2024年高中物理新教材同步 必修第三冊 電源和電流

第H"一章電路及其應(yīng)用

1電源和電流

［學(xué)習(xí)目標(biāo)］1.了解形成電流的條件，知道電源的作用和導(dǎo)體中的恒定電場。2.理解電流的定

義，知道電流的單位和方向，學(xué)會用公式/=^分析問題（重點(diǎn)）。3.會推導(dǎo)電流的微觀表達(dá)式,

了解表達(dá)式中各物理量的意義（重難點(diǎn)）。

一、電源

1.如圖所示，用導(dǎo)線H連接兩個(gè)分別帶正、負(fù)電荷的導(dǎo)體A、B,導(dǎo)線H中的電荷將如何

移動(dòng)？導(dǎo)線中有無電流？

答案A、B之間有電勢差，電子將從B導(dǎo)體移動(dòng)到A導(dǎo)體，能形成電流。

2.如圖所示，在上述過程中，兩導(dǎo)體的電荷量如何變化，A、B之間的電勢差如何變化，自

由電子會一直運(yùn)動(dòng)嗎？能否形成持續(xù)的電流？

答案B失去電子，A得到電子，A、B之間的電勢差很快消失。當(dāng)A、B之間的電勢相等時(shí),

電子將不再運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)線中也無電流。

3.如圖所示，如果想讓導(dǎo)線中有持續(xù)的電流，我們需要一個(gè)怎樣的裝置?

電源

答案導(dǎo)體中若要有持續(xù)電流需要這樣一個(gè)裝置，該裝置能把電子從A搬運(yùn)到B,使導(dǎo)體兩

端始終存在電勢差，使得電路中電流能夠持續(xù)存在。

「梳理與總結(jié)」

1.電源的定義：能在電源內(nèi)部把電子從電源正極搬運(yùn)到電源負(fù)極的裝置就是電源。

2.電源的作用：使導(dǎo)體兩端始終存在電勢差。

「思考與討論」

在實(shí)際生活中，電閃雷鳴時(shí)，強(qiáng)大的電流使天空發(fā)出耀眼的閃光，但它只能存在于一瞬間；

而連接在電路中的小燈泡卻能持續(xù)發(fā)光，這是為什么呢？

答案閃電只存在于一瞬間，兩塊帶異種電荷的云將其間的空氣電離，發(fā)生放電現(xiàn)象形成電

流，云上的電荷釋放完了，電流也就沒有了，所以只能形成瞬間電流。

電路中有電源，電源能給小燈泡提供持續(xù)的電流，所以連接在電路中的小燈泡能持續(xù)發(fā)光。

二、恒定電流

1.大小、方囪都不隨時(shí)間變化的電流稱為恒定電流。

2.電流的定義式：其物理意義：單位時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量，是表示電流強(qiáng)

