人教版物理必修第三册(新教材)全册知识点与考点整理#
教材:人教版高中物理必修第三册(2019版)
九章结构:电场 → 电路 → 磁 → 电磁感应 → 交变电流 → 传感器
说明:★ = 必考高频考点;⚠ = 常见易错点;解题思路部分给出通用套路。
第一部分 静电场(第一、二、三章)★ 高考重点#
第一章 静电场及其应用#
1.1 电荷#
- 两种电荷:正电荷(丝绸摩擦玻璃棒,玻璃棒带正电)、负电荷(毛皮摩擦橡胶棒)。
- 电荷量单位 C(库仑),元电荷 e = 1.60×10⁻¹⁹ C,所有带电体电荷量都是 e 的整数倍(电荷量子化)。
- 三种起电方式:摩擦起电、接触起电、感应起电。本质都是电子的转移(不是创造电荷)。
- 电荷守恒定律:电荷既不能创生也不能消灭,只能从一个物体转移到另一个物体,或从物体的一部分转移到另一部分,总量保持不变。
- 电荷分配(接触起电):两个完全相同的小球接触后,电荷先中和再均分。
- 例:A 带 +3Q,B 带 −Q,接触后各带 (3Q − Q)/2 = +Q。
- 比荷:电荷量与质量之比 q/m,是带电粒子的重要属性。
- 验电器、静电计原理:同种电荷相斥。
易错点 ⚠
- 摩擦起电的"电"是电子转移,正电荷不移动(金属导体中是自由电子移动)。
- 电荷量不是无限可分的,一定是 e 的整数倍(但计算题中可近似不写整数倍)。
- 两个球接触后"先中和再均分",若原电荷同号则直接平分。
高考考点/考频/重难点分析
- 考频:低频。电荷守恒、元电荷多作为选择题选项或综合题背景出现(与库仑定律、电场强度联动)。
- 常见题型:选择题(判断起电方式、电荷守恒、感应起电的电荷分布)。
- 重难点:①接触起电"先中和后均分"的定量计算(两球完全相同才可直接均分);②感应起电中近端带异号、远端带同号;③元电荷 e 是电荷量的最小单位(电荷量子化)。
1.2 库仑定律 ★#
- 内容:真空中两个静止点电荷之间的相互作用力,与电荷量的乘积成正比,与距离平方成反比,方向沿连线。
- 公式:F = kq₁q₂/r²,k = 9.0×10⁹ N·m²/C²(静电力常量)。
- 适用条件:①真空(空气中近似)②点电荷(带电体自身大小远小于距离)。
- 方向:同种电荷排斥、异种电荷吸引,方向沿两电荷连线。
- 库仑力符合牛顿第三定律:F₁₂ = F₂₁。
解题思路
- 判断是否可用库仑定律:距离远大于带电体尺寸 → 点电荷。
- 多个点电荷的库仑力:矢量合成(平行四边形定则)。
- 三电荷平衡问题(两同夹异、两大夹小、近小远大):
- 三个电荷只在库仑力作用下平衡时,必为"两同号夹一异号",且中间的异号电荷电荷量最小。
- 求解套路:对中间电荷列平衡方程,再对两边任一电荷列方程联立。
- 动态问题:库仑力随距离变化 → 结合受力分析。
易错点 ⚠
- 库仑力与距离平方成反比——距离减半,力变为 4 倍,不是 2 倍。
- 公式中的 r 是两电荷球心间距离;均匀带电球体可视为电荷集中于球心的点电荷(r 为球心距)。
- 计算时只算大小,方向单独判断(不要带符号算)。
- 库仑力是性质力,受力分析时要画进去;两电荷间库仑力等大反向(牛顿第三定律),不能认为电荷量大的一方受力大。
高考考点/考频/重难点分析
- 考频:中频~高频。库仑定律与受力分析结合(三电荷平衡、动态平衡)是选择题/计算题常客;2024–2026 年多省卷(浙江、福建、湖南、湖北等)以库仑力为基础命制带电体平衡与运动题。
- 常见题型:选择题(三电荷平衡、库仑力与重力/弹力/摩擦力平衡、库仑力随距离变化)、计算题第(1)问(求库仑力、临界状态)。
- 重难点:①三电荷平衡(两同夹异、两大夹小、近小远大)及中间电荷电荷量最小——直接可秒杀选择题;②库仑力参与的多力平衡(正交分解);③动态平衡(两球悬挂、距离变化,用相似三角形法)。
1.3 电场、电场强度 ★#
- 电场是电荷周围客观存在的特殊物质,对放入其中的电荷有力的作用(电场的基本性质)。
