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從電荷轉移的角度看

電源能使閉合電路中的自由電荷持續定向移動。

②從能量轉化的角度看

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化成電能。

知識點2恒定電流

1、恒定電場

①定義：由穩定分布的電荷所產生的穩定的電場，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，設導體的橫截面積為S,自由電子數密度（單位體積內的自由電子數）為"。自由電子定向

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

通過橫截面的電荷量行“Svf。根據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的自由電荷數、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。關鍵是找出電荷運動的周期，以及一個周期內

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）關于電源的下列說法中正確的是（）

A.電源就是產生電荷的裝置

B.在電源內部，電源依靠庫侖力搬移電荷

C.在電源內部只有其他形式的能量轉化為電能

D.電動勢在數值上等于非靜電力把1庫侖的正電荷在電源內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

其他形式的能轉化為電能的裝置，A錯誤；

B.在電源內部，電源依靠非庫侖力搬移電荷，B錯誤；

C.在電源內部，其他形式的能量轉化為電能，同時還有電能轉化為內能，C錯誤

W

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

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星發射升空,

衛星順利進入預定軌道，衛星主要用于開展電磁環境探測及相關技術試驗。如圖，衛星的兩翼的太陽電池

板是太陽能電池在太空領域的應用。關于電源、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定的電流，是因為它有能力把來到負極的正電荷經過電源內部不斷地搬運

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化為電能的裝置，并不限于只將化學能轉化為電能；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，使導體中有持續的電流。電

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

是把轉化為電能。

【答案】化學能光能

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

題型二電流的概念與計算

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

A.根據/=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/=: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/=2,可知單位時間內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）下列關于電流的說法中，正確的是（）

A.習慣上規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?學業考試）電弧是一種氣體放電現象，電流通過某些絕緣介質（例如

空氣）所產生的瞬間火花。已知某次電弧在5x10-3$內釋放了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）有研究發現，某神經細胞傳遞信號時，離子從細胞膜一側流到另一側

形成跨膜電流，若將該細胞膜視為IxlO-'F的電容器，在2ms內細胞膜兩側的電勢差從-70mV變為30mV,

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

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）心臟驟停患者只有在最佳搶救時間的“黃金4分鐘”內,

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,導線內自由電

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

速率為v,單位時間內通過某一橫截面的自由電子數為盯。則導線中的電流為（）

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

【答案】BCD

【解析】根據電流定義式可得

Tqn.e-t

1=—=——=n3e

根據電流微觀表達式可得

I—n2eSv

根據電流定義式可得

,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內通過導線

橫截面的電子數是（）

ItIt

A.nvtB.nSvtC.—D.—

eSe

【答案】BC

【解析】根據電流強度的定義式/=&,可得在時間f內通過導線橫截面電荷量為

t

Q=It

則在時間t內通過導線橫截面的電子數是

zQIt

N=—=—

ee

根據電流的微觀表達式有

I=neSv

帶入上式可得，在時間，內通過導線橫截面的電子數是

、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，加內通過的距離為必3加內通過某橫截面的電荷

量

Q—qv\t

根據電流的定義式/=￥■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“質子療法”進行治療。在這種療法中，為了能

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

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

細柱形的質子流橫截面積為S,單位體積的質子數為〃，質子的質量為加,其電荷量為。，那么這束質子流

的等效電流/為（）

,?\em?\leU11U1f2eU

A.nS/B.ncS/-------C.—./-----D.

sv2UVmnSV2emneSvm

【答案】B

【解析】質子在電場力作用下加速，加速后的速度為v,根據動能定理，則有

12

eU=—mv

2

解得

尸

Vm

等效電流為/,單位體積的質子數為〃，根據電流微觀表達式

/=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,

來自質子源的質子（初速度為零），經加速電壓為U的加速器加速后，形成細柱形的質子流。已知質子流

等效電流為/,質子的質量為〃7,電荷量為e,則質子流單位長度內的質子數"是（）

【答案】B

【解析】質子在加速電場中加速過程中，根據動能定理得

eU=-mv2

2

質子流等效電流為/,質子的質量為加，電荷量為e,N為單位體積內的質子數，根據電流微觀表達式得

I=NevS

聯立解得

質子流單位長度內的質子數”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金屬板給容器內的鹽水通電,

f時間內通過溶液內截面S的一價正離子數是為,一價負離子數是犯，設元電荷為e,以下說法中正確的是

A.只有正離子的定向移動才能產生電流

B.電解液內正、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生電流，A錯誤；

B.電解液內正、負離子向相反方向移動，電流加強，B錯誤;

CD.正離子產生的電流為

71=T

負離子產生的電流為

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，假設時間/內通過溶液內橫截面S的正離

子數是4,負離子數是電，設元電荷的電量為e,以下解釋正確的是（）

A.溶液內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.溶液內電流方向從B到A,電流/=上

t

D.溶液內電流方向從B到A,電流/+

t

【答案】D

【解析】A.溶液內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，電解槽內有一價的電解溶液，時間，內通過溶

液內截面S的正離子數是多,負離子數是乙，設元電荷的電荷量為e,以下說法正確的是（)

A.溶液內電流方向從4到2,電流/=々±%e

B.溶液內正、負離子沿相反方向運動，電流相互抵消

C.溶液內電流方向從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.溶液內電流方向從4到8,f時間內通過溶液截面S的電荷量

q=(4+”2)e

則根據電流的定義式有

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是半徑為R的圓形軌道，當環中電子以

光速的上沿環運動而形成/的等效電流時，環中運行的電子數目為（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

根據電流定義式可得

rNe

/=T

聯立可得環中運行的電子數目為

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?學業考試）均勻帶電絕緣圓環電荷量為。，半徑為R。現使圓環繞如圖所示

過圓心的軸以線速度v勻速轉動，則圓環轉動產生的等效電流為（）

A.QyB.—

V

【答案】D

【解析】圓環轉動的周期

1=------