弱程度的物理量。

注意用該式計(jì)算出的電流是時(shí)間r內(nèi)的平均值。對于恒定電流，電流的瞬時(shí)值與平均值相

等。

3.在國際單位制中，電流的單位是安培,符號是A。常用單位：毫安（mA）、微安01A）,1A

=103mA—106心。

4.電流的方向：規(guī)定為正電荷定向移動(dòng)的方向,與負(fù)電荷定向移動(dòng)的方向相反。

注意（1）電流雖然有方向，但它是標(biāo)量，其計(jì)算遵循代數(shù)運(yùn)算法則。

（2）在外電路中電流方向由電源正極到負(fù)極，在電源內(nèi)部電流方向由電源負(fù)極到正極。

【例1】（多選）關(guān)于電流，下列說法正確的是（）

A.導(dǎo)體中有電荷運(yùn)動(dòng)就會形成電流

B.電流是矢量，其方向就是電子定向移動(dòng)的方向

C.在國際單位制中，電流是一個(gè)基本物理量，其單位安培是基本單位

D.對于導(dǎo)體，只要其兩端電勢差為零，電流也必為零

答案CD

解析導(dǎo)體中自由電荷定向移動(dòng)形成電流，電荷無規(guī)則運(yùn)動(dòng)不會形成電流，故A錯(cuò)誤；電流

雖有方向，但它是一個(gè)標(biāo)量，故B錯(cuò)誤；電流是一個(gè)基本量，其單位安培是國際單位制中的

七個(gè)基本單位之一，故C正確；導(dǎo)體兩端電勢差為零時(shí)，電荷不會定向移動(dòng)，電流必為零，

故D正確。

【例2】在2s內(nèi)有0.1C電荷通過橫截面積為2mm2的金屬導(dǎo)體，則電流大小為（）

A.0.025AB.0.05A

C.0.1AD.0.02A

答案B

解析根據(jù)電流的定義式可知，/=子=-^-A=0.05A,故B正確，A、C、D錯(cuò)誤。

針對訓(xùn)練1電路中有一電阻，通過電阻的電流為5A,在通電5分鐘的時(shí)間內(nèi)，通過電阻橫

截面的電子數(shù)為(e=1.6X10-19C)()

A.1500個(gè)B.9.375X1019個(gè)

C.9.375X1021個(gè)D.9.375X1020個(gè)

答案C

解析由q=〃和〃=，得w=，=9.375XIO21個(gè)，故選C。

?總結(jié)提升

對于恒定電流，可用計(jì)算電荷量。

【例3】如圖所示，電解池內(nèi)有一價(jià)的電解溶液，/時(shí)間內(nèi)通過溶液內(nèi)橫截面S的正離子數(shù)是

m，負(fù)離子數(shù)是"2,設(shè)元電荷的電荷量為e,以下說法正確的是()

A.正離子定向移動(dòng)形成電流，方向從A到B,負(fù)離子定向移動(dòng)形成電流，方向從B到A

B.溶液內(nèi)正、負(fù)離子沿相反方向運(yùn)動(dòng)，電流相互抵消

C.溶液內(nèi)電流方向從A到B,電流/=午

D.溶液內(nèi)電流方向從A到B,電流

答案D

解析電流的方向與正離子定向移動(dòng)方向相同，與負(fù)離子定向移動(dòng)方向相反，所以正、負(fù)離

子定向移動(dòng)形成的電流，方向都是從A到B,電流不會相互抵消，故A、B錯(cuò)誤；/時(shí)間內(nèi)

通過溶液內(nèi)橫截面S的電荷量4="遂+〃26=(〃1+〃2)0,根據(jù)電流的定義式/=/得

故C錯(cuò)誤，D正確。

■總結(jié)提升

1.金屬導(dǎo)體中的電流是由自由電子的定向移動(dòng)形成的，因此q為通過導(dǎo)體橫截面的自由電子

的電荷量。

2.電解質(zhì)溶液中電流的方向與正離子定向移動(dòng)的方向相同，與負(fù)離子定向移動(dòng)的方向相反。

3.電解質(zhì)溶液中的電流是正、負(fù)離子同時(shí)向相反方向定向移動(dòng)形成的，因此q為正、負(fù)離子

電荷量的絕對值之和。

三、電流的微觀表達(dá)式

如圖所示為表示粗細(xì)均勻的一段長為/的導(dǎo)體，兩端加一定的電壓，導(dǎo)體中的自由電荷沿導(dǎo)

體定向移動(dòng)的速率為。，設(shè)導(dǎo)體的橫截面積為S,導(dǎo)體單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)為小每個(gè)自

由電荷的電荷量大小為4。貝!J：

導(dǎo)體內(nèi)的自由電荷全部通過橫截面D所用的時(shí)間旺。導(dǎo)體內(nèi)的自由電荷總數(shù)N=nlS

總電荷量O=Nq=〃lSq

此導(dǎo)體中的電流/=號=皇=陽血

V

AD

「梳理與總結(jié)」

1./=于是電流的定義式，/與通過導(dǎo)體橫截面的電荷量q及時(shí)間r無關(guān)。

2./=收。5是電流的微觀表達(dá)式，從微觀上看，電流取決于導(dǎo)體中單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)

