第一节 电路的基本概念及电路分析-2023年高考物理一轮系统复习学思用

第一节电路的基本概念及电路分析

【要点归纳】

一、电源

1.定义：能够把电子从正极搬运到负极的装置。

2.作用：(1)维持电源正、负极间始终存在电势差。(2)使电路中的电流能够持续存在。

3.恒定电场

(1)定义：由稳定分布的电荷所产生的稳定的电场。

(2)形成：导线中的电场是由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成的，其场强

沿导线的方向，如图所示。虽然这些电荷在运动，但有的流走了，另外的又来补充，所以电

荷的分布是稳定的，不随时间变化，电场的分布也不随时间变化。

(3)特点：任何位置的电荷分布和电场强度都不随时间变化。

二、电流

1.电流的形成及电源

(1)电流形成：电荷的定向移动形成电流。

(2)形成电流条件：①物体内部存在大量自由电荷；②导体两端存在电势差。

(3)电源:

①维持电路两端有一定的电势差。

②在闭合电路中，使导线中的自由电子发生定向移动，保持导体内有持续的电流。

2.恒定电流：

(1)恒定电流：大小和方向都不随时间变化的电流。

(2)电流定义：单位时间内通过导体某横截面的电荷量。

(3)公式表达：/=:。

(4)单位：安培，符号4。常用的电流单位还有毫安(mA)和微安(|iA)。1mA=10-3A,lgA

=10-6人。

(5)方向：规定正电荷定向移动的方向为电流方向，或负电荷定向移动的反方向。

(6)意义：表示电流强弱的物理量。

三、电流的微观表达式

1.电流的微观表达式：I=nqSv

2.与/=/的区别：/=〃然□是电流的决定式，即电流的大小由“、小S、v共

同决定，其中q是单个自由电荷的电荷量；而/=^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)。

四、电阻

1.定义：导体两端的电压与通过导体的电流大小之比，用R表示。

2.定义式：R=号。

3.单位：欧姆(C),常用的单位还有kC、MC,且1C=lO-3kc=i0-6M。。

4.物理意义：反映导体对电流的阻碍作用的物理量。

5.导体的U-/图像的斜率反映导体电阻的大小。

6.欧姆定律

(1)内容：导体中的电流跟导体两端的电压U成正比，跟导体的电阻R成反比。

(2)表达式：［=)

(3)适用范围：适用于金属导电、电解液导电的纯电阻电路(不含电动机、电解槽等的电

路)，而对气体导电、半导体导电不适用。

7./—U图像与U—/图像的区别(图线为直线时)

(1)坐标轴的意义不同：/一U图像中，横坐标表示电压U、纵坐标表示电流/；U—/图

像中，横坐标表示电流/,纵坐标表示电压U。

(2)图线斜率的意义不同：/-U图像中，斜率表示电阻的倒数，U—/图像中，斜率表示

电阻，如图所示，在图甲中/?2＜吊，图乙中&＞氏。

五、影响导体电阻的因素

1.探究电路

2.探究原理：a.b、c、d四条不同的导体串联，电流相同，因此，电阻之比等于相应

的电压之比。

3.探究过程

(1巾与。只有长度不同，比较“、匕的电阻之比与长度之比的关系。

(2)c与。只有横截面积不同，比较a、c的电阻之比与横截面积之比的关系。

(3)“与a只有材料不同，比较的电阻是否相同。

4.探究结论：导体的电阻与长度、横截面积有定量关系，与电阻的材料也有关。

六、导体的电阻率

1.电阻定律

(1)内容：同种材料的导体，其电阻R与它的长度/成正比，与它的横截面积S成反比;

导体电阻还与构成它的材料有关.

(2)公式：R=p^,式中p是比例系数，它与导体的材料有关，是表征材料性质的一个重

要的物理量，p叫做这种材料的电阻率.电阻率"是一个反映导体导电性能的物理量，是导

体材料本身的属性，与导体的形状、大小无关，它的单位是欧姆・米，国际符号Cm,而电

阻R反映的是导体的属性，与导体的材料、形状、大小有关.

2.电阻率p的相关因素

(1)与导体材料有关：纯金属的电阻率较小，合金的电阻率较大。

(2)与导体的温度有关

①有些合金的电阻率几乎不受温度变化影响，常用来制作标准电阻。

②金属的电阻率随温度的升高而增大，可制作电阻温度计。

③当温度降低到特别低时导体电阻可以降到0,这种现象叫作超导现象。

(3)应用：电阻温度计、标准电阻等.

