高一物理第十一章电路及其应用知识点总结

高一物理第十一章电路及其应用知识点总结电荷的定向移动形成电流，定义式为\(I=\frac{q}{t}\)，其中\(q\)是时间\(t\)内通过导体横截面的电荷量。电流的微观表达式为\(I=neSv\)，\(n\)是导体单位体积内的自由电荷数，\(e\)是元电荷，\(S\)是导体横截面积，\(v\)是自由电荷定向移动的速率。电流是标量，其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。导体对电流的阻碍作用叫电阻，定义式\(R=\frac{U}{I}\)，由导体本身性质决定。电阻定律表达式为\(R=\rho\frac{L}{S}\)，\(\rho\)为电阻率，反映材料导电性能，与温度有关：金属电阻率随温度升高而增大，半导体电阻率随温度升高而减小，某些材料在低温下电阻率会突然降为零（超导现象）。欧姆定律指出，在纯电阻电路中，通过导体的电流\(I\)跟导体两端的电压\(U\)成正比，跟导体的电阻\(R\)成反比，即\(I=\frac{U}{R}\)。需注意其仅适用于金属导体和电解液，不适用于气体导电或含电动机、电解槽的非纯电阻电路。串联电路中，电流处处相等（\(I=I_1=I_2=\cdots=I_n\)），总电压等于各分电压之和（\(U=U_1+U_2+\cdots+U_n\)），总电阻等于各分电阻之和（\(R=R_1+R_2+\cdots+R_n\)），电压分配与电阻成正比（\(\frac{U_1}{U_2}=\frac{R_1}{R_2}\)），功率分配也与电阻成正比（\(\frac{P_1}{P_2}=\frac{R_1}{R_2}\)）。并联电路中，各支路电压相等（\(U=U_1=U_2=\cdots=U_n\)），总电流等于各支路电流之和（\(I=I_1+I_2+\cdots+I_n\)），总电阻的倒数等于各分电阻倒数之和（\(\frac{1}{R}=\frac{1}{R_1}+\frac{1}{R_2}+\cdots+\frac{1}{R_n}\)），电流分配与电阻成反比（\(\frac{I_1}{I_2}=\frac{R_2}{R_1}\)），功率分配同样与电阻成反比（\(\frac{P_1}{P_2}=\frac{R_2}{R_1}\)）。电功是电场力对电荷做的功，表达式\(W=UIt\)，适用于所有电路；电功率\(P=\frac{W}{t}=UI\)，表示电流做功的快慢。焦耳定律描述电流的热效应，\(Q=I^2Rt\)，仅适用于计算电热。纯电阻电路中，电功等于电热（\(W=Q\)），电功率可表示为\(P=I^2R=\frac{U^2}{R}\)；非纯电阻电路中，电功大于电热（\(W>Q\)），多余部分转化为其他形式的能（如机械能、化学能）。闭合电路由外电路（电源外部）和内电路（电源内部）组成，电动势\(E\)是电源将其他形式能转化为电能的本领，定义式\(E=\frac{W}{q}\)（\(W\)为非静电力做功），数值上等于电源未接入电路时两极间的电压。闭合电路欧姆定律表达式为\(E=I(R+r)\)或\(E=U_{\text{外}}+U_{\text{内}}\)，其中\(U_{\text{外}}=IR\)是路端电压，\(U_{\text{内}}=Ir\)是内电压。路端电压随外电阻变化的规律：外电阻\(R\)增大时，总电流\(I\)减小，路端电压\(U_{\text{外}}\)增大；当\(R\to\infty\)（断路）时，\(U_{\text{外}}=E\)；当\(R\to0\)（短路）时，\(I=\frac{E}{r}\)（电流很大，可能损坏电源）。伏安特性曲线是描述导体电流与电压关系的图像，线性元件的伏安特性曲线为过原点的直线（如金属导体），其斜率\(k=\frac{I}{U}=\frac{1}{R}\)；非线性元件的伏安特性曲线为曲线（如二极管），某点的电阻需用\(R=\frac{U}{I}\)计算，而非曲线斜率。电流表（表头）主要参数有内阻\(R_g\)、满偏电流\(I_g\)、满偏电压\(U_g=I_gR_g\)。改装成电压表需串联分压电阻\(R\)，满足\(U=I_g(R_g+R)\)，故\(R=\frac{U}{I_g}R_g\)；改装成大量程电流表需并联分流电阻\(R\)，满足\(I_gR_g=(II_g)R\)，故\(R=\frac{I_gR_g}{II_g}\)。伏安法测电阻时，电流表内接法的测量值\(R_{\text{测}}=\frac{U}{I}=R_x+R_A\)（偏大，适用于\(R_x\ggR_A\)）；外接法的测量值\(R_{\text{测}}=\frac{U}{I}=\frac{R_xR_V}{R_x+R_V}\)（偏小，适用于\(R_x\llR