電源和電流（5大題型）解析版-2024-2025學年高二物理（人教版必修第三冊）

電源和電流（5大題型）

知識點1電源

題型一電源

題型二電流的概念與計算

in電源和電流知識點2恒定電流>題型三電流的微觀表達式

題型四電解液中電流的理解和計算

題型五等效電流的計算

知識點3電流的微觀解釋

知識點1電源

1、定義：能把電子從正極搬運到負極的裝置稱為電源。如圖所示，P為電源，A是電源的正極，B是電

源的負極。

2、作用：

①從電荷轉(zhuǎn)移的角度看

電源能使閉合電路中的自由電荷持續(xù)定向移動。

②從能量轉(zhuǎn)化的角度看

移送電荷的過程就是克服靜電力做功的過程，從而把其他形式的能轉(zhuǎn)化成電能。

知識點2恒定電流

1、恒定電場

①定義：由穩(wěn)定分布的電荷所產(chǎn)生的穩(wěn)定的電場，叫作恒定電場。

②特點：任何位置的電荷分布和電場強度都不隨時間變化，其基本性質(zhì)與靜電場相同，即在靜電場中所講

的電勢、電勢差及其與電場強度的關(guān)系同樣適用于恒定電場。

2、恒定電流

①定義：大小、方向都不隨時間變化的電流叫作恒定電流，電流強弱用電流這個物理量表示，符號為人

②公式：電流的強弱程度用電流這個物理量表示。單位時間內(nèi)通過導體橫截面的電荷量越多，電流就越大。

如果用/表示電流、q表示在時間t內(nèi)通過導體橫截面的電荷量，則有

一

t

【注】恒定電流的特點是在任何相等時間內(nèi)通過導體任一橫截面的電荷量都相等。

③單位：在國際單位制中，電流的單位是安培，簡稱安，符號是A。常用單位還有毫安（mA）,微安

（jiA）,且lA=103mA=106gAo

④方向：規(guī)定正電荷定向移動的方向為電流方向。雖然電流有方向，但電流是標量。

【注】在電源外部的電路中，電流是從電源的正極流向負極；在電源內(nèi)部的電路中，電流是從電源的負極

流向正極。

知識點3電流的微觀解釋

如圖所示，設(shè)導體的橫截面積為S,自由電子數(shù)密度（單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)）為"。自由電子定向

移動的平均造率為v,則時間t內(nèi)通過某一橫截面的自由電子數(shù)為由于電子電荷量為e,因此時間f內(nèi)

通過橫截面的電荷量行“Svf。根據(jù)電流的公式就可以得到電流和自由電子定向移動平均速率的關(guān)系:

I=neSv

由此可見，從微觀上看，電流的大小決定于導體中單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)、自由電荷的電荷量、自

由電荷定向移動的速率以及導體的橫截面積。

1,電解液中電流的計算方法

①電解液導電與金屬導體導電不同，金屬導體中的自由電荷只有自由電子，而電解液中的自由電荷是正、

負離子，正、負離子在電解液中所受電場力方向相反，運動方向相反，但形成的電流方向相同。運用/=（

計算時，q應是同一時間內(nèi)正、負兩種離子通過某一橫截面的電荷量的絕對值之和。

②若已知在電解液中，/時間內(nèi)到達陽極的負離子和到達陰極的正離子的電荷量均為q,此時電流/=￡,而

不是/=§。因為陽極也是一個橫截面，可以認為其只有電荷量為4的正電荷流出來，也就是說這個橫截面只

有q的電荷量通過。

2、等效電流的應用

對周期性運動的電荷，常取一個周期來計算等效電流。關(guān)鍵是找出電荷運動的周期，以及一個周期內(nèi)

