第6节 电学与电磁学

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考点一 电学

一、基本概念

1．电压

电压也称作电势差或电位差，是衡量单位电荷在静电场中由于电势不同所产生的能量差的物理量。电压是推动电荷定向移动形成电流的原因。电流之所以能够在导线中流动，也是因为在电流中有着高电势和低电势之间的差别。这种差别叫电势差，也叫电压。换句话说，在电路中，任意两点之间的电位差称为这两点的电压。通常用字母U代表电压。

2．电阻

电阻表示导体对电流阻碍作用的大小，通常用“R”表示。导体的电阻越大，表示导体对电流的阻碍作用越大，反之亦然。导体电阻值的大小一般与温度、材料、长度、横截面积有关。不同的导体，电阻一般不同，电阻是导体本身的一种特性。

3．电流

电流是指电荷的定向移动。电源的电动势形成了电压，继而产生了电场力，在电场力的作用下，处于电场内的电荷发生定向移动，形成了电流。电流的大小称为电流强度（简称电流，符号为I），是指单位时间内通过导线某一截面的电荷量。正电荷流动的方向为电流方向。

二、电路的组成

电路就是用导线把电源、用电器、开关连接起来组成的电流路径。其中电源是向电路提供持续电流的装置；用电器是利用电流工作的设备；导线是用来连接电源和用电器的，其作用是传输电流；开关是控制用电器和电源的通断。可见，对于电路的组成，这四大元件缺一不可。

三、电路的三种状态

（1）通路：接通的电路叫通路。这时，电路是闭合的，且处处有持续的电流。

（2）断路：断开的电路叫断路。这时电路某处断开了，电路中就没有了电流。

（3）短路：直接用导线把电源的两极（或用电器的两端）连接起来的电路叫短路。

四、电路的两种连接方式：串联和并联

把元件逐个顺次连接起来的方式叫串联；把元件并列地连接起来的方式叫并联。串联电路和并联电路是最基本的电路。

1．判断电路连接方式的常用方法

（1）元件连接特点法：分析电路中元件的连接方式，逐个顺次连接的是串联，并列接在电路两点的是并联。

（2）电流法：从电源的正极出发，沿电流方向观察，如始终沿一条线路流动并回到电源的负极，则电路是串联；若电流流到某分支点，分成两条（或若干条）支路流经各点元件后又汇合一点，流回到电源负极，则电路为并联。

（3）元件开路法：若把电路中的任一元件断开，其他元件就没有电流通过，则电路是串联的；若把电路中的任一元件断开，其他元件仍有电流流过，则电路是并联。

（4）特征法：根据电路中各元件的工作特征分析判断。若电路中有一个元件烧断，其他元件都不能工作，即电路中各元件工作互相影响，彼此制约，则该电路为串联电路；若电路中有一个元件烧断，其他元件仍能照常工作，即电路中各元件工作互不影响则该电路为并联电路。

例如，马路上的路灯，其中一盏灯烧坏了，其他灯仍能正常工作，这说明各盏灯之间互相独立，互不影响，则可判断这些灯是并联。

2．串联电路和并联电路的特点

（1）串联电路：电流只有一条通路，只要有一点断开，整条电路都断开；电路两端的总电压，等于各个串联电阻的电压之和；电路上各点的电流强度相等；电路的总电阻等于各个电阻之和。

电流：I=I1=I2 电压：U=U1+U2 电阻：R=R1+R2

（2）并联电路：电流有多条通路，即使有一条通路断开，也不影响其他通路；各条支路两端的电压相等；干路的总电流等于各支路电流之和；电路的总电阻的倒数等于各支路电阻倒数之和。

