专题04 电学基本概念和定律 讲义 -2026-2027学年高二上学期物理人教版必修第三册

该高中物理讲义以电学基本概念和定律为核心，通过表格对比电阻定义式与决定式、图像解析伏安特性曲线等工具，系统梳理电流表达式、电表改装原理、焦耳定律等知识脉络，清晰呈现重难点内在联系。 讲义亮点在于“概念辨析-微观推导-实际应用”的阶梯式练习设计，如通过金属导体电流微观表达式推导（例5）培养科学思维，结合电动机功率计算（例21）渗透能量观念。例题与变式题覆盖选择、计算等题型，基础题巩固概念，综合题提升推理能力，助力学生自主复习，也为教师分层教学提供精准素材。

专题04 电学基本概念和定律——重难点 1、电流的三个表达式： （1）定义式：I=，反映了I的大小，但不能说I∝q，I∝。单位：安培（安）是国际制单位中的基本单位；电流虽然有方向，但它是标量。 （2）微观式：I=nqSv，从微观上看n、q、S、v决定了I的大小（n∶单位体积内的自由电荷数目，q∶自由电荷的电量，s∶导线的截面积，v为自由电子的定向移动速率，约10 -5m/s，这个公式只适用于金属导体。）。 （3）决定式：，I由U、R决定，I∝U，I∝。 2、电流I＝的常见应用问题 金属导体导电 电解质导电 电子绕原子核的运动 匀强电场中的加速运动 q为自由电子通过某截面的电量的总和。 异种电荷反向通过某截面，q＝|q1|＋|q2|。 ，T为周期。 Δt时间（或Δl长度）内通过截面的电荷个数n= 例 1．关于电流，下列说法中正确的是（　　） A．通过导体截面的电荷量越多，电流越大 B．电路中电流大小与通过截面电荷量q成正比，与时间t成反比 C．单位时间内通过导线横截面的电荷量越多，导体中的电流不变 D．金属导体内的持续电流是自由电子在导体内的电场力作用下形成的 例 2．如图，一横截面积为的铜导线，通过的电流为1A时，自由电子定向移动的平均速率为，试估算体积内的自由电子数为（　　） A．个 B．个 C．个 D．个 例 3．半径为的橡胶圆环均匀带正电荷，总电荷量为，现使圆环绕垂直于环所在平面且通过圆心的轴以角速度匀速转动，则对于由环产生的等效电流，下列说法正确的是（　　） A．若不变而使电荷量变为原来的2倍，则电流也将变为原来的2倍 B．若电荷量不变而使变为原来的2倍，则电流也将变为原来的2倍 C．若使、不变，将橡胶圆环拉伸，使环半径增大，电流将变大 D．若使、不变，将橡胶圆环拉伸，使环半径增大，电流将变小 变式 4．如图所示是某种手机电池外壳上的文字说明，则下列说法正确的是（　　） A．该电池的容量为252C B．该电池待机时的平均工作电流约为14.58mA C．mA⋅h与J均属于能量的单位 D．mA和h都是国际单位制中的基本单位 变式 5．自由电子在导体中静电力的作用下定向移动，从而形成电流。金属导体中的电流跟自由电子的定向移动速率有关，如图设导体的横截面积为S，单位体积内自由电子数为n，自由电子定向移动的平均速率为v，一个电子电量为e。 (1)则推导电流的微观表达式。 (2)若金属导体的电阻率为ρ，该一根金属导体两端加上恒定的电压，若该根金属导体内可视为匀强电场，则根据（1）推导出的电流微观表达式求该金属导体内的电场强度大小（结果用n、e、ρ、v表示）。 变式 6．如图所示，一根均匀带电的细橡胶棒被弯成一个半径为R的圆环，圆环绕过环心O的转轴以角速度ω逆时针匀速转动，已知橡胶棒单位长度所带的电荷量为。 （1）试判断环中等效电流的方向； （2）求环中等效电流的大小I。 1、对伏安特性曲线的理解 （1）图中，图线a、b表示线性元件，图线c、d表示非线性元件；对于线性元件R＝＝，对于非线性元件：R＝≠。 （2）图像的斜率表示电阻的倒数，斜率越大，电阻越小，故Ra<Rb，图线c的电阻减小，图线d的电阻增大。 （3）伏安特性曲线上每一点的电压坐标与电流坐标的比值对应这一状态下的电阻。在曲线上某点切线的斜率不是电阻的倒数。 2。 电阻两个公式的对比 公式 R＝ R＝ρ 适用条件 （1）金属、电解液 （2）纯电阻电路 柱状导电材料 字母含义 U：导体两端电压 I：通过导体的电流 ρ：材料电阻率 l：沿电流方向导体的长度 S：垂直电流方向导体的横截面积 公式含义 电阻的定义式，不能说R∝U、R∝ 电阻的决定式，R由ρ、l、S共同决定 例 7．如图所示是A、B两个电路元件的伏安特性曲线图像，下列说法正确的是（　　） A．B是非线性元件 B．当U=U1时，RA>RB C．当U=U2时，RA<RB D．A的阻值随电压增大而增大 例 8．近几年世界上对新材料的研究和发现，有很多新材料可以帮助人类的科技发展和提高人们的生活水平。某科研小组研究一块均匀的长方体新材料，长为a，宽为b，厚为c。电流沿AB方向时测得样品的电阻为R。 (1)请解释电阻率的物理意义。 (2)求该样品的电阻率。 (3)若将该长方体新材料均匀拉伸，使其长度变为原来的2倍，体积不变，此时电流沿原AB方向，求此时样品的电阻。 (4)电流沿EF方向时样品的电阻。 (5)电流沿CD方向时样品的电阻。 例 9．下列关于电阻和电阻率说法正确的是（　　） A．导体对电流的阻碍作用叫导体的电阻，因此只有导体中有电流通过时才有电阻 B．有些合金的电阻率随温度变化而变化，可用来制作电阻温度计，而铂的电阻率几乎不受温度变化的影响，常用来制作标准电阻 C．某些金属、合金和化合物的电阻率随温度的降低会减小为零，这种现象叫做超导现象 D．电阻率越大的导体，电阻一定越大 变式 10．某导体的图像如图，图中时对应的图像切线倾角，下列说法正确的是（　　） A．此导体的电阻随电压的增加逐渐减小 B．图像切线斜率的倒数表示电阻 C．时，此导体的电阻 D．在R两端加3V电压时，每秒通过导体的电荷量是2C 变式 11．两根长度相同、半径之比的均匀铜导线A、B按如图所示的方式接入电路，下列说法正确的是（　　） A．A、B的电阻之比为 B．流过A、B的电流之比为 C．通过A、B的电子定向移动速率之比为 D．单位时间通过A、B的电量之比为 变式 12．如图所示，圆盘形磁铁悬浮在由液氮冷却的超导材料的上方。下列说法正确的是（　　） A．当温度降到0℃时，材料的电阻为0 B．圆盘形磁铁悬浮时，超导材料内没有电流 C．圆盘形磁铁悬浮时，超导材料的磁通量没有发生变化 D．当缸内的金鱼加速上浮时，超导材料对磁铁的作用力大于磁铁对超导材料的作用力 电压表和电流表的改装原理 改装后的电压表或电流表，虽然量程扩大了，但通过电流表的最大电流或加在电流表两端的最大电压仍为电流表的满偏电流Ig和满偏电压Ug，只是由于串联电路的分压及并联电路的分流使表的量程扩大了。 改装成电压表 改装成电流表 原理图 原理 串联分压 并联分流 串联（并联）的电阻 U＝Ig（Rg＋R）故 IgRg＝（I－Ig）R 故 改装后电表总内阻 ，量程扩大的倍数越高，串联的电阻值越大。 ，量程扩大的倍数越高，并联阻值越小。 例 13．一个T型电路如图所示，电路中的电阻，，，另有一测试电源，电源提供的电压为14V，内阻忽略不计，则（　　） A．当cd端短路时，ab之间的等效电阻是8Ω B．当ab端短路时，cd之间的等效电阻是14Ω C．当ab两端接通测试电源时，cd两端的电压为7V D．当cd两端接通测试电源时，ab两端的电压为2V 例 14．如图所示，用内阻为110Ω、满偏电流为50mA的表头改装成量程为0.6A和3A的双量程电流表，接线柱a为公共接线柱，下列说法正确的是（　　） A．