"、每個(gè)自由電荷的電荷量大小外定向移動(dòng)的速率。，還與導(dǎo)體的橫截面積S有關(guān)。

3.區(qū)別三種速率

自由電子定向移金屬導(dǎo)體中的自由電子定向移動(dòng)形成電流，其中自由電子定向移動(dòng)速

動(dòng)速率率的數(shù)量級一般為KT,m/s

導(dǎo)體內(nèi)的自由電子在永不停息地做無規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)，由于熱運(yùn)動(dòng)，自

自由電子熱運(yùn)動(dòng)

由電子向各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的機(jī)會相等，故不能形成電流，常溫下自由電

速率

子熱運(yùn)動(dòng)速率的數(shù)量級為1。5m/s

等于光速。閉合開關(guān)的瞬間，電路中各處以真空中光速c的速度建立

電場傳播速率（或

恒定電場，在恒定電場的作用下，電路中各處的自由電子幾乎同時(shí)開

電流傳導(dǎo)速率）

始定向運(yùn)動(dòng)，整個(gè)電路也就幾乎同時(shí)形成了電流

【例4】（2023?重慶市萬州第二高級中學(xué)月考）某些腫瘤可以用“質(zhì)子療法”進(jìn)行治療。在這種

療法中，為了能讓質(zhì)子進(jìn)入癌細(xì)胞，首先要實(shí)現(xiàn)質(zhì)子的高速運(yùn)動(dòng)，該過程需要一種被稱作“粒

子加速器”的裝置來實(shí)現(xiàn)。質(zhì)子先被加速到較高的速度，然后轟擊腫瘤并殺死癌細(xì)胞。如圖

所示，來自質(zhì)子源的質(zhì)子（初速度為零）經(jīng)加速電壓為U的加速器加速后，形成細(xì)柱形的質(zhì)子

流。已知細(xì)柱形的質(zhì)子流橫截面積為S,其等效電流為/；質(zhì)子的質(zhì)量為相，其電荷量為e。

那么這束質(zhì)子流內(nèi)單位體積的質(zhì)子數(shù)”是（）

有Ue=^mv2根據(jù)I=neSu,聯(lián)立解得氏，故選

解析質(zhì)子在加速電場中加速,9J

Do

針對訓(xùn)練2（多選）橫截面積為S的導(dǎo)線中，通有大小為/的電流，已知導(dǎo)線單位體積內(nèi)有〃

個(gè)自由電子，每個(gè)自由電子的電荷量為e,自由電子定向移動(dòng)的平均速率為0,則在時(shí)間/內(nèi)

通過導(dǎo)線橫截面的電子數(shù)是（）

It

ItnvtnSvt—

A.B.C.D.e

答案CD

解析根據(jù)電流的定義式/=/可知，通過該導(dǎo)線橫截面的電荷量q=〃，則在時(shí)間/內(nèi)通過該

導(dǎo)線橫截面的電子數(shù)為N=/=，，再根據(jù)電流的微觀表達(dá)式/則可得N=〃S”,故C、

D正確，A、B錯(cuò)誤。

四、電池的容量

某充電寶信息如圖所示，其中20000mA-h代表哪個(gè)物理量？

電池類型：AAA級鋰電芯

容量：2（）（）（）（）mA-h

本機(jī)輸入/輸出：DC5V/1A或2A

產(chǎn)品顏色：（灰色、藍(lán)色、黃色、綠色）邊框

產(chǎn)品尺寸：151mmx78mmx22mm

產(chǎn)品重量：約350g

答案由［=〃知，表示電荷量。

「梳理與總結(jié)」

1.定義：電池放電時(shí)輸出的總電荷量。

2.單位：“安時(shí)”（A.h）或“毫安時(shí)”（mA-h）。

【例5】某手機(jī)的說明書標(biāo)明該手機(jī)電池容量為4000mA-h,待機(jī)時(shí)間為22d,請估算該手機(jī)

的待機(jī)電流有多大。說明書還標(biāo)明，用該手機(jī)播放視頻的時(shí)間是17h,請估算播放視頻的電

流大約是待機(jī)電流的幾倍。（結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字）

某手機(jī)說明書（節(jié)選）

...