电流：I=I1+I2 电压：U=U1=U2

电阻：

如果n个阻值相同的电阻并联，则有。

考点二 电磁学

一、磁场

（1）磁场：磁体周围存在的一种看不见、摸不着，能够使磁针偏转的物质。磁极间的相互作用就是通过磁场发生的。

（2）磁场方向：放在磁场中某点的小磁针静止时北极所指的方向就是该点的磁场方向。

（3）基本性质：磁场对放入其中的磁体产生力的作用。

二、电流的磁效应

（1）通电导线的周围有磁场，磁场的方向跟电流方向有关，这就是电流的磁效应。（如下图1）

（2）通电螺线管的磁场：通电螺线管的磁场与条形磁体相似，它也有N、S极，它的N、S极与螺线管上电流的方向有关，可以用安培定则来判断。

安培定则：用右手握住螺线管，让四指指向螺线管中电流的方向，则大拇指所指的那端就是螺线管的N极。（如下图2）

三、电磁感应

（1）电磁感应现象是指放在变化磁通量中的导体，会产生电动势，此电动势称为感应电动势或感生电动势；若将此导体闭合成一回路，则该电动势会驱使电子流动，形成感应电流。

（2）感应电流的方向与导体做切割磁感线运动的方向和磁感线方向有关。

（3）产生感应电流的条件：电路必须是闭合的；部分导体在磁场中做切割磁感线运动。

四、楞次定律

楞次定律是一条电磁学的定律，其可确定由电磁感应而产生的电动势的方向。

楞次定律的表述可归结为：“感应电流的效果总是反抗引起它的原因。”如果回路上的感应电流是由穿过该回路的磁通量的变化引起的，那么楞次定律可具体表述为：“感应电流在回路中产生的磁通量总是反抗（或阻碍）原磁通量的变化。”

五、电磁铁

1．电磁铁的工作原理

电磁铁是内部插有铁芯的螺线管，当通电螺线管插入铁芯后，由于铁芯被磁化，产生了与原螺线管磁场方向一致的磁场，因而它的磁性比原来强得多。电磁铁就是利用电流的磁效应和通电螺线管中插入铁芯使磁性大大增强的原理工作的。

2．电磁铁磁性强弱的影响因素

影响电磁铁磁性强弱的因素有电流的大小、线圈匝数、有无铁芯等。线圈匝数一定时，电流越大，磁性越强；结构相同的电磁铁，电流一定，线圈匝数越多，磁性越强。有铁芯时比无铁芯磁性强。

真题示例

1．（上海2020B）下图为远距离输电线路示意图，若发电机的输出电压不变，下列叙述中正确的是（　）。

A．当用户用电器的总电阻减少时，输出线上损失的功率增大

B．升压变压器的输出电压等于降压变压器输入电压

C．输电线中的电流只有升压变压器原、副线圈的匝数比绝定

D．升压变压器的原线圈中的电流与用户电器设备消耗的功率无关

[解析] 本题考查物理学中的电学。变压器输入功率、输入电流的大小是由次级负载消耗的功率大小决定的，选项C、D错误。用户的总电阻减小，消耗的功率增大，输电线电流增大，线路损失功率增大，A项正确，升压变压器的输出电压等于输电线路电阻上损失电压加上降压变压器输入电压，B项错误。因此，选择A选项。

2．（上海2019A）在某种核反应堆中，是靠熔化的钠来传递核燃烧产生的热量的，抽动液态钠的“泵”的传动部分不允许和钠接触，因此常使用一种称为“电磁泵”的机械。如图所示为这种泵的结构，N、S为磁铁的两极，C为在磁场中的耐热导管，熔融的钠从其中流过，v为钠的流动方向，要使钠液加速，加在导管中钠液的电流方向应为（　）。

A．由上流向下

B．由下流向上

C．逆着v的方向

D．顺着v的方向

[解析] 安培力向内，磁场方向向右，根据左手定则，电流由下向上，故B正确。

3．（上海2016B）如图是煤气泄漏报警装置原理图，R1是对煤气敏感的半导体元件，其电阻随煤气浓度的增加而减小，R2是一可变电阻，在ac间接12V的恒定电压，bc间接报警器，当煤气浓度增加到一定值时报警器发出警告。对此，下列说法正确的是（　）。

A．减小R2的阻值，b点的电势升高

B．当煤气的浓度升高时，b点的电势降低

C．适当减小ac间的电压，可以提高报警器的灵敏度

D．调节R2的阻值能改变报警器启动时煤气浓度的临界值

[解析] 在电路中，电流由电势高的正极流向电势低的负极。每流经电阻R，沿电流的方向电势降低，降低的数值等于IR，端电压=总电势-内阻分压。A项，减小R2的阻值，总阻值变小，而电压恒定，根据欧姆定律，电流变大，因此电流通过R1后，电势降得就多了，b点的电势降低，故A项说法错误。B项，当煤气的浓度升高时，R1阻值变小，总电阻变小，电流变大，bc间电压变大，故b点的电势升高，B项说法错误。C项，当煤气浓度增大时，R1阻值减小，电流增大，当电流增大到一定值时，报警器开始报警，故应该适当增加ab间的电压，才可以提高报警器的灵敏度，C项说法错误。D项，报警器的电流临界值是一定的，电压一定，说明当报警器报警时电路的电阻达到一个恒定的值，调节R2的阻值，就可以改变报警器报警时R1的阻值，煤气浓度的临界值相应改变，D项说法正确。故本题选D。