用a、b两个接线柱时量程为0.6A B．的阻值为2Ω C．的阻值为10Ω D．和的阻值之和为14Ω 例 15．如图所示是有两个量程的电表的原理图，测量时分别接入“A、B”或“A、C”，下列说法正确的是（　　） A．此为电流表，接“A、B”时量程更大 B．此为电压表，接“A、B”时量程更大 C．若被短路，接“A、B”时电表测量值仍正确 D．若被短路，接“A、C”时电表测量值仍正确 变式 16．如图所示的电路，电阻、不为零，下列说法正确的是（　　） A．若，则 B．若定值，当增加时，AB间的总电阻变大 C．当时，AB间的总电阻接近，且比大 D．若、不变，再给AB间并联一个不为零的电阻，总电阻将减小 变式 17．某电流表内阻为200Ω，满偏电流为2mA，如图甲、乙改装成量程为0.1A和1A的两个量程的电流表，试求： (1)图甲中，和各为多少？ (2)图乙中，和各为多少？ 变式 18．如图所示，电流计的满偏电流、内阻，，，则下列说法正确的是（　　） A．当S1和S2均断开时，虚线框中电路可等效为电压表，量程是 B．当S1和S2均闭合时，虚线框中电路可等效为电压表，量程是 C．当S1断开、S2闭合时，虚线框中电路可等效为电流表，量程是 D．当S1和S2均闭合时，虚线框中电路可等效为电流表，量程是 1。焦耳定律 （1）电功W＝qU＝UIt。电功率P＝＝UI。 （2））焦耳定律Q＝I2Rt；热功率：P＝＝I2R。 （3）纯电阻电路与非纯电阻电路对比 纯电阻电路 非纯电阻电路 实例 白炽灯、电炉、电饭锅、电热毯、电熨斗及转子被卡住的电动机等 电动机、电解槽、日光灯等 电功与电热 W＝UIt，Q＝I2Rt＝t，W＝Q W＝UIt，Q＝I2Rt，W>Q 电功率与热功率 P电＝UI，P热＝I2R＝，P电＝P热 P电＝UI，P热＝I2R，P电>P热 2。 电动机三功率关系：UI=Fv+I2R。效率η= 例 19．下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法中错误的是（　 　） A．焦耳热Q＝I 2Rt适用于任何电路 B．W＝UIt适用于任何电路，而W＝I 2Rt＝t只适用于纯电阻电路 C．电功率越大，电流做功越快，电路中产生的焦耳热一定越多 D．在非纯电阻电路中，UI > I2R 例 20．两盏电灯L1、L2分别标有“110V，100W”、“110V，40W”，若将两盏电灯接在电压为220V的电路上，使两盏电灯均能正常发光，且电路中消耗功率最小的电路是（　　） A． B． C． D． 例 21．一台电风扇，内阻为20Ω，接上220V电压后，消耗功率66W。求： (1)电风扇正常工作时通过电动机的电流是多少； (2)电风扇正常工作时转化为机械能的功率是多少； (3)如果接上电源后，电风扇的风叶被卡住，不能转动，请推导说明此时电动机为什么容易被烧毁。 变式 22．下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法中正确的是（　　） A．电功率越大，电流做功越快，电路中产生的焦耳热一定越多 B．适用于任何电路，而只适用于纯电阻电路 C．在非纯电阻电路中 D．焦耳热适用于任何电路 变式 23．如图所示的电路中电源电压恒为9V，小灯泡的铭牌上标有“6V 3W”的字样。闭合开关S，调节滑动变阻器的滑片，使电压表的示数为3V，不计温度对灯丝电阻的影响。则此时（　　） A．通过小灯泡中的电流是0.5A B．小灯泡的电功率是1.5W C．电路中消耗的总功率为4.5W D．滑动变阻器接入电路的阻值为24Ω 变式 24．