第14章第4节 科学探究：串联和并联电路的电流（核心素养复习知识清单）

第14章第4节科学探究：串联和并联电路的电流（核心素养复习知识清单）一、电流的基本概念与测量【基础】【必会】（一）电流的初步认识电流是表示电流强弱的物理量，其定义为每秒通过导体某一横截面的电荷量。电流的产生需要两个基本条件：一是要有能够自由移动的电荷（在金属导体中是自由电子，在电解质溶液中是正负离子）；二是导体两端必须存在电压，即要有推动电荷定向移动的力。在国际单位制中，电流的单位是安培，简称安，符号为A。除了安培，常用的电流单位还有毫安和微安。它们之间的换算关系是千进制，即1安培等于1000毫安，1毫安等于1000微安。理解电流的微观实质，有助于我们解释为何串联电路电流处处相等，而并联电路电流则有分流现象。（二）电流的测量——电流表的使用【高频考点】【操作规范】电流表是专门用来测量电路中电流大小的仪器，其电路图符号是一个圆圈内加一个大写字母A。正确使用电流表是进行电学实验和解决电路问题的基本功，必须严格遵守以下使用规则，这也构成了考试中电路改错和实物图连接的主要考查点。1、调零与试触：使用前，应先检查电流表的指针是否对准零刻度线，如有偏差，需用调零旋钮进行机械调零。在连接电路时，提倡采用试触法选择量程：即首先迅速断开开关，用导线试触大量程接线柱，观察指针偏转角度。若指针偏转超过满刻度，说明量程选小，需换用更大量程的电流表；若指针偏转角度过小，小于较小量程的满偏刻度，则应换用小量程以提高测量的精确度。若指针反向偏转，则说明正负接线柱接反了。2、串联接入【重中之重】：电流表必须与被测的那一部分用电器串联。这是因为电流表的内阻非常小，在物理学上通常将其视为一根导线。如果错误地将电流表与用电器并联，电流将几乎全部从电阻极小的电流表流过，形成短路。这不仅会烧毁电流表，还可能损坏电源和电路中的其他元件。3、正进负出【基础易错】：必须使电流从电流表的正接线柱流入，从负接线柱流出。如果接反，指针将反向偏转，不仅无法读数，还会打弯指针，造成仪表的永久性损坏。4、量程选择【必会】：被测电流不能超过电流表的量程。电流表有两个量程，分别是0至0.6安和0至3安。使用0至0.6安量程时，分度值即每一小格代表0.02安；使用0至3安量程时，分度值代表0.1安。在不超过量程的前提下，选用小量程可以使读数更精确。5、禁止直接连接电源两极：绝对不允许不经过任何用电器，而将电流表的两个接线柱直接连接到电源的两极上。这相当于用一根导线直接短路电源，会瞬间产生很大的电流，导致电流表和电源损坏。二、串联电路的电流规律【核心重点】【高频考点】（一）实验探究过程通过科学探究得出的结论是：在串联电路中，电流处处相等。这里的处处相等指的是流过电路中每一个用电器、每一条导线的电流大小都相同，没有分支和汇合。实验时，我们通常选择两个规格不同的小灯泡组成串联电路，然后将电流表分别接在电路中的不同位置，例如电源正极后、两个灯泡之间、灯泡与电源负极之间。通过多次测量和比较数据，可以发现无论电流表接在哪个位置，其示数都是相同的。选用不同规格的灯泡进行实验，是为了避免实验结论的偶然性，使结论更具普遍性。（二）规律深度剖析串联电路电流处处相等的本质原因是，在串联电路中，整个路径没有分支，电荷的定向移动没有第二条路可走。在单位时间内，通过电路任一横截面的电荷量必然相同，因此电流强度也就必然相等。这个规律是分析和计算串联电路所有其他物理量，如电压、电阻、电功率等的基础。（三）考点与常见题型1、概念辨析题：常以选择题形式出现，判断关于串联电路电流说法的正误。例如，不能说靠近电源正极处的电流更大。2、读数与计算题：给出电路图和电流表示数，求解通过某个灯泡的电流或判断电流表测量对象。例如，在串联电路中，若已知A1示数为0.3安，则另一个电流表A2的示数必然也是0.3安。3、故障分析题：如果串联电路中电流表示数为零，可能的原因包括电路某处断路，或者电流表本身损坏或接线柱接触不良。三、并联电路的电流规律【核心难点】【高频考点】（一）实验探究过程并联电路的电流规律是：干路电流等于各支路电流之和。实验时，需要将两个规格不同的灯泡并联连接。电流表需要先后三次接入电路：第一次接在干路中，测量总电流；第二次和第三次分别接在两条支路中，测量通过各个灯泡的电流。记录数据后，可以发现干路电流的数值总是等于两条支路电流数值之和。同样，为了获得普遍规律，应换用不同规格的灯泡或增加支路数目进行多次实验。