通過的電荷的電荷量，再用公式/=?=+求解。

題型一電源

【例1】（22-23高二上?河南洛陽?期中）關(guān)于電源的下列說法中正確的是（）

A.電源就是產(chǎn)生電荷的裝置

B.在電源內(nèi)部，電源依靠庫侖力搬移電荷

C.在電源內(nèi)部只有其他形式的能量轉(zhuǎn)化為電能

D.電動勢在數(shù)值上等于非靜電力把1庫侖的正電荷在電源內(nèi)從負極送到正極所做的功

【答案】D

【解析】A.電源就是不斷把負電荷從正極搬運到負極從而維持正、負極之間存在一定電勢差的裝置，即把

其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，A錯誤；

B.在電源內(nèi)部，電源依靠非庫侖力搬移電荷，B錯誤；

C.在電源內(nèi)部，其他形式的能量轉(zhuǎn)化為電能，同時還有電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，C錯誤

W

D.由電動勢的定義式E=一可知，電動勢在數(shù)值上等于非靜電力把1庫侖的正電荷在電源內(nèi)從負極送到正

q

極所做的功，D正確。

故選D。

【變式1-1］（2022?上海黃浦?二模）某移動電源上標識的“4500mAh”反映的物理量是（）

A.電壓B.電功C.功率D.電量

【答案】D

【解析】移動電源上標志的4500mAh反映的物理量是電量，表示以4500mA放電，可以放一個小時，故D

正確，ABC錯誤。

故選D。

【變式1-2］（23-24高二上?山西呂梁?階段練習）2023年9月10日，我國成功將遙感四十號衛(wèi)星發(fā)射升空,

衛(wèi)星順利進入預定軌道，衛(wèi)星主要用于開展電磁環(huán)境探測及相關(guān)技術(shù)試驗。如圖，衛(wèi)星的兩翼的太陽電池

板是太陽能電池在太空領(lǐng)域的應用。關(guān)于電源、電流與電路，以下說法正確的是（）

A.電源中電流的方向就是電子移動的方向

B.電源的作用是在電源內(nèi)部把電子由負極搬運到正極，保持兩極之間有電壓

C.電源是將化學能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，電路兩端有電壓，則電路中就有電流

D.其他條件不變時，電荷移動速率越大，則電流越大

【答案】D

【解析】A.電源中電流的方向是正電荷移動的方向，電流方向與電子移動方向相反，故A錯誤；

B.電源之所以能維持外電路中穩(wěn)定的電流，是因為它有能力把來到負極的正電荷經(jīng)過電源內(nèi)部不斷地搬運

到正極或把負電荷由正極搬運到負極，故B錯誤；

C.電源是將其他形式的能量轉(zhuǎn)化為電能的裝置，并不限于只將化學能轉(zhuǎn)化為電能；電路兩端有電壓，則電

路中不一定有電流，要想有電流，電路還必須閉合，故c錯誤；

D.由

I=nvSe

可知其他條件不變時，電荷速率越大，電流越大，故D正確。

故選D。

【變式1-3］（22-23高二上?湖南長沙?期末）電源在電路中的作用是提供電壓，使導體中有持續(xù)的電流。電

源能把其它形式的能轉(zhuǎn)化為電能，提供給用電器使用，各種化學電池是把轉(zhuǎn)化為電能，太陽能電池

是把轉(zhuǎn)化為電能。

【答案】化學能光能

【解析】口］［2］化學電池是把化學能轉(zhuǎn)化為電能，太陽能電池是把光能轉(zhuǎn)化為電能。

題型二電流的概念與計算

【例2】（23-24高一下?海南?？?期末）下列關(guān)于電流的說法中正確的是（）

A.根據(jù)/=2,可知/與g成正比

t

B.電流既有大小，又有方向，是矢量

C.負電荷定向移動的方向為電流的方向

D.單位時間內(nèi)通過導體截面的電量越多，導體中的電流越大

【答案】D