如图电路中，电源电动势为14V，内阻忽略不计，小灯泡的额定电压为6V、额定功率为 12W，电动机的线圈电阻 若灯泡恰能正常发光，电压表视作理想电表，求： (1)流经电动机的电流 (2)电源的总功率 (3)电动机的输出功率 试卷第1页（共3页） 试卷第1页（共3页） 学科网（北京）股份有限公司 《专题04 电学基本概念和定律——重难点》参考答案： 1．D 【详解】A．电流由定义，电荷量多但时间未知，无法确定电流大小，故A错误； B．是电流的定义式，不是决定式，不能说电流大小与成正比或与成反比（如和同时增大时，可能不变），故B错误； C．单位时间内电荷量越多，电流应越大，而非“不变”，故C错误； D．金属导体中自由电子在电场力作用下定向移动形成持续电流，故D正确。 故选D。 2．D 【详解】题意可知铜导线横截面积，电流，自由电子定向移动的平均速率，自由电子电荷量。   电流的微观表达式为（其中I是电流，n是单位体积（）内的自由电荷数，q是每个自由电荷的电荷量，S是导体的横截面积，v是自由电荷定向移动的速率） 联立解得个 故选D。 3．AB 【详解】截取圆环的任一横截面，在橡胶圆环运动一周的时间内，通过这个横截面的电荷量为，根据电流的定义式，有 又有 联立可得 可知电流的大小只与Q和ω有关。所以当ω不变而使电荷量Q变为原来的2倍时，电流将变为原来的2倍；当电荷量Q不变而使ω变为原来的2倍，电流也将变为原来的2倍；当ω、Q不变，将橡胶环半径增大或减小时，电流则保持不变。 故选AB。 4．B 【详解】A．该电池的容量为，故A错误； B．该电池待机时的平均工作电流为，故B正确； C．mA⋅h为电荷量的单位，J为能量的单位，故C错误； D．mA和h都不是国际单位制中的基本单位，故D错误。 故选B。 5．(1) (2) 【详解】（1）以一段导线作为研究对象，导线的横截面积为S，单位体积内的自由电子数为n，自由电子定向移动的平均速率为v，则时间t内通过导线横截面的自由电子数为 时间t内通过导线横截面的电荷量 根据电流的定义 解得 （2）由电阻定律可得 电场强度 结合 联立解得 6．（1）顺时针方向；（2） 【详解】（1）橡胶棒带负电，圆环O的转轴逆时针匀速转动，电流方向与负电荷定向移动方向相反，则环中等效电流的方向为顺时针方向。 （2）根据角速度与周期的关系有 根据电流的定义式有 其中 解得 7．B 【详解】A． B元件的图像是直线，B是线性元件，A错误； B．元件的电阻为 当U=U1时，，所以 RARB，B正确； C．当U=U2时，，所以RA=RB，C错误； D．随电压增大，A的阻值减小，D错误。 故选B。 8．(1)电阻率是导体在单位长度和单位横截面积的电阻值，反映导体的导电性能好坏的物理量。 (2) (3)4R (4) (5) 【详解】（1）电阻率是导体在单位长度和单位横截面积的电阻值，反映导体的导电性能好坏的物理量。 （2）由题意可知 可得 （3）若使其长度变为原来的2倍，体积不变，则横截面积变为原来的，根据可知此时样品的电阻变为原来的4倍，即4R。 （4）电流沿EF方向时样品的电阻 （5）电流沿CD方向时样品的电阻 9．C 【详解】A．导体对电流的阻碍作用叫导体的电阻，只跟导体的几何形状和材料性质有关，跟导体中是否有电流通过无关。故A错误； B．常用来制作标准电阻的一般是合金，铂的电阻率随温度变化明显，一般用来作电阻温度计。故B错误； C．某些金属、合金和化合物的电阻率随温度的降低会减小为零，这种现象叫做超导现象。故C正确； D．根据 可知电阻率越大的导体，其电阻不一定越大。故D错误。 故选C。 10．C 【详解】A．