（二）规律深度剖析并联电路电流的分配关系，本质上是电荷流动路径的增多。在电路的节点处，干路流来的电荷在这里分流，分别进入不同的支路。由于支路中的用电器对电流有阻碍作用，电流的大小会根据支路电阻的不同而按比例分配。各支路电流之和必然等于干路总电流，这遵循电荷守恒定律，即在任何节点处，流入的电流之和等于流出的电流之和。（三）考点与常见题型1、判断电路连接方式与电流关系：给定一个电路图，要求判断各电流表分别测谁的电流，然后根据并联电路干路电流等于支路电流之和，计算出未知的电流大小。例如，干路电流为0.8安，一个支路电流为0.3安，则另一支路电流必为0.5安。2、比值类问题：当两个电阻R1和R2并联时，通过它们的电流之比I1比I2等于电阻的反比R2比R1。这是欧姆定律在并联电路中的推论，是解决复杂问题的关键。【难点】3、电路动态分析：当并联电路中的某一支路发生变化，比如开关断开或闭合、滑动变阻器阻值变化时，分析干路电流及各支路电流的变化情况。例如，断开一个支路，干路电流会减小，但另一条支路电流保持不变。【重要考点】四、电流规律的应用与电路分析【综合应用】【拉分题】（一）复杂电路中电流表的测量对象判断在含有多个电流表的混联电路中，准确判断每个电流表测量的是哪一部分电路的电流，是解决所有问题的前提。常用的方法是电流流向法和节点法。1、电流流向法：从电源正极出发，沿着电路路径观察电流的流动方向。当遇到分流点即节点时，电流分成几条支路；当遇到汇流点时，支路电流合并。跟踪每一条路径，看它是否流过某个电流表，最后回到电源负极。流过某电流表的电流，就是该电流表所测的电流。2、节点法：在电路中，不论导线有多长，只要其间没有用电器、电源、电压表等障碍物，导线连接的各点都可以视为同一个点。将电路中各个节点用不同的字母标注后，可以清晰地看出哪些用电器是连接在相同节点之间的，从而简化电路，判断出各用电器的连接方式和电流表的位置。（二）电路故障分析中的电流表现象【难点】电流表的示数变化是判断电路故障的重要依据。1、电流表示数为零：可能原因是电路发生断路，导致无电流通过电流表；或者电流表本身被短路，电流从其旁边绕过。2、电流表示数过大：通常意味着电路中发生了短路，导致总电阻减小，电流增大；或者是因为量程选择过小。3、电流表示数反常：如指针反偏，说明正负接线柱接反；指针偏转角度过小，可能是量程选择过大；指针偏转超过满刻度，则是量程选择过小。（三）与实际生活的联系家庭电路中，各用电器都是并联的，因此干路总电流等于各用电器工作电流之和。这就是为什么同时使用多个大功率电器，如空调、电热水器、微波炉时，干路电流会很大，容易导致保险丝熔断或空气开关跳闸。这也是安全用电常识中的重要考点。五、实验技能与科学探究【核心素养】【实验探究题必考】（一）完整的实验探究步骤对于探究串并联电路电流规律的实验，考试中常考查实验步骤的设计。1、提出问题：串联电路中各点的电流之间有什么关系？并联电路中干路电流与各支路电流有什么关系？2、猜想与假设：根据直观感觉或已有知识，提出可能的猜想，例如串联电路电流可能越来越小，或者处处相等。3、设计实验：明确需要哪些器材，如电源、开关、导线、规格不同的小灯泡多个、电流表。设计电路图，规划电流表需要接入的位置。4、进行实验：按照电路图连接实物，注意连接过程中开关要断开。检查无误后，闭合开关，读取并记录电流表示数。换用不同规格的灯泡，重复实验。5、分析与论证：对实验数据进行处理，比较各次测量的数据，寻找普遍规律。6、评估：反思实验过程中是否存在误差，操作是否规范，结论是否可靠。例如，讨论如果使用相同规格的灯泡，会得出什么样的结论，以及为什么这样得出的结论不具有普遍性。7、交流与合作：将实验结论与同学进行交流，看是否一致。（二）实验中的注意事项与误差分析【易错点】1、连接电路时，开关必须断开。这是为了防止连接过程中出现意外短路而损坏器材，也便于操作。2、要先用大量程进行试触，确定电流方向正确且电流大小在安全范围内后，再接入合适的量程。3、读数时要正视刻度盘，不能斜视，否则会产生读数误差。4、实验结论的得出必须建立在多次测量的基础上，换用不同规格的灯泡是为了避免偶然性，使结论更具普遍性。5、在并联电路实验中，测量支路电流时，如果将电流表拆下，再去测量另一条支路，会导致电路状态发生改变。因此，更严谨的做法是使用三只电流表同时接入电路进行测量。六、思维方法拓展与跨学科视野【培优提升】（一）类比法的运用电流的概念比较抽象，可以类比生活中熟悉的水流来帮助理解。