【解析】A.根據(jù)/=:可知/是通過某一橫截面積的電量g與通過這些電量所用時間/的比值，故如果通過

的電量4大但所用時間更多，則電流/可能更小。故A錯誤；

B.電流有方向，但電流的加減遵循代數(shù)法則，是標量，故B錯誤；

C.電流的方向與正電荷定向移動的方向相同，與負電荷定向移動的方向相反，故C錯誤；

D.根據(jù)/=2,可知單位時間內(nèi)通過導體截面的電量越多，導體中的電流越大，故D正確。

t

故選D。

【變式2-1］（22-23高二上?黑龍江牡丹江?期末）下列關(guān)于電流的說法中，正確的是（）

A.習慣上規(guī)定負電荷定向移動的方向為電流方向

B.國際單位制中，電流的單位是安培，簡稱安

C.電流既有大小又有方向，所以電流是矢量

D.由/=9可知，電流越大，單位時間內(nèi)通過導體橫截面的電荷量就越少

【答案】B

【解析】A.物理學中規(guī)定正電荷定向移動的方向為電流的方向，故A錯誤；

B.國際單位制中，電流的單位是安培，簡稱安，故B正確；

C.電流既有大小又有方向，但電流不是矢量，是標量，因為電流的運算遵守代數(shù)加減法則，不是平行四邊

形定則。故C錯誤；

D.由/=2可知，電流越大，單位時間內(nèi)通過導體橫截面的電荷量就越多，故D錯誤。

t

故選B。

【變式2-2］（23-24高一下?河北衡水?期末）某款手機搭載了一塊5000mA-h的電池，若用充滿電后的該手

機觀看視頻，可連續(xù)觀看12個小時，則觀看視頻時電池的平均放電電流約為（）

A.0.35AB.0.42A

C.0.48AD.0.55A

【答案】B

【解析】因為

5000mAh=5Ah

根據(jù)電流定義式有

Q5A-h...

I=—=-------x0n.42A

t12h

故選B。

【變式2-3］（2024高二上?江蘇揚州?學業(yè)考試）電弧是一種氣體放電現(xiàn)象，電流通過某些絕緣介質(zhì)（例如

空氣）所產(chǎn)生的瞬間火花。已知某次電弧在5x10-3$內(nèi)釋放了0.4C電荷量，則這段時間形成的電流為（）

A.0.8AB.8AC.12.5AD.80A

【答案】D

【解析】根據(jù)電流的定義式

/=2

解得

廠「5x10-3A=80A

故選D。

【變式2-4］（2021?江蘇?高考真題）有研究發(fā)現(xiàn)，某神經(jīng)細胞傳遞信號時，離子從細胞膜一側(cè)流到另一側(cè)

形成跨膜電流，若將該細胞膜視為IxlO-'F的電容器，在2ms內(nèi)細胞膜兩側(cè)的電勢差從-70mV變?yōu)?0mV,

則該過程中跨膜電流的平均值為（）

A.1.5xl（r7AB.2xl（T7AC.3.5xl0-7AD.5x10一7A

【答案】D

【解析】根據(jù)

Q=CU

可知

A2=CAC^10-8X（30+70）X10-3C=10-9C

則該過程中跨膜電流的平均值為

1=^-=109A=5X10-7A

t2x10-3

故選D。

【變式2-5］（23-24高二下?廣西貴港?期中）（多選）心臟驟?；颊咧挥性谧罴褤尵葧r間的“黃金4分鐘”內(nèi),

利用AED自動除顫機進行除顫和心肺復蘇，才是最有效制止猝死的辦法。電容器是AED自動除顫機的核

心部件之一，利用AED自動除顫機進行模擬治療的情形如圖所示，某次治療中，電容器充電后的電壓為

6kV,電容器的電容為15葉，如果電容器在2ms時間內(nèi)完成放電，下列說法正確的是（）

A.電容器放電完成后電容仍為15四

B.電容器的擊穿電壓為6kV

C.電容器充電后的電荷量為0.09C

D.電容器放電過程的平均電流強度為18A

【答案】AC

【解析】A.電容器的電容只由電容器自身決定，所以電容器放電完成后電容仍為15所,故A正確;

B.電容器充電后的電壓為6kV,可知電容器的擊穿電壓一定大于6kV,故B錯誤;