手機(jī)類型智能手機(jī)、4G手機(jī)……

屏幕分辨率1920X1080像素(FHD)

電池容量4000mA-h

電池類型不可拆卸式電池

...

待機(jī)時(shí)間22d

...

答案7.6X10~3A32倍

n4_

解析4000mA-h=4A-h,手機(jī)的待機(jī)電流：A^7.6X10~3A;

、a4

手機(jī)播放視頻的電流：，2=+=、A^0.24A

則才仁32,即播放視頻的電流大約是待機(jī)電流的32倍。

課時(shí)對點(diǎn)練

基礎(chǔ)對點(diǎn)練

考點(diǎn)一電流的理解和計(jì)算

1.下列說法正確的是（）

A.導(dǎo)體中電荷運(yùn)動(dòng)就形成了電流

B.只有自由電子的定向移動(dòng)才能形成電流

C.導(dǎo)體中的自由電荷越多，電流越大

D.電源的作用是使電源的正、負(fù)極兩端保持一定的電勢差

答案D

解析正、負(fù)電荷的定向移動(dòng)都可以形成電流，不僅僅是自由電子的定向移動(dòng)，故A、B錯(cuò)

誤；電流的大小取決于電荷量與時(shí)間的比值，與自由電荷的多少無關(guān)，故C錯(cuò)誤；在電源內(nèi)

部電源將負(fù)電荷從正極搬到負(fù)極，維持正、負(fù)極間有一定的電勢差，故D正確。

2.（2023?紹興市高級中學(xué)高一月考）如圖所示是通有恒定電流的某段導(dǎo)體。在5s內(nèi)有10C的

負(fù)電荷向右通過橫截面4則導(dǎo)體內(nèi)電流的大小和方向分別是（）

A

A.2A、向右B.2A、向左

C.50A、向右D.50A,向左

答案B

解析根據(jù)電流的定義式/=：,可得電流的大小為/=與A=2A,電流方向規(guī)定為正電荷定

向移動(dòng)的方向，因移動(dòng)的是負(fù)電荷，電流方向與其定向移動(dòng)的方向相反，故電流方向向左，

選B。

3.通過甲、乙兩導(dǎo)線橫截面的電荷量之比為3：5,甲、乙兩導(dǎo)線通電時(shí)間之比為3：2,則

通過甲、乙兩導(dǎo)線的電流之比為（）

A.1：5B.2：5

C.5：2D.5：1

答案B

解析由/今得"票齊鬻=|x|=|,B正確。

4.（2023?淮南第二中學(xué)高二階段練習(xí)）如圖所示的電解池接入電路后，在r秒內(nèi)有小個(gè)一價(jià)正

離子通過溶液內(nèi)某截面S,有力2個(gè)一價(jià)負(fù)離子通過溶液內(nèi)某截面S,設(shè)e為元電荷，以下說

法正確的是（）

B.當(dāng)〃1>〃2時(shí)，電流方向從A-B,電流為/=國寧唆

C.當(dāng)“1<〃2時(shí)，電流方向從B-A,電流為

D.無論小、也大小如何，電流方向都從A-B,電流都為/=（叫如'

答案D

解析由題意可知，通過截面的電荷量q=（m+"2）e,則電流為:"-）e,方向與正電荷

的定向移動(dòng)方向相同，故由A到B,選D。

考點(diǎn)二電流的微觀表達(dá)式

5.關(guān)于電流，下列說法中正確的是（）

A.導(dǎo)體中無電流的原因是其內(nèi)部自由電荷停止了運(yùn)動(dòng)

B.同一個(gè)金屬導(dǎo)體接在不同的電路中，通過的電流往往不同，電流大說明導(dǎo)體內(nèi)自由電荷

定向運(yùn)動(dòng)速率大

C.由于電荷做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的速率比電荷定向移動(dòng)速率大得多，故電荷做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)形成的

電流也就大得多

D.電流的傳導(dǎo)速率就是導(dǎo)體內(nèi)自由電子的定向移動(dòng)速率

答案B

解析導(dǎo)體中無電流時(shí)，內(nèi)部的自由電荷仍在做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，故A錯(cuò)誤；由/可知，