- 电场强度:描述电场强弱和方向的物理量。
- 定义式:E = F/q(任何电场适用;q 为试探电荷,E 与 F、q 无关)
- 点电荷场强:E = kQ/r²(Q 为场源电荷)
- 匀强电场:E = U/d(d 为沿电场方向距离)
- 方向:正电荷受电场力方向即电场方向。
- 电场线:
- 从正电荷(或无穷远)出发,终止于负电荷(或无穷远),不闭合。
- 电场线不相交、不相切。
- 疏密表示强弱:密 → 强。
- 沿电场线电势降低。
- 匀强电场的电场线:平行等距的直线。
- 电场叠加:多个电荷产生的场强用矢量叠加(平行四边形定则)。
解题思路
- 求某点场强:确定场源 → 逐个电荷算 E = kQ/r² → 矢量合成。
- 等量同种/异种电荷连线及中垂线上的场强变化(对称性分析,画图)。
- E−x 图像、φ−x 图像(后面 φ−x 斜率 = 场强):读图能力是高频考点。
易错点 ⚠
- E = F/q 是比值定义式,E 与试探电荷 F、q 无关——不能说"E 与 F 成正比、与 q 成反比"。
- 场强是矢量,叠加必须矢量合成,不能代数相加。
- 电场线是假想的(理想模型),实际不存在;电场线不是电荷的运动轨迹(除非电场线是直线且电荷初速度为零或沿直线)。
- 点电荷场强 E = kQ/r² 中,r→0 时 E→∞ 不成立(电荷不能视为点电荷)。
- 在两点电荷连线的中点,等量同种电荷场强为零(矢量抵消),但电势不一定为零(等量异种电荷连线中点电势为零,场强不为零)。
高考考点/考频/重难点分析
- 考频:高频。场强叠加、电场线分析是选择题必考;"对称法/等效法/割补法"求场强为近年新趋势。
- 常见题型:选择题(等量同/异种电荷连线及中垂线场强变化、电场线疏密定强弱、E−x 图像)、计算题(场强叠加)。
- 重难点:①等量同种/异种电荷连线和垂直平分线上的场强变化规律(对称点场强等大、方向相反/相同)——图像题核心;②E−x 图像(斜率=场强,面积=电势差);③场强叠加的对称法(挖补法求带电圆弧/缺口的场强)。
1.4 静电的防止与利用#
- 静电平衡:导体内部场强处处为零(合场强为零),导体是等势体,表面是等势面。
- 尖端放电、静电屏蔽(导体壳屏蔽外电场,接地屏蔽内电场)。
- 静电复印、静电除尘、静电喷涂等应用。
高考考点/考频/重难点分析
- 考频:低频。静电平衡、静电屏蔽多作为选择题选项出现(新高考命题偏好生活科技情境,如避雷针、静电吸附、静电除尘)。
- 常见题型:选择题(静电平衡时内部场强为零、导体表面电荷分布、尖端放电现象、静电屏蔽应用)。
- 重难点:①静电平衡导体内部合场强为零(不是无电场);②导体表面曲率越大电荷越密、场强越大(尖端放电原理);③接地导体的电势为零(电荷流向与中和)。
第二章 静电场中的能量 ★#
2.1 电势能、电势#
- 静电力做功特点:与路径无关,只与始末位置有关(保守力)→ 静电力是保守力。
- 电势能 Eₚ:电荷在电场中具有的势能。
- 静电力做正功 → 电势能减少;做负功 → 电势能增加(类比重力做功)。
- 电势能是相对的,需规定零势能面(通常取无穷远处为零)。
- 电势 φ:φ = Eₚ/q(比值定义)。沿电场线方向电势降低。
- 电势是标量,有正负。
- 等势面:电势相等的点构成的面。
- 等势面与电场线处处垂直。
- 等势面密的地方场强大。
- 等差等势面(相邻等势面电势差相同)。
- 电场中某点的电势由场源电荷和该点位置决定,与试探电荷无关。
解题思路
- 电势能比较:看电场力做正功还是负功(做功法最常用)。
- 电势高低比较:沿电场线方向降低;正电荷电势能大处电势高,负电荷反之。
- 等势面与电场线垂直 → 已知等势面可画电场线,进而判断场强方向。
易错点 ⚠
- 电势是标量,比较大小看代数值(−5 V > −10 V)。
- 正电荷在电势高处电势能大;负电荷在电势高处电势能小(正反要分清楚)。
