第二章 电路及其应用 知识清单 -2026-2027学年高二上学期物理教科版必修第三册

教科版（2019）·必修第三册·高二上·第二章 电路及其应用 每日必背 · 北京高中物理 【考纲要求/本章地位】 本章是电学的实验与计算核心，课程标准要求：理解电流、电压、电阻的概念，掌握电阻定律与欧姆定律，理解电源电动势和内阻、闭合电路欧姆定律，掌握焦耳定律与电路中的能量转化；并包含练习使用多用电表、测量金属电阻率、描绘 I-U 特性曲线、测量电池电动势和内阻等重要电学实验。本章是高考实验题与动态电路分析的必考内容，须熟练掌握仪器使用、数据处理与误差分析。 【知识框架】 1. 电流 电压 电阻 （1）电流 I=q/t，方向规定为正电荷定向移动方向 （2）电阻 R=U/I，导体对电流的阻碍作用 2. 实验：练习使用多用电表 （1）测电压、电流、电阻；欧姆表使用与读数 3. 电阻定律 电阻率 （1）R=ρl/S；电阻率 ρ 与材料、温度有关 4. 实验：测量金属的电阻率 （1）伏安法测 R，再由 ρ=RS/l=πd2U/(4Il) 求 ρ 5. 实验：描绘 I-U 特性曲线 （1）小灯泡伏安特性曲线为曲线；分压/限流接法选择 6. 电源的电动势和内阻 闭合电路欧姆定律 （1）E=W/q；I=E/(R+r)；路端电压 U=E-Ir 7. 实验：测量电池的电动势和内阻 （1）伏安法，由 U-I 图线斜率与截距求 E、r 8. 焦耳定律 电路中的能量转化 （1）电功 W=UIt，焦耳热 Q=I2Rt；纯电阻与非纯电阻区别 9. 家庭电路 （1）火线零线、保险丝、安全用电与接地 【核心概念与规律】 1. 电流：电荷的定向移动形成电流。大小为通过导体横截面的电荷量与所用时间之比，I=q/t，单位安培（A）。方向规定为正电荷定向移动的方向，与负电荷定向移动方向相反；电流是标量。 2. 电压：导体两端的电势差，是形成电流的原因，用 U 表示，单位伏特（V）。 3. 电阻：导体对电流的阻碍作用，R=U/I，单位欧姆（Ω）。电阻由导体本身性质决定，与 U、I 无关。 4. 欧姆定律：导体中的电流跟导体两端的电压成正比，跟导体的电阻成反比，I=U/R。适用于金属导体和电解液。 5. 练习使用多用电表：可测直流/交流电压、直流电流和电阻。测电阻时须选档、欧姆调零，手不能接触表笔金属部分；测量前必须断开电源，换挡后重新欧姆调零；读数时看最上一行刻度并乘以倍率。 6. 电阻定律：同种材料的导体，其电阻 R 与长度 l 成正比，与横截面积 S 成反比，R=ρl/S。比例系数 ρ 即电阻率，反映材料导电性能，单位 Ω·m；金属电阻率随温度升高而增大。 7. 实验：测量金属的电阻率。原理为伏安法测电阻 R=U/I，用刻度尺测金属丝长度 l、螺旋测微器测直径 d，再由 ρ=RS/l=πd2U/(4Il) 计算。为减小误差，测直径取不同位置多次测量取平均，测多组 U、I 作 R 求平均。 8. 实验：描绘小灯泡的 I-U 特性曲线。因小灯泡电阻随温度升高而增大，其 I-U 图线为曲线（斜率逐渐减小）。要求电压从零开始连续调节，故滑动变阻器采用分压式接法；电流表一般采用外接法。 9. 电动势：电源把其他形式能转化为电能本领的物理量，E=W/q，单位 V。数值上等于电源没有接入电路时两极间的电压，由电源本身决定，与外电路无关。电源内部有内阻 r。 10. 闭合电路欧姆定律：闭合电路中的电流跟电源电动势成正比，跟内、外电路电阻之和成反比，I=E/(R+r)。路端电压 U=E-Ir，外电路短路时 U=0、I=E/r；外电路断路时 I=0、U=E。 11. 实验：测量电池的电动势和内阻。用电压表、电流表、滑动变阻器，测得多组 U、I 数据，作 U-I 图线：纵轴截距为 E，图线斜率的绝对值为 r。由于电压表分流存在系统误差，一般用图象法减小偶然误差。 12. 电功与电功率：电流做的功 W=UIt，单位 J；电功率 P=W/t=UI。