同一個(gè)金屬導(dǎo)體接在不同的電路中，通過的電流往往不同，電流大說明導(dǎo)體內(nèi)自由電荷定向

運(yùn)動(dòng)速率大，故B正確；電流的大小與電荷無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的快慢無關(guān)，故C錯(cuò)誤；電流的傳導(dǎo)

速率是電場形成的速度，約為光速，而電子的定向移動(dòng)速率遠(yuǎn)小于光速，故D錯(cuò)誤。

6.如圖所示為一質(zhì)量分布均勻的長方體金屬導(dǎo)體，在導(dǎo)體的左右兩端加一恒定的電壓，使導(dǎo)

體中產(chǎn)生一恒定電流，其電流的大小為已知導(dǎo)體左側(cè)的橫截面積為S,導(dǎo)體中單位長度的

自由電子數(shù)為"，自由電子熱運(yùn)動(dòng)的速率為自由電子的電荷量用e表示，真空中的光速

用c表示。假設(shè)自由電子定向移動(dòng)的速率為。，貝1()

A.v—voB.

C.v=cD.v=~

ne

答案D

解析設(shè)導(dǎo)體中自由電子從一端定向移動(dòng)到另一端所用時(shí)間為f,則這段導(dǎo)體長為vt,這段

導(dǎo)體的電荷量為q=w"e,由/=/=與生=〃加，解得/，D正確。

7.(2023?江門市第一中學(xué)高二階段練習(xí))如圖所示，兩段長度和材料相同、各自粗細(xì)均勻的金

屬導(dǎo)線a、b,單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)相等，橫截面積之比為Sa：Sb=l：2,已知5s內(nèi)有

5X1018個(gè)自由電子通過導(dǎo)線a的橫截面，電子電荷量e=L6X10r9c,貝i]()

a_______

)

A.流經(jīng)導(dǎo)線a的電流為0.16A

B.流經(jīng)導(dǎo)線b的電流為0.32A

C.5s內(nèi)有10X1018個(gè)自由電子通過導(dǎo)線b的橫截面

D.自由電子在導(dǎo)線a和b中移動(dòng)的速率之比0：a=1：1

答案A

解析根據(jù)電流的定義可知流經(jīng)導(dǎo)線a的電流為人=牛=--------丁--------A=0.16A,故

A正確；導(dǎo)線a、b串聯(lián)，所以流經(jīng)導(dǎo)線a、b的電流相等，即/b=/a=0.16A,同理可知5s

內(nèi)有5X1018個(gè)自由電子通過導(dǎo)線b的橫截面，故B、C錯(cuò)誤；根據(jù)電流的微觀表達(dá)式/=”eSo

可知自由電子在導(dǎo)線a和b中移動(dòng)的速率之比為2：Ob=Sb:Sa=2：1,故D錯(cuò)誤。

考點(diǎn)三電池的容量

8.（多選）如圖為一塊手機(jī)電池的文字說明，下列說法正確的是（）

3.6V500mA-h鋰離子電池

SNN5648AC2NALWJMAIC

IIIIIIIIIIIIIIIIIIIII

20140708JCC1028

A.該電池的容量為500mA41

B.該電池以5mA電流工作可用500h

C.該電池在工作時(shí)的電流為500mA

D.若電池以10mA的電流工作，可用50h

答案AD

解析該電池在工作時(shí)的電流很小，遠(yuǎn)小于500mA,選項(xiàng)C錯(cuò)誤；500mA-h表示電池容量，

由500mA-h=tX10mA得f=50h,由500mA-h=f'X5mA得r=100h,所以選項(xiàng)A、D

正確，B錯(cuò)誤。

9.（2023?荷澤市高二期中）超級電容車外觀與普通無軌電車相似，只是頭上不見了兩根“辮

子”。電車底部裝了一種超級電容，車輛進(jìn)站后的上下客間隙，車頂充電設(shè)備隨即自動(dòng)升起,

搭到充電站的電纜上，完成充電。其顯著優(yōu)點(diǎn)有：容量大、功率密度高、充電時(shí)間短、循環(huán)

