持续一瞬间? (2)电闪雷鸣过程中发生怎样的能量转化? (3)如果形成持续的电流，需要满足什么条件? 【答案】(1)因为云层与大地或云层之间的电势差在电闪时瞬间减小，不能再维持强大电流 (2)电闪雷鸣过程中电能转化为光能、内能等 (3)第一：电路中有电源；第二：电路必须是闭合的 【详解】（1）雷电的本质是云层与大地、云层与云层之间的瞬时静电放电现象：不同云层或云层与地面之间积累了大量异种电荷，形成极高的电势差，当电场强度大到足以击穿空气时，空气从绝缘状态变为导电状态，瞬间发生剧烈的电荷中和过程。这个过程会快速释放此前积累的电荷，原本的电势差也会在极短时间内迅速消失，无法维持持续的放电，因此耀眼的闪光仅能持续一瞬间。 （2）在雷电发生前，云层之间、云层与地面之间积累的大量异种电荷，对应储存了电场形式的电能;放电过程中，剧烈的电荷流动产生强光，将电能转化为光能；同时瞬间释放的巨大能量加热周围空气，使空气急剧膨胀振动产生雷鸣，该过程中电能同时转化为内能与声能。整体的能量转化路径为：电场储存的电能转化为光能、内能、声能。 （3）要得到持续的电流，必须同时满足两个核心条件：第一是存在可以持续提供电能的装置，也就是电源它能不断将其他形式的能量转化为电能，维持电路两端稳定的电势差；第二是电路需要保持闭合导通的状态，让电荷可以在回路中持续定向移动，不会出现断路阻断电荷流动。 1．铜是人类最早使用的金属。早在史前时代，人们就开始采掘露天铜矿，铜的使用对早期人类文明的进步影响深远。现有一横截面积为S的铜导线，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，此时电子的定向移动速率为v，电流的微观表达式为，下列说法正确的是（   ） A．v表示自由电子定向移动的平均速率，也是热运动的速率 B．是由推导而来的，它从微观的角度阐明了决定电流强弱的因素 C．由可知电流I与电荷量q成正比，与时间t成反比 D．从微观上看，电子运动的速率越大，电流一定越大 【答案】B 【详解】A．v表示自由电子定向移动的平均速率，不是热运动的速率，故A错误； B．是由推导而来的，它从微观的角度阐明了决定电流强弱的因素，故B正确； C．为电流的定义式，电流I与电荷量q和时间t无关，故C错误； D．从微观上看，电子运动的速率越大，在单位体积内的电子数，和导体横截面积一定的情况下，电流一定越大，故D错误。 故选B。 2．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。 3．某些肿瘤可以用“质子疗法”进行治疗。在这种疗法中，为了能让质子进入癌细胞，首先要实现质子的高速运动，该过程需要一种被称作“粒子加速器”的装置来实现。质子先被加速到较高的速度，然后轰击肿瘤并杀死癌细胞。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。已知细柱形的质子流横截面积为S，其等效电流为I；质子的质量为m，其电量为e。那么这束质子流内单位体积的质子数n是（　　） A． B． C． D． 【答案】D 【详解】质子在加速电场中加速，由动能定理有 解得 根据电流微观表达式有 联立解得 因此D正确，A、B、C错误。 故选D。 4．如图所示，把电源两极分别用导线连接在插入食盐水中的两个金属电极上，电路中形成电流。 (1)盐水中的电流和金属导线中的电流形成机制有什么不同? (2)盐水中的电流沿什么方向? (3)假设在时间t内有n个和n个通过图中虚面，则电路中的电流多大? 【答案】(1)盐水中的电流是和同时反向定向移动形成的，金属导线中的电流是自由电子定向移动形成的 (2)电流的方向规定为正电荷定向移动的方向，所以盐水中电流方向与运动方向相同，与定向移动方向相反。 (3)据和时间t内通过的电荷量q＝2ne，得电路中的电流 【详解】（1）金属导线的内部存在大量可自由移动的自由电子，电流的形成是自由电子在电场作用下发生定向移动，仅存在负电荷这一类载流子的定向运动；盐水中的氯化钠会电离为带正电的和带负电的，电流的形成是这两种带异种电荷的离子在电场作用下，同时向相反的方向发生定向移动，存在正、负两类载流子的定向运动。 （2）电流的方向规定为正电荷定向移动的方向，所以盐水中电流方向与运动方向相同，与定向移动方向相反。 （3）根据电流的定义式可得 而时间内通过的电荷量 联立可得电路中的电流 1．（2024·浙江·高考真题）下列物理量中，属于矢量的是（　　） A．位移 B．时间 C．电流 D．热量 【答案】A 【详解】A．位移既有大小又有方向，且运算法则为平行四边形法则，是矢量，故A正确； BD．时间和热量均只有大小没有方向，是标量，故BD错误； C．电流运算法则是算术法则，是标量，故C错误。 故选A。 2．（2021·江苏·高考真题）有研究发现，某神经细胞传递信号时，离子从细胞膜一侧流到另一侧形成跨膜电流，若将该细胞膜视为的电容器，在内细胞膜两侧的电势差从变为，则该过程中跨膜电流的平均值为（　　） A． B． C． D． 【答案】D 【详解】根据 Q=CU 可知 ∆Q=C∆U=10-8×(30+70)×10-3C=10-9C 则该过程中跨膜电流的平均值为 故选D。 