水路中，水泵提供水压，水管是路径，水流的大小类似于电流，水流量类似于电荷量。串联电路相当于一条河道上没有分叉，每一处的水流量必须相等。并联电路则相当于一条主河道分成多条支流，主河道的水量等于各支流水量之和。通过这种类比，可以将抽象的物理规律转化为直观的物理图景，加深理解。（二）守恒思想的渗透并联电路中干路电流等于各支路电流之和，这一规律本质上体现了电荷守恒定律。电荷既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一个物体转移到另一个物体，或者从物体的一部分转移到另一部分。在电路的节点处，单位时间内流入节点的电荷量，必然等于流出该节点的电荷量。将守恒思想引入电学分析，是解决复杂电路问题的一种高层次思维方式。（三）数学比例法的应用在处理并联电路电流分配问题时，比例法是一种非常高效的工具。当两个电阻R1和R2并联时，它们两端的电压U相等，根据欧姆定律I等于U除以R，可以推导出I1比I2等于R2比R1。这个比例关系可以帮助我们快速求解支路电流，尤其是在选择题和填空题中，能极大地简化计算过程。（四）工程视角的引入在现代电子设备中，电路的设计需要考虑电流的承载能力。印制电路板上的导线宽度，决定了它能安全通过的最大电流，如果电流过大，导线会因过热而烧毁。在设计集成电路时，工程师必须精确计算每个部分的电流，确保晶体管和金属互连线工作在安全范围内，这直接关系到芯片的性能和寿命。了解这些工程应用，能激发学习兴趣，也为未来深入学习相关专业打下基础。七、考点聚焦与解题策略【应试技巧】（一）高频考点速览1、电流表的使用与读数：几乎每次考试必考，包括量程的选择、连接方式、读数方法。2、串并联电路电流规律的应用：通过已知电流求未知电流，或判断电路连接方式。3、电路图与实物图的互画：特别是含有电流表的电路，要求能根据电路图连接实物图，或根据实物图画电路图。4、简单电路故障分析：根据电流表示数判断断路或短路。（二）解题步骤与规范对于电流相关的电路计算题，建议遵循以下步骤：1、审题识图：首先看清电路图，判断用电器是串联、并联还是混联。用节点法或去表法将电流表视为导线，简化电路，明确各部分的连接关系。2、确定对象：分析每个电流表是与哪一部分用电器串联的，即明确其测量对象。3、依据规律：根据串并联电路的电流规律，列出等式关系。对于串联电路，直接可得各处电流相等；对于并联电路，有I总等于I1加I2。4、代入求解：将已知数据代入关系式，注意单位统一，计算出未知量。5、检验结果：检查计算结果是否合理，是否符合电路的实际情况。（三）易错点警示【考前必看】1、在并联电路中，误认为通过各支路的电流也相等。这是不对的，只有在各支路电阻相等时，支路电流才相等。2、误将电流表与用电器并联。这是严重违反操作规范的行为，会导致短路。3、读数时忘记看量程和分度值。不同量程下，同一指针位置代表的电流值是不同的。4、分析电路故障时，思维不全面。例如，电流表示数为零，可能的原因是断路，也可能是电流表本身被短路，需要结合其他电表示数综合判断。5、在连接实物图时，导线交叉连接或连接线未接在接线柱上。实物图连接要求导线要画在接线柱上，且电路要整洁、清晰。八、经典例题精析例题1：在如图所示的串联电路中，已知通过L1的电流为0.3A，若将电流表与L2并联，会发生什么现象？此时若将完好的电流表串入电路，其示数是多少？分析与解答：电流表内阻极小，若与L2并联，相当于用一根导线将L2短路。此时，电流将从正极出发，经开关、电流表、L1直接回到负极。由于电路中只有L1一个用电器，总电阻变小，电流会变大，可能超过0.3A。若L1的规格能承受此电流，则电路仍通，但L2不发光。若L1不能承受，则可能烧坏L1或电流表。此时若将电流表正确串联接入，由于电路结构未变，仍是L1和L2串联，因此电流处处相等，电流表示数应为0.3A。本题重点考查了电流表的正确使用和串联电路电流规律。例题2：如图所示电路，当开关S闭合后，A1的示数为0.5A，A2的示数为0.2A，则通过L1的电流是多少安？通过L2的电流是多少安？分析与解答：首先识别电路。分析可知，电流从正极流出，在节点处分为两路：一路经L1，另一路经L2。因此L1和L2是并联。A1串联在干路上，测量干路总电流，所以I总等于0.5A。A2与L2串联在一条支路上，测量通过L2的电流，所以I2等于0.2A。根据并联电路电流规律，I总等于I1加I2，因此通过L1的电流I1等于I总减I2，即0.5A减0.2A等于