壽命長、工作溫度范圍寬。如圖所示為某汽車用的超級電容器，規(guī)格為“48V,3000F”，放

電電流為1000A,漏電電流為10mA,充滿電所用時(shí)間為30s,下列說法正確的是（）

車用48V,3000F超級電容器模塊

A.充電電流為480A

B.放電能持續(xù)的時(shí)間超過10分鐘

C.若汽車一直停在車庫，則電容器完全漏完電，時(shí)間不會超過100天

D.充滿電后所儲存電荷量是手機(jī)鋰電池“4.2V,1000mA-h”的40倍

答案D

解析根據(jù)規(guī)格可知，充滿電時(shí)電荷量Q=CU=144000C,充電電流為/i=g=4800A,故

A錯(cuò)誤；放電電流為1000A,忽略漏電電流，放電能持續(xù)的時(shí)間/2=g=144s<3min,故B

12

錯(cuò)誤；電容器完全漏完電的時(shí)間打=9=14400000SQ166.7天，故C錯(cuò)誤；手機(jī)鋰電池”4.2V,

13

lOOOmA-h”的電荷量為Q'=3600C,^-=40,故D正確。

能力綜合練

10.（2022?揚(yáng)州中學(xué)高二開學(xué)考試）在顯像管的電子槍中，從熾熱的金屬絲中不斷放出的電子

進(jìn)入電壓為U的加速電場，設(shè)其初速度為零，經(jīng)加速后形成橫截面積為5、電流為/的電子

束。已知電子的電荷量為e、質(zhì)量為機(jī)，則在剛射出加速電場時(shí)，一小段長為△/的電子束內(nèi)

解析在加速電場中有得。在剛射出加速電場時(shí)，一小段長為的電

子束內(nèi)電荷量為q=/Ar=§,則電子個(gè)數(shù)〃=/=岑?、居方，故選B。

11.（2023?銀川二中高二期中）一根橫截面積為S的銅導(dǎo)線，通過的電流為/,已經(jīng)知道銅的密

度為"，銅的摩爾質(zhì)量為M,電子電荷量為e,阿伏加德羅常數(shù)為NA，設(shè)每個(gè)銅原子只提供

一個(gè)自由電子，則銅導(dǎo)線中自由電子定向移動(dòng)速率為（）

MIMINA

'pN\SepSe

INAMe

°，MpSeU-Mp

答案A

解析設(shè)銅導(dǎo)線中自由電子定向移動(dòng)的速率為。，自由電子從一端定向移到另一端所用時(shí)間

為f,銅導(dǎo)線中每個(gè)銅原子可提供一個(gè)自由電子，則銅原子數(shù)目與自由電子的總數(shù)相等，即W

=嚕%,/時(shí)間內(nèi)通過銅導(dǎo)線橫截面的電荷量為g=”e,則電流大小為I=*=PS臂人,解得

砥，故選A。

12.（2023?宜賓市敘州區(qū)第一中學(xué)校高二期中）安培提出了著名的分子電流假說，根據(jù)這一假

說，電子繞核的運(yùn)動(dòng)可等效為環(huán)形電流。設(shè)電荷量為e的電子以速率。繞原子核沿順時(shí)針方

向做半徑為廠的勻速圓周運(yùn)動(dòng)，關(guān)于該環(huán)形電流的說法正確的是（）

A.電流大小為近，電流方向?yàn)轫槙r(shí)針

B.電流大小為7,電流方向?yàn)轫槙r(shí)針

C.電流大小為說，電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針

D.電流大小為岸，電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針

答案C

QPDC

解析電流大小/=子=不工=五］，方向與電子運(yùn)動(dòng)的方向相反，即沿逆時(shí)針方向，選項(xiàng)C正確。

V

13.導(dǎo)線中的電流是1A,導(dǎo)線的橫截面積為1mn?。

⑴在1s內(nèi)，有多少個(gè)電子通過導(dǎo)線的橫截面（電子電荷量e=