C.電容器充電后的電荷量為

2=C(7=15X10-6X6X103C=0.09C

故C正確;

D.電容器放電過程的平均電流強度為

0.09

7=2=A=45A

t2x10-3

故D錯誤。

故選ACo

題型三電流的微觀表達式

【例3】（22-23高二上?湖南郴州?期末）關(guān)于電流，下列說法中正確的是（）

A.通過導線橫截面的電荷量越多，電流越大

B.導線中電荷運動的速率越大，電流越大

C.導體通電時間越長，電流越大

D.在國際單位制中，電流的單位是安培

【答案】D

【解析】AC.由電流的定義式/=義可知，單位時間內(nèi)通過導線橫截面的電荷量越多，電流越大，單獨說

t

通過橫截面的電荷量多，或者通電時間越長，電流不一定越大，AC錯誤；

B.由電流的微觀表達式/=叩試可知，導線中電荷運動的速率越大，電流不一定越大，B錯誤；

D.在國際單位制中，電流的單位是安培，D正確。

故選D。

【變式3-1］（23-24高二上?北京密云?期中）（多選）一段粗細均勻的導線的橫截面積為S,導線內(nèi)自由電

子的電荷量為e,導線單位長度內(nèi)自由電子數(shù)為孫，導線單位體積內(nèi)自由電子數(shù)為“2,自由電子定向運動的

速率為v,單位時間內(nèi)通過某一橫截面的自由電子數(shù)為盯。則導線中的電流為（）

A.njeSvB.C.n?eSvD.n^e

【答案】BCD

【解析】根據(jù)電流定義式可得

Tqn.e-t

1=—=——=n3e

根據(jù)電流微觀表達式可得

I—n2eSv

根據(jù)電流定義式可得

,qn,e-vt

1=—=—........=n1ev

故選BCDo

【變式3-2］（23-24高二上?新疆烏魯木齊?期中）（多選）橫截面積為S的導線中通有電流/，已知導線每

單位體積內(nèi)有〃個自由電子，每個電子的電量為e,自由電子定向移動的速率是v,則在時間f內(nèi)通過導線

橫截面的電子數(shù)是（）

ItIt

A.nvtB.nSvtC.—D.—

eSe

【答案】BC

【解析】根據(jù)電流強度的定義式/=&,可得在時間f內(nèi)通過導線橫截面電荷量為

t

Q=It

則在時間t內(nèi)通過導線橫截面的電子數(shù)是

zQIt

N=—=—

ee

根據(jù)電流的微觀表達式有

I=neSv

帶入上式可得，在時間，內(nèi)通過導線橫截面的電子數(shù)是

、rItneSv-t

N=—=---------=nSvt

ee

故選BCo

【變式3-3］（23-24高二上?陜西寶雞?期中）如圖所示是一根粗細均勻的橡膠棒，其橫截面積為S,由于與

毛皮發(fā)生摩擦而均勻帶負電，若已知該橡膠棒每米長度所帶的電荷量為“，則當該棒沿軸線方向向右做速度

為v的勻速直線運動時，形成的等效電流的大小和方向為（）

>V

n一一一一一一一一）

j一一一一一一一一）

A.qvs,向右B.qv,向左

C.向右D.曹，向左

vS

【答案】B

【解析】橡膠棒沿軸線方向以速度v做勻速直線運動時，加內(nèi)通過的距離為必3加內(nèi)通過某橫截面的電荷

量

Q—qv\t

根據(jù)電流的定義式/=￥■得到等效電流

I=qv

電流方向與負電荷定向移動方向相反。故等效電流方向向左。

故選Bo

【變式3-4］（22-23高二上?北京通州?期末）某些腫瘤可以用“質(zhì)子療法”進行治療。在這種療法中，為了能

讓質(zhì)子轟擊腫瘤并殺死癌細胞，首先要實現(xiàn)質(zhì)子的高速運動，該過程需要一種被稱作“粒子加速器”的裝置來

實現(xiàn)。來自質(zhì)子源的質(zhì)子（初速度為零），經(jīng)加速電壓為。的加速器加速后，形成細柱形的質(zhì)子流。已知

細柱形的質(zhì)子流橫截面積為S,單位體積的質(zhì)子數(shù)為〃，質(zhì)子的質(zhì)量為加,其電荷量為。，那么這束質(zhì)子流

的等效電流/為（）

,?\em?\leU11U1f2eU

A.nS/B.ncS/-------C.—./-----D.