- 电势能为负表示比零势能面低,不代表没有电势能。
- 场强为零处电势不一定为零(等量同种电荷连线中点);电势为零处场强不一定为零(等量异种电荷连线中点)。
高考考点/考频/重难点分析
- 考频:高频。电势/电势能比较是选择题必考;常与图像(φ−x、Eₚ−x、v−t)结合。
- 常见题型:选择题(沿电场线电势变化、正负电荷电势能比较、等势面判断、做功与电势能变化)、计算题第(1)问(求电势差/电势能变化)。
- 重难点:①电势能比较的三种方法(做功正负、Eₚ = qφ、能量守恒);②等势面与电场线垂直、等差等势面疏密定场强;③φ−x 图像斜率=场强(正负方向判断易错)。
2.2 电势差 ★#
- 定义:U_AB = φ_A − φ_B(A 到 B 的电势差)。
- U_AB = W_AB/q(电场力做功与电荷量之比,比值定义)。
- 静电力做功:W_AB = qU_AB(适用于一切电场!这是最常用的公式)。
- U_AB = −U_BA。
解题思路
- 求做功:W = qU(电场)或 W = qEd(匀强电场沿电场方向)。
- 注意符号:先规定正方向或直接用正负号代入(电荷正负 × 电势差正负)。
易错点 ⚠
- U_AB 与 W_AB/q 中正负号处理:W 和 q、U 都带符号代入计算,结果的正负自动正确。
- 电场力做负功,电势能增加,U 和 φ 的符号要一致。
高考考点/考频/重难点分析
- 考频:高频(W = qU 是电场计算的核心桥梁,几乎所有电场计算题都会用到)。
- 常见题型:选择题(比较电势差大小、判定电势高低)、计算题(求电场力做功、电势差、结合动能定理)。
- 重难点:①W = qU 中三个量均带符号的代入技巧(先定方向再算大小可避免错号);②电场力做功与路径无关的运用(非匀强电场也能用 W = qU);③与动能定理结合:qU = ΔEₖ + ΔEₚ(含重力时)。
2.3 匀强电场中电势差与电场强度的关系 ★#
- E = U/d(d 是沿电场方向的距离,不是两点间距离)。
- U = Ed,仅适用于匀强电场。
- 推论:匀强电场中,同一等势面(垂直于电场线的平面)上各点电势相等;任意两点连线中点的电势等于两端点电势的平均值。
- 等分法求电势:匀强电场中,沿任意方向电势均匀变化 → 用比例法(等分点)求某点电势。
解题思路(等分法/几何法)
- 已知三角形/矩形三个顶点电势,求第四点或某点电势:用"任意方向电势均匀变化"找等分点。
- 由电势分布求场强:先找等势面(电势相等的点连线),再作垂线得电场方向,E = U/d。
易错点 ⚠
- E = U/d 中 d 必须是沿电场方向的距离(两等势面间垂直距离)。
- 电势沿电场方向降低最快(场强方向是电势降低最快的方向)。
- 匀强电场中电场线均匀,电势均匀变化——但只有沿同一方向才均匀。
高考考点/考频/重难点分析
- 考频:高频。等分法求电势、E = U/d 与几何结合是选择题/计算题的常客(全国卷、新高考卷均多次出现)。
- 常见题型:选择题(已知三点电势求场强方向/大小、等分法求未知点电势、等势面与轨迹结合)、计算题(匀强电场中粒子运动的场强求解)。
- 重难点:①等分法(匀强电场电势均匀变化,用比例找等分点)是求电势/场强方向的"利器";②场强方向与等势面垂直且指向电势降低方向;③E = U/d 与几何关系(直角三角形、投影)结合。
2.4 电容 ★#
- 电容:电容器容纳电荷的本领。C = Q/U(比值定义,C 与 Q、U 无关,由电容器本身决定)。
- 单位:法拉 F,1 F = 10⁶ μF = 10¹² pF。
- 平行板电容器:C = εS/(4πkd)(ε 为介电常数,S 为正对面积,d 为板间距)。
- 两个典型问题:
- Q 不变(断开电源,电荷不变):C 变化 → U = Q/C 变化;E = U/d = Q/(Cd) ∝ Q/(εS),即 E 与 d 无关,只与电荷面密度有关。