七、对电阻定律的理解和应用

1.对电阻定律的理解

(1)公式是导体电阻的决定式，如图所示为一块长方体铁块，若通过电流为小则

K|=P*若通过电流为，2，贝122=端。

(2)适用条件：温度一定，粗细均匀的金属导体或浓度均匀的电解质溶液。

(3)电阻定律是通过大量实验得出的规律。

2.R=、与/?=彳的比较

公

R=PsR罟

式

电阻的决定式电阻的定义式

说明了电阻由导体的哪些因素决定，可以说提供了求电阻的方法，并不能说

区

R与/成正比，与S成反比电阻与u和/有关系

别

只适用于粗细均匀的金属导体或浓度均匀

适用于纯电阻元件

的电解液、等离子体

联R=/4对R=3补充说明了导体的电阻不取决于U和/,而是取决于导体本身的材

O1

系料、长度和横截面积

八、滑动变阻器

1.原理：利用改变连入电路的电阻丝的长度来改变电阻.

2.构造：如图所示是滑动变阻器的原理图.AB是一根纯金属杆，其电阻可视为零.CD

是电阻较大、长度较长的电阻丝，P是滑片，能将A8杆与电阻丝CO连通.若将AB直接

接入电路当中，其电阻为零；若将CD直接接入电路中，电阻是整个电阻丝的电阻；正确的

连接方法是接A与。或8与C或A与C或3与。，即“一上一下”.如接A与。，连入电路

3.滑动变阻器的缺点：不能显示连入电路中的电阻的具体阻值.而实验室中的另一常

用变阻器件——变阻箱却能显示电阻的值.

九、串、并联电路

1.串联和并联

(1)串联：把几个导体依次首尾相连，接入电路，这样的连接方式叫做串联.

(2)并联：把几个导体的一端连在一起，另一端也连在一起，然后把这两端接入电路，

这样的连接方式叫做并联.

2.串联电路和并联电路的电流

(1)串联电路各处的电流相等，即/=/1=/2=/3=i=/".

(2)并联电路的总电流等于各支路电流之和，即/=/|+/2+/3+…+/”.

3.串联电路和并联电路的电压

(1)串联电路两端的总电压等于各部分电路电压之和，即U=S+S+S+…+U”.

(2)并联电路的总电压与各支路电压相等，即U=Ui=lh=U3i.=U..

4.串联电路和并联电路的电阻

(1)串联电路的总电阻等于各部分电路电阻之和，即/?=凡+&+向+…+R”.

(1)串联电路的总电阻大于其中任一部分电路的电阻.

(2)几个相同电阻R串联时其总电阻为RK，=〃R,两个相同电阻串联时，总电阻是分电阻

的二倍.

(3)当一个大电阻和一个小电阻串联时，总电阻接近大电阻.

(4)串联电路中各电阻两端的电压跟它的阻值成正比，即普点=...=电=1.

(5)并联电路总电阻的倒数等于各支路电阻的倒数之和，即1=/+/+/.

AK\K2A3

(6)并联电路的总电阻小于其中任一支路的电阻，且小于其中最小的电阻.当一个大电

阻和一个小电阻并联时，总电阻接近小电阻.

(7)几个相同电阻R并联时其总电阻为/?总=会两个相同电阻并联时，总电阻是分电阻

的一半.

(8)多个电阻无论串联还是并联，其中任一电阻增大，总电阻也随之增大.以两电阻尺、

治为例加以说明.串联时/?=&+&，并联时/?=白鲁=一与.可见，当R或4增大时，

什总

R都随之增大.

(9)并联电路中通过各支路电阻的电流跟它们的阻值成反比，即I的=hR2=...=I“R"=

U.

十、电功、电功率电热、热功率

1.电功

(1)定义：导体中的恒定电场对自由电荷的电场力做的功.

(2)公式：W=qU=/Uf(适用于任何电路).

(3)电流做功的实质：电能转化成其他形式能的过程.

2.电功率

(1)定义：单位时间内电流所做的功，表示电流做功的快慢.

w

(2)公式：P=^=/U(适用于任何电路).

3.焦耳定律

(1)内容：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻及通电时间

成正比.

(2)公式：。=产用(适用于任何电路).