由图可知，随电压变大，曲线上各点与原点连线的斜率减小，则电阻变大，即该导体的电阻随电压的升高而增大，A错误； B．该图像上某点与原点连线的斜率的倒数表示电阻，B错误； C．当通过导体的电流为4A时，导体两端的电压为6V，则此时导体电阻为，C正确； D．若导体电阻不变，在R两端加3V电压时，通过导体的电流 即每秒通过导体的电荷量是2C，但电阻随电压的增大而增大，所以在R两端加3V电压时，每秒通过导体的电荷量是大于2C，D错误。 故选C。 11．C 【详解】A．根据电阻定律有 可知，两导体的电阻之比为，故A错误； B．A、B电阻串联，根据串联的特点可知，流过A、B的电流之比为1∶1，故B错误； C．由电流的微观表达式有 结合上述分析解得 通过A、B的电子定向移动速率之比为1∶4，故C正确； D．根据 单位时间通过A、B的电量之比为1∶1，故D错误。 故选 C。 12．C 【详解】A．超导材料的显著特性是导体在温度降低到足够低时电阻变为零的特性，不代表温度降到0℃时材料的电阻就为0，故A错误； B．圆盘形磁铁悬浮是由于超导材料具有抗磁性，与超导材料是否通电无关，故B错误； C．超导材料一个重要特性是抗磁性，所以圆盘形磁铁悬浮时，超导材料的磁通量没有发生变化，故C正确； D．超导材料对磁铁的作用力与磁铁对超导材料的作用力是一对作用力与反作用力，大小相等，故D错误。 故选C。 13．BC 【详解】A．当cd端短路时，电路结构为与并联，然后与串联，ab之间的等效电阻为，故A错误； B．当ab端短路时，电路结构为与并联，然后与串联，cd之间的等效电阻为，故B正确； C．当ab两端接通测试电源时，cd两端的电压为，故C正确； D．当cd两端接通测试电源时，ab两端的电压为，故D错误。 故选BC。 14．B 【详解】根据电路可知用a、b和a、c接线柱时电流表的量程分别为， 则有 所以用a、b两个接线柱时电流表的量程为0 ~ 3 A，用a、c两个接线柱时电流表的量程为0 ~ 0.6 A；将数据代入可解得， 则有 故选B。 15．C 【详解】A．电流表的原理是表头与电阻并联（并联电阻起分流作用），而图中是表头与电阻串联，所以这不是电流表，是电压表，故A错误； B．当接入“A、B”时，串联的电阻是；接入“、”时，串联的电阻是。根据串联分压，串联的电阻越大，电压表的量程越大。所以接入“、”时量程更大，故B错误； C．若被短路，接入“、”时，未被使用，所以测量值正确，故C正确； D．若被短路，接入“、”时，表头与串联，在被测电压不变的情况下，电流 可见电流发生变化，指针指示的电压值变化，所以电表测量值不正确，故D错误。 故选C。 16．BD 【详解】A．两个电阻并联，电压相等，根据 若，则，故A错误； B．若定值，当增加时，根据 可得间的总电阻变大，故B正确； C．当时，根据得 AB间的总电阻接近，且比小，故C错误； D．若不变，再给间并联一个不为零的电阻 根据，可知总电阻将减小，故D正确。 故选 BD。 17．(1)4.08Ω，0.4Ω (2)0.41Ω，3.67Ω 【详解】（1）按图甲接法，由并联电路中电流跟电阻成反比，可得， （2）按图乙接法，量程为1A时，和串联后与并联；量程为0.1A时，和串联后与并联，得 ， 解得， 18．AD 【详解】A．当S1和S2均断开时，表头与串联，所以虚线框中可等效为电压表；量程为 故A正确； BD．当S1和S2均闭合时，被短路，与表头并联，所以虚线框中可等效为电流表；量程为 故B错误，D正确； C．当S1断开、S2闭合时，表头与串联，再与并联，所以虚线框中可等效为电流表；量程为 故C错误。 故选AD。 19．C 【详解】A．焦耳热 适用于任何电路中的焦耳热量的计算，故A正确，不符合题意； B．