电功表示电能转化为其他形式能的多少。 13. 焦耳定律：电流通过导体产生的热量跟电流二次方、导体电阻和通电时间成正比，Q=I2Rt，单位 J。热功率 P=I2R。 14. 纯电阻与非纯电阻电路：纯电阻电路（如电炉、白炽灯）中电能全部转化为内能，W=Q，即 UIt=I2Rt=U2t/R；非纯电阻电路（如电动机）中 W>Q，W=UIt 为总功，Q=I2Rt 仅为发热，其余为机械能，此时不能用欧姆定律 I=U/R 计算。 15. 电源的功率：总功率 P总=EI；输出功率 P出=UI；内阻热功率 Pr=I2r，且 P总=P出+Pr。电源效率 η=P出/P总=U/E。当外电阻 R=r 时输出功率最大。 16. 家庭电路：进户线分火线和零线，用试电笔辨别；家用电器并联接入；保险丝（空气开关）串联在火线上，电流过大时自动熔断保护电路；有金属外壳的用电器须接地，使用三孔插座。安全电压不高于 36 V。 【必背公式】 公式 物理量含义·单位 适用条件 I = q/t I：电流（A）；q：通过横截面电荷量（C）；t：时间（s） 电流定义式，适用于一切电路 I = U/R U：导体两端电压（V）；R：导体电阻（Ω） 部分电路欧姆定律，适用于金属、电解液 R = ρl/S R：电阻（Ω）；ρ：电阻率（Ω·m）；l：长度（m）；S：横截面积（m2） 电阻定律，温度一定时 ρ = πd2U/(4Il) d：金属丝直径（m）；U：电压（V）；I：电流（A）；l：接入长度（m） 伏安法测金属电阻率 I = E/(R+r) E：电动势（V）；R：外电阻（Ω）；r：电源内阻（Ω） 闭合电路欧姆定律，外电路为纯电阻 U = E - Ir U：路端电压（V）；I：总电流（A） 闭合电路，路端电压与电流关系 W = UIt W：电功（J）；U：电压（V）；I：电流（A）；t：时间（s） 电功定义式，适用于一切电路 P = UI P：电功率（W） 电功率定义式，适用于一切电路 Q = I2Rt Q：焦耳热（J） 焦耳定律，电流产生的热量 Pr=I2r；η=U/E Pr：内阻热功率（W）；η：电源效率 闭合电路能量关系 【重要模型与结论】 1. 动态电路“串反并同”分析模型：局部电阻变化引起总电阻、总电流、路端电压连锁变化，按“总→分”逐步分析：R 增大→总电流 I 减小→路端电压 U 增大。 2. 测 E、r 的 U-I 图象模型：纵轴截距为电动势 E，斜率绝对值为内阻 r；若纵轴不从零开始，斜率仍为 r，横轴截距不表示短路电流。 3. 伏安法测电阻接法模型：电流表外接法测小电阻（Rx≪RV，系统误差来自电压表分流）；内接法测大电阻（Rx≫RA，系统误差来自电流表分压）。 4. 滑动变阻器接法模型：要求电压从零调节或电压变化范围大时用分压式；限流式电路简单、功耗小，能满足要求时优先选用。 5. 纯/非纯电阻能量模型：电动机正常工作时 UI>I2R，输入功率 UI，输出机械功率 UI-I2R；电动机卡住不转时变为纯电阻，电流急剧增大易烧坏。 【易错点提醒】 1. 欧姆定律适用范围：I=U/R 只适用于纯电阻，电动机、蓄电池充电等非纯电阻电路不能直接用。 2. 电功与电热混淆：W=UIt 是总电功，Q=I2Rt 只是发热；非纯电阻电路中 W≠Q，切忌混为一谈。 3. 路端电压随外电阻变化：外电阻 R 增大，总电流减小，路端电压 U=E-Ir 反而增大；断路时 U=E 而非 0。 4. 测电阻时多用电表操作：必须断电测量、换挡重新欧姆调零、两手不接触表笔金属部分，否则读数偏小。 5. 电阻率与电阻：ρ 由材料和温度决定，R 由 ρ、l、S 共同决定；不能说电阻率与长度成正比、与横截面积成反比。 6. I-U 图线斜率：定值电阻 I-U 图线过原点直线，斜率为 1/R；小灯泡 I-U 图线为曲线，斜率表示 1/R 且逐渐减小。 7. 家庭电路连接：开关必须接在火线上，螺口灯泡螺旋套接零线；用电器之间是并联，不是串联。 学科网（北京）股份有限公司 $