【夯实基础练】

I.(2022•云南省巴蜀中学第八次月考)恒流源是一种特殊的电源，其输出的电流能始终

保持不变。如图所示的电路中电源是恒流源，即干路电流始终保持不变；当滑动变阻器滑动

触头P从最左端向中间移动时，下列说法中正确的是()

以

A.凡上的电压不变B.&上的电流变大

C.&上的电流变小D.恒流源的输出功率变大

【解析】AD.滑动变阻器滑动触头P从最左端向中间移动时，电阻&减小，外电路

总电阻减小，而干路电流不变，所以路端电压减小，恒流源的输出功率变小，AD错误：

BC.通过用上的电流减小，则通过&上的电流增大，C错误，B正确。故选B。

【答案】B

2.(2022•上海市南洋模范中学高三(下)4月适应练习)当电阻两端加上某一稳定电压时，

通过该电阻的电荷量为O.3C,消耗的电能为0.9J.为在相同时间内使0.6C的电荷量通过该

电阻，在其两端需加的电压和消耗的电能分别是（）

A.3V,1.8JB.3V,3.6JC.6V,L8JD.6V,3.6J

【解析】根据可知通过该电阻的电荷量为0.3C,消耗的电能为0.9J时，电阻

两端所加电压U=3V；在相同时间内通过0.6C的电荷量，则电流强度为原来的2倍，而根

据1=UR电压也为原来的2倍，即为6V,这时消耗的电能&=Ss=3.6J.故D项正确，

ABC三项错误.

【答案】D

3.（2022•辽宁省大连市第一中学高三（上）期中联考）在长度为/、横截面积为S、单位体

积内自由电子数为〃的金属导体两端加上电压，导体中就会产生匀强电场。导体内电荷量为

e的自由电子在电场力作用下先做加速运动，然后与做热运动的阳离子碰撞而减速，如此往

复……所以，我们通常将自由电子的这种运动简化成速率为v（不随时间变化）的定向运动。

己知阻碍电子运动的阻力大小与电子定向移动的速率v成正比，即打=外/是常量），则该导

体的电阻应该等于（）

klklckSkS

A・------B.---C•------D•——

neSne^SnelneI

【解析】电子以V定向移动，由平衡条件可得g=e2,解得U=竺，导体中电

Ie

Ukl

流的微观表达式由欧姆定律可得，导体的电阻为R=t二—故选B。

1ne2s

【答案】B

4.（2022•哈尔滨市第六中学高三（上）期末）图1表示某压敏电阻的阻值R随压力F变化

的情况，将它平放在电梯地板上并接入图2所示的电路中，在其受压面上放一物体，即可通

过电路中数字电流表的示数/来探查电梯的运动情况。电梯静止时数字电流表示数为人下

列说法正确的是（）

A.若示数/不变说明电梯正在匀速运动

B.若示数/在增大说明电梯的速度在增大

C.若示数/>/o说明电梯可能在加速向上运动

D.若示数为4说明电梯一定处于静止状态

【解析】AD.由于电流等于/o且不变，说明压力没有变化，故电梯做匀速直线运动

或静止不动，故AD错误；

BC.电流逐渐变大，故压力逐渐变大，且大于重力，故电梯处于超重状态，可能向上

加速或向下减速，但加速度变大，不会做匀加速运动，故B错误，C正确；故选C。

【答案】C

5.（2022•北京市北师大附属实验中学高三（下）零模）小明同学家里购买了一款扫地机器

人，如图所示，小明同学仔细检查了这款扫地机器人，发现铭牌上标有如下表所示数据，则

该扫地机器人（）

主机基本参数

280mmx280mmx75nim

产品

尺寸

电池2250mA-h锂电池

质量0.65kg

无线连接WiFi智能快述

工作额定电压8V

工作额定功率14.4W

A.额定工作电流为1.6A

B.mA-h是能量单位

C.若当剩余电量减少为电池容量的20%时，机器人会主动寻找充电器充电，则充满

电后正常工作的时间为I.5h

D.以额定电流工作时每分钟消耗电能为864J

【解析】AD.由铭牌知，扫地机器人工作的额定电压为8V,额定功率为14.4W,则

P144

额定电流Z=—=AMA=1.8A,以额定电流工作时每分钟消耗电能为

U8

E=P/=14.4X60J=864J,故A错误，D正确;

B.mA是电流的单位，h是时间单位所以由q=〃，可知mA-h是电量的单位，故B

错误；

C.充满电后的电量为4=〃=225011^小=2250*10-3*360（^：=8100（：,正常工

作的时间为，=迎姆=以吆竺s=3600s=lh,故C错误。故选D。

/1.8

【答案】D

6.（2022•河南省名校联盟高三（上）第三次诊断考试）地球表面附近存在一竖直向下的电

场，晴天时在电场作用下，大气中的正离子向下运动、负离子向上运动，由此形成的微弱电

流称为地空电流。这电流是稳恒的，不随高度变化，全球地空电流的总电流强度为1800A。

假设正、负离子带电量均为1.6X10T9C,则