公式 是计算电路的总功的大小，适用于任何的电路，适对于纯电阻有 带入可得 故该公式只适用于纯电阻电路，故B正确，不符合题意； C．电功率越大，表示电流做功越快，但焦耳热 还与时间有关，所以电功率越大电路中产生的焦耳热不一定越多，故C错误，符合题意； D．在非纯电阻电路中，因为电流做功产生其它能量如机械能、化学能等，所以电功大于电热，即 故D正确，不符合题意。 故选C。 20．C 【详解】根据可得，两灯泡的电阻分别为， 所以R2＞R1。 A图中灯泡L1和灯泡L2串联，然后接到220V的电源上，根据串联电路的分压特点可知，灯泡L2两端的电压大于110V，所以都不能正常发光； B图中灯泡L1和可变电阻R并联后又和灯泡L2串联，要使灯泡正常发光，必须满足灯泡与L1可变电阻R并联后和灯泡L2的电阻相等；但并联电路中，电阻越并越小，小于任何一个分电阻，所以灯泡L1与可变电阻R并联后的电阻小于灯泡L2的电阻，此电路中灯泡L1和灯泡L2也不能正常发光； C图中灯泡L2和可变电阻R并联后又和灯泡L1串联，要使灯泡正常发光，必须满足灯泡L2与可变电阻R并联后和灯泡L1的电阻相等；并联电路中，电阻越并越小，小于任何一个分电阻，所以灯泡L2与可变电阻R并联后的电阻可以等于灯泡的L1电阻，可以使灯泡L1和灯泡L2正常发光；此时灯泡L2与可变电阻R消耗的总功率等于灯泡L1的功率，则电路消耗的总功率为2×100W=200W。 D图中灯泡L1和灯泡L2并联后又与可变电阻R串联，要使两灯泡正常发光，必须满足灯泡L1和灯泡L2并联后和可变电阻R的阻值相等，通过调节变阻器的阻值可以做到，即两灯泡可以正常发光；整个电路消耗的电功率为2×（100W+40W）=280W； 综上所述，C图既能使两灯泡正常发光且消耗的总功率最小。故选C。 21．(1)0.3A (2)64.2W (3)电流过大，发热功率过大 【详解】（1）根据 解得 （2）电风扇正常工作时转化为内能的功率 电风扇正常工作时转化为机械能的功率 （3）电风扇的风叶被卡住后，电动机不转时可视为纯电阻电路，通过电风扇的电流 发热功率 此时电流过大，发热功率过大，所以此时电动机容易被烧毁。 22．BD 【详解】A．电功率越大，电流做功越快，但电路中产生的焦耳热还与做功时间有关，不能仅根据电功率大就确定焦耳热一定多，故A错误； B．是电功的定义式，适用于任何电路；而是根据欧姆定律推导出来的，只适用于纯电阻电路（电能全部转化为内能的电路），故B正确； C．在非纯电阻电路中，电能除了转化为内能，还转化为其他形式的能，所以（总功率）大于（热功率），故C错误； D．焦耳热是焦耳定律的表达式，适用于任何电路中焦耳热的计算，故D正确。 故选BD。 23．D 【详解】A．由电路图可知，灯泡L与滑动变阻器R串联，电压表测L两端的电压。小灯泡的电阻 移动滑动变阻器的滑片，当电压表示数为3V时，通过灯泡的电流，故A错误； B．此时灯泡的功率PL′=ULI=3V×0.25A=0.75W，故B错误； C．串联电路各处电流相等，电路中消耗的总功率为P=U总I=9V×0.25A=2.25W，故C错误； D．串联电路总电压等于各部分电压之和，所以变阻器两端的电压UR=U总-UL=9V-3V=6V 滑动变阻器接入电路的阻值，故D正确。 故选D。 24．(1)2A (2)28W (3)12W 【详解】（1）灯泡恰能正常发光，则电流为 可知流经电动机的电流为2A。 （2）电源的总功率P=EI =28W （3）电压表的示数为 电动机的电功率为 电动机线圈产生的热功率为 则电动机的输出功率为 答案第1页（共2页） 答案第1页（共2页） 学科网（北京）股份有限公司 $