6 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $ 11.1 电源和电流（原卷版） 目录 1 一、电源与电流 1 二、恒定电流 2 三、电流的微观表达式 3 四、拓展：生活中的物理 3 5 7 ( 高中物理答疑解题助手 AI 智能体： https://www.coze.cn/store/agent/7615615129367052342?bot_id=true ) 一、电源与电流 1．下列对基本概念、规律的认识正确的是（　　） A．电荷定向移动的方向即为电流的方向 B．电流总是从高电势流向低电势 C．电流既有大小又有方向，所以电流是矢量 D．电动势的大小反映的是电荷通过电源时，有多少焦耳的其他形式的能转化为电能 2．关于电流的方向，下列说法正确的是（    ） A．电源供电的外部电路中，电流的方向是从低电势一端流向高电势一端 B．电子运动形成的等效电流方向与正电荷定向运动方向相同 C．电源内部，电流的方向是从高电势一端流向低电势一端 D．电子运动形成的等效电流方向与自由电子定向运动方向相同 3．关于电源和电流，以下说法正确的是（     ） A．电源的作用是在电源内部把电子由负极搬运到正极，保持两极之间有稳定的电势差 B．电源是将其它形式的能转化为电能的装置 C．单位时间内通过导体横截面的电荷量越少，导体中的电流越大 D．导体中的电流一定是由自由电子的定向移动形成的 二、恒定电流 4．充电宝作为移动电源，为移动设备提供额外电能，解决电量不足的问题。使用时要遵循充电规范、定期检查、正确存储、注意携带安全等。如图所示是某充电宝的部分标识。关于该充电宝，下列说法正确的是（    ） A．充满电后储存的能量约 B．充满电后可供3.7V用电器使用100小时，平均电流强度约0.2A C．从20%电量充电到80%电量用5小时，充电过程的电流约为1.2A D．该电池提供的总能量可以使一名质量60kg的学生提升的最大竖直高度为300m 5．如图所示，电源正负极分别接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，电流抵消 C．电流 D．电流 6．若某手机只播放视频，可以播放约12小时，该手机的部分说明书如下表。下列说法正确的是（     ） 手机类型 智能手机、4G手机 电池容量 3500 mA·h 电池类型 不可拆卸式电池 待机时间 约18天 A．3500mA·h表示电池所储存的能量 B．放电时，电池可输出的最大电荷量为3.5C C．该手机播放视频时的平均电流约为待机状态下的36倍 D．该手机播放视频时单位时间输出的平均电荷量约为待机状态下的18倍 三、电流的微观表达式 7．一直径为d的金属丝通有电流为I的恒定电流，已知金属丝中单位体积内自由电子的个数为N，自由电子所带电荷量为e，则自由电子在金属丝内定向移动的速率为 A． B． C． D． 8．有一横截面积为S的铜导线，每单位体积的导线中有n个自由电子，电子的电量为e。当电子的定向移动的速度为v时，通过导线横截面的电流可表示为（　　） A． B． C． D． 四、拓展：生活中的物理 9．如图所示，充电宝是年轻人最喜欢的移动电源，是描述充电宝的一个重要的物理量的单位，请问这个单位所对应的物理量是（　　） A．电容 B．电荷量 C．电流 D．击穿电压 10．如图所示，电闪雷鸣时，强大的电流使天空发出耀眼的闪光。 (1)耀眼的闪光为什么只持续一瞬间? (2)电闪雷鸣过程中发生怎样的能量转化? (3)如果形成持续的电流，需要满足什么条件? 1．铜是人类最早使用的金属。早在史前时代，人们就开始采掘露天铜矿，铜的使用对早期人类文明的进步影响深远。现有一横截面积为S的铜导线，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，此时电子的定向移动速率为v，电流的微观表达式为，下列说法正确的是（   ） A．v表示自由电子定向移动的平均速率，也是热运动的速率 B．是由推导而来的，它从微观的角度阐明了决定电流强弱的因素 C．由可知电流I与电荷量q成正比，与时间t成反比 D．从微观上看，电子运动的速率越大，电流一定越大 2．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． 3．某些肿瘤可以用“质子疗法”进行治疗。在这种疗法中，为了能让质子进入癌细胞，首先要实现质子的高速运动，该过程需要一种被称作“粒子加速器”的装置来实现。质子先被加速到较高的速度，然后轰击肿瘤并杀死癌细胞。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。已知细柱形的质子流横截面积为S，其等效电流为I；质子的质量为m，其电量为e。那么这束质子流内单位体积的质子数n是（　　） A． B． C． D． 4．如图所示，把电源两极分别用导线连接在插入食盐水中的两个金属电极上，电路中形成电流。 (1)盐水中的电流和金属导线中的电流形成机制有什么不同? (2)盐水中的电流沿什么方向? (3)假设在时间t内有n个和n个通过图中虚面，则电路中的电流多大? 1．（2024·浙江·高考真题）下列物理量中，属于矢量的是（　　） A．位移 B．时间 C．电流 D．热量 2．（2021·江苏·高考真题）有研究发现，某神经细胞传递信号时，离子从细胞膜一侧流到另一侧形成跨膜电流，若将该细胞膜视为的电容器，在内细胞膜两侧的电势差从变为，则该过程中跨膜电流的平均值为（　　） A． B． C． D． 3 / 7 学科网（北京）股份有限公司 $