sv2UVmnSV2emneSvm

【答案】B

【解析】質(zhì)子在電場力作用下加速，加速后的速度為v,根據(jù)動能定理，則有

12

eU=—mv

2

解得

尸

Vm

等效電流為/,單位體積的質(zhì)子數(shù)為〃，根據(jù)電流微觀表達式

/=neSv

解得

I=neSv=neS

故選B。

【變式3-5］（23-24高二上?山東濟寧?期中）將質(zhì)子加速到一定的速度可以殺死某些腫瘤癌細胞。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，形成細柱形的質(zhì)子流。已知質(zhì)子流

等效電流為/,質(zhì)子的質(zhì)量為〃7,電荷量為e,則質(zhì)子流單位長度內(nèi)的質(zhì)子數(shù)"是（）

【答案】B

【解析】質(zhì)子在加速電場中加速過程中，根據(jù)動能定理得

eU=-mv2

2

質(zhì)子流等效電流為/,質(zhì)子的質(zhì)量為加，電荷量為e,N為單位體積內(nèi)的質(zhì)子數(shù)，根據(jù)電流微觀表達式得

I=NevS

聯(lián)立解得

質(zhì)子流單位長度內(nèi)的質(zhì)子數(shù)”是

故選B。

題型四電解液中電流的理解和計算

【例4】（23-24高一下?江蘇南京?期末）如圖所示，電源正負極分別接8金屬板給容器內(nèi)的鹽水通電,

f時間內(nèi)通過溶液內(nèi)截面S的一價正離子數(shù)是為,一價負離子數(shù)是犯，設(shè)元電荷為e,以下說法中正確的是

A.只有正離子的定向移動才能產(chǎn)生電流

B.電解液內(nèi)正、負離子向相反方向移動，電流抵消

C.電流/=空

t

「>（?i+",）e

D.電流/=~~—

t

【答案】D

【解析】A.負離子的定向移動也能產(chǎn)生電流，A錯誤；

B.電解液內(nèi)正、負離子向相反方向移動，電流加強，B錯誤;

CD.正離子產(chǎn)生的電流為

71=T

負離子產(chǎn)生的電流為

總電流為

解得

t

C錯誤，D正確。

故選D。

【變式4-1］（23-24高二上?新疆木舒克?期末）電解池，如果在1s內(nèi)共有5x108個二價正離子和1x1019個

一價負離子通過面積O.lrrf某橫截面積，那么通過這個橫截面積的電流是（）

A.0B.0.8AC.1.6AD.3.2A

【答案】C

【解析】電荷的定向移動形成電流，其中正電荷定向移動的方向為電流的方向，而負電荷定向移動的方向

為電流的反方向，根據(jù)電流的定義式可得通過這個橫截面積的電流是

1=%=2x5xlOM6xlOr+lxdxl.6xQA。L6A

1

故選c。

【變式4-2］（22-23高二上?廣東東莞?階段練習）電解槽內(nèi)有一價離子的電解溶液，溶液中插有兩根碳棒

A、B作為電極，將它們接在直流電源上，溶液中就有電流通過，假設(shè)時間/內(nèi)通過溶液內(nèi)橫截面S的正離

子數(shù)是4,負離子數(shù)是電，設(shè)元電荷的電量為e,以下解釋正確的是（）

A.溶液內(nèi)正負離子沿相反方向運動，電流相互抵消

B.負離子定向移動的方向是從B到A

C.溶液內(nèi)電流方向從B到A,電流/=上

t

D.溶液內(nèi)電流方向從B到A,電流/+

t

【答案】D

【解析】A.溶液內(nèi)正負離子沿相反方向運動，電流是疊加的，A錯誤;

