11.1 电源和电流-2021-2022学年高二物理精讲精练（新人教版必修第三册）（解析版）

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11.1 电源和电流

考点精讲

考点 1：对电源的理解

1．电源的作用

(1)从电荷转移的角度看，电源的作用是使电路中的自由电荷持续地定向移动。

(2)从能量转化的角度看，搬运电荷的过程是非静电力做功的过程，从而将其他形式的能转化为电能。

2.电流

(1)电流的形成。

① 形成原因：电荷的定向移动。

② 形成条件：导体两端有电压。

③ 电路中产生持续电流的条件：电路中有电源且电路闭合。

(2)电流的方向：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相

反。

3．形成电流的三种电荷

形成电流的三种电荷为自由电子、正离子和负离子，其中金属导体导电时定向移动的电荷是自由电子，

液体导电时定向移动的电荷有正离子和负离子，气体导电时定向移动的电荷有自由电子、正离子和负离子。

【例 1】　下列关于电源的说法正确的是(　　)

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势能的过程

C．电荷的移动形成电流

D．只要电路中有电源，电路中就会形成持续的电流

【解析】B　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，把其他形式

的能转化为电势能，故选项 A错误，选项 B正确；电荷的定向移动才形成电流，故选项 C错误；电路中要

形成持续的电流，既要有电源，电路又要闭合，两者缺一不可，故选项 D错误。

【技巧与方法】

有电源不一定得到持续的电流，要得到持续的电流需要同时满足两个条件：

（1）电路中有电源。

（2）电路还必须是闭合的，即必须用导体将电源连接起来。

【针对训练】

1．如图所示，两个带绝缘柄的金属球 A、B，A带负电，B不带电，用导体棒连接 A、B的瞬间，下列

说法中错误的是(　　)

A．有瞬时电流形成，方向由 A到B

B．A、B两端的电势不相等

C．导体棒内的电场强度不等于 0

D．导体棒内的自由电荷受电场力作用定向移动

【解析】A　A、B两个金属球，由于 A带负电，在 A金属球周围存在指向 A的电场，故 B球所在处的

电势应高于 A球所在处的电势，故 B正确；连接后的瞬间导体棒内的电场强度不等于 0，棒中的自由电荷

在电场力的作用下发生定向移动，故 C、D正确；由于导体棒中的自由电荷为电子，故移动方向为由 A指

向B，电流方向应由 B指向 A，故 A错误。A符合题意。

考点 2：电流大小的计算

1.金属导体中电流的计算

金属导体中的自由电荷只有自由电子，运用 I＝计算时，q是某一时间内通过金属导体横截面的电子的

电荷量。

2．电解液中电流的计算

电解液中的自由电荷是正、负离子，运用 I＝计算时，q应是同一时间内正、负两种离子通过横截面的

电荷量的绝对值之和。

3．环形电流的计算

环形电流的计算采用等效的观点分析。所谓等效电流，就是把电子周期性地通过圆周上各处形成的电

流看成持续不断地通过圆周上各处时所形成的电流。对周期性运动的电荷，常取一个周期来计算等效电流。

利用 I＝＝求等效电流。

【例 2】　如图所示，电解池内有一价的电解液，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，以下解释中正确的是(　　)

A．正离子定向移动形成电流方向从 A→B，负离子定向移动形成电流方向从 B→A

B．溶液内正、负离子向相反方向移动，电流抵消

C．溶液内电流方向从 A→B，电流强度 I＝

D．溶液内电流方向从 A→B，电流强度 I＝

【分析】(1)电流的方向：与正离子定向移动方向相同，与负离子定向移动方向相反。

(2)通过某一截面的电荷量为通过该截面正、负离子电荷量的绝对值之和。

【解析】D　正电荷定向移动的方向就是电流方向，负电荷定向移动的反方向也是电流方向，A、B错

误；有正、负电荷反向经过同一截面时，I＝公式中 q应是正、负电荷电荷量绝对值之和，故 I＝，电流方

向由 A指向 B，C错误，D正确。

【技巧与方法】

求电流的技巧

1 要分清形成电流的电荷种类，是只有正电荷或负电荷，还是正、负电荷同时定向移动。

2 当正、负电荷都参与定向移动时，正、负电荷对电流的形成都有贡献。

【针对训练】

2．安培提出了著名的分子电流假说，根据这一假说，电子绕核运动可等效为一环形电流。设带电荷

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，其电流的等效电流强度 I和方向

为(　　)

A．　顺时针　 B．　顺时针

C．　逆时针 D．　逆时针

【解析】C　电子绕核运动可等效为一环形电流，电子运动周期为 T＝，根据电流的定义式得：电流强

度为 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，即沿逆时针方向，故 C正确。

考点 3：电流的微观表达式

1．I＝neSv 与I＝的区别

I＝neSv 是电流的决定式，即电流的大小由n、e、S、v共同决定，其中 e是单个自由电荷的电荷量；

而I＝是电流的定义式，其中 q是通过导体横截面的电荷量(不是通过单位横截面积的电荷量)。

2．三种速率的比较

(1)电子定向移动平均速率：电子在金属导体中的平均运动速率，也就是公式 I＝neSv 中的 v，大小约为

10－4m/s。

(2)电流的传导速率：电流在导体中的传导速率等于光速，为 3×108m/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定向移动，整个电路也几乎同时形成了电流。

(3)电子热运动速率：电子做无规则热运动的速率，大小约为105 m/s。由于热运动向各个方向运动的机

会相等，故此运动不能形成电流。

【例 3】　(多选)有一横截面积为S的铜导线，流经其中的电流为 I；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，此电子的定向移动速率为 v，在 Δt时间内，通过导线横截面的自由电子数可

表示为(　　)

A．nvSΔtB．nvΔt

C． D．

【分析】(1)电子数等于总电荷量除以每个电子的电荷量，所以求出通过横截面的电荷量，即可求出电

子数。

(2)单位体积内的电子数已知，只要求出 Δt时间内有多少体积的电子通过横截面，即可求出电子数。

【解析】AC　因为 I＝，所以 q＝I·Δt，自由电子数目为N＝＝，C正确，

D错误；又因为电流的微观表达式为 I＝nevS，所以自由电子数目为N＝＝＝＝

nvSΔt，A正确，B错误。

【技巧与方法】

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