B.A棒為負極，B棒為正極，電場由B棒指向A棒，則負離子定向移動的方向是從A到B,B錯誤;

CD.電流方向從B到A,電流大小為

q（〃i+〃2）e

1=—=---------------

tt

C錯誤，D正確。

故選D。

【變式4-3］（23-24高二上?重慶?階段練習）某電解液如果在2s內(nèi)共有5x10逐個二價正離子和LOxlO^個

二價負離子沿相反方向通過某橫截面，那么通過這個橫截面的電流是（）

A.0B.2.4AC.4.8AD.3.2A

【答案】B

【解析】由題，2s內(nèi)通過截面正離子的電量為

%=2*

負離子的電量絕對值為

%=2n2?

則電流為

/=g|+?2

t

將%=5x1018個,%=1.0x10"個,e=1.6xlO-19C.代入解得

/=2.4A

故選B。

【變式4-4］（23-24高二上?黑龍江哈爾濱?期中）如圖所示，電解槽內(nèi)有一價的電解溶液，時間，內(nèi)通過溶

液內(nèi)截面S的正離子數(shù)是多,負離子數(shù)是乙，設(shè)元電荷的電荷量為e,以下說法正確的是（)

A.溶液內(nèi)電流方向從4到2,電流/=々±%e

B.溶液內(nèi)正、負離子沿相反方向運動，電流相互抵消

C.溶液內(nèi)電流方向從N到8,電流/=空

t

D.正離子定向移動形成電流，方向從N到8,負離子定向移動形成電流，方向從8到N

【答案】A

【解析】BD.電流的方向與正離子定向移動方向相同，與負離子定向移動方向相反，則正離子定向移動形

成電流，方向從/到8,負離子定向移動形成電流，方向也是從/到8,不會相互抵消，故BD錯誤：

AC.溶液內(nèi)電流方向從4到8,f時間內(nèi)通過溶液截面S的電荷量

q=(4+”2)e

則根據(jù)電流的定義式有

g_（4+〃2）e

1=—―-------

tt

故C錯誤，A正確。

故選Ao

題型五等效電流的計算

【例5】（23-24高二上?河南?期末）北京正負電子對撞機的儲存環(huán)是半徑為R的圓形軌道，當環(huán)中電子以

光速的上沿環(huán)運動而形成/的等效電流時，環(huán)中運行的電子數(shù)目為（己知光速為c,電子電荷量為e）（）

7lRI兀RIIOTIRI20TTRI

A.------B.C.D.

20ecececec

【答案】D

【解析】電子在圓形軌道運動的周期為

2TTR2TTR20TTR

T=----=-j-=-----

vL,

10

根據(jù)電流定義式可得

rNe

/=T

聯(lián)立可得環(huán)中運行的電子數(shù)目為

N20兀RI

ec

故選D。

【變式5-1］（23-24高三上?河南南陽?階段練習）2023年諾貝爾物理學獎頒給了三位研究阿秒激光的三位

科學家，“阿秒（as）”是時間單位，las=10飛s。若電子繞氫原子核運動的周期為160as,則電子運動形成

的等效電流為（）

A.1.5mAB.0.15mAC.1mAD.0.1mA

【答案】C

【解析】電子運動形成的等效電流為

-1.6X102A1mA

/=￡T=160x10-18

故選C。

【變式5-2］（2024高二?山西?學業(yè)考試）均勻帶電絕緣圓環(huán)電荷量為。，半徑為R?，F(xiàn)使圓環(huán)繞如圖所示

過圓心的軸以線速度v勻速轉(zhuǎn)動，則圓環(huán)轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的等效電流為（）

A.QyB.—

V

【答案】D

【解析】圓環(huán)轉(zhuǎn)動的周期

1=------