- U 不变(始终接电源):C 变化 → Q = CU 变化;E = U/d 变化。
- 电容器充放电:充电时电荷量增加,板间电压升高;放电相反。
解题思路
- 先判断"Q 不变"还是"U 不变"(断电源 vs 接电源)。
- 用 C = εS/(4πkd) 判断 C 变化 → 用 Q = CU 或 U = Q/C 判断另一个量 → 用 E = U/d 判断场强。
- 动态分析口诀:接电源 U 不变,断电源 Q 不变。
易错点 ⚠
- C = Q/U 是比值定义,C 不由 Q、U 决定。
- 平行板电容器插入电介质:ε 增大 → C 增大。
- 断电源时插入电介质/增大 S:Q 不变,C 增大 → U 减小 → 但 E = Q/(εS) 要具体分析。
- 静电计测的是电压 U(指针偏角反映电势差),不是电荷量——读题注意。
高考考点/考频/重难点分析
- 考频:中频~高频。平行板电容器动态分析是选择题必考点(2024–2026 多省卷连续出现,如山东、广东、浙江等)。
- 常见题型:选择题("接电源 U 不变 / 断电源 Q 不变"两种情形下的 C、Q、U、E 变化,静电计偏角,带点微粒受力/运动,P 点电势能变化)。
- 重难点:①先判断"Q 不变"还是"U 不变"——这是全部动态分析的起点(口诀:接电源 U 不变、断电源 Q 不变);②断电源时 E 只与电荷面密度 σ = Q/S 有关(E = σ/ε),板距变化 E 不变;③电容器与带电体(微粒平衡/运动)综合,注意受力分析。
第三章 带电粒子在电场中的运动 ★★(必考)#
3.1 电场中的受力与平衡#
- 受力:重力(一般要考虑,除非题中说明忽略)、电场力 F = qE。
- 平衡问题:三力平衡用平行四边形/正交分解法。
解题思路
- 受力分析 → 平衡方程(正交分解沿水平和竖直)。
- 带电小球悬挂在匀强电场中偏转:tanθ = qE/mg。
3.2 带电粒子在电场中的加速(直线运动)★#
- 粒子在匀强电场中做匀加速直线运动(初速度为零或沿电场方向)。
- 动能定理:qU = ½mv² − ½mv₀²(U 为初末位置电势差,适用于一切电场)。
- 非匀强电场也适用动能定理(qU 做功公式)。
解题思路
- 优先用动能定理 qU = ΔEₖ,无需知道电场具体分布。
- 匀强电场中也可用牛顿第二定律 + 运动学公式。
3.3 带电粒子在电场中的偏转(类平抛)★★#
- 条件:粒子垂直进入匀强电场(不计重力)。
- 运动分解:
- 水平方向:匀速直线运动,x = v₀t,t = L/v₀。
- 竖直方向:初速度为零的匀加速运动,a = qE/m = qU/(md)。
- 核心公式:
- 偏转位移(出电场时):y = ½at² = qUL²/(2mdv₀²)
- 偏转角:tanθ = v_y/v₀ = qUL/(mdv₀²)
- 关系:y = (L/2)·tanθ(粒子好像从电场中点沿直线射出——重要结论!)
- 出电场后的匀速直线运动:延长线交于入射点与出射点连线的中点。
解题思路
- 明确研究对象 → 判断是否计重力("电子、质子、α 粒子、离子"一般不计重力;"微粒、油滴、液滴、小球"一般要计重力)。
- 类平抛三件套:分解 → 列时间相等 → 求 y 和 tanθ。
- 求打到屏上的位置:屏上偏移 = y + L'·tanθ(L' 为出电场到屏的距离)。
- 带电粒子能否飞出电场:比较 y 与板间半高。
- 示波管原理:偏转电压改变 → 荧光屏上光点位置变化(U_y 正比于偏移)。
易错点 ⚠
- 忽略重力与否判断错误——题干出现"微粒/油滴/小球"要考虑重力。
- 偏转位移 y 和偏转角 tanθ 公式中 L 是极板长度,注意与板间距 d 区分。
- 计算时注意 v₀ 从动能定理 qU₀ = ½mv₀² 求得(加速电压 U₀)。
- y 与 U(偏转电压)成正比,与 U₀(加速电压)成反比:y = UL²/(4U₀d)。
- 类平抛中时间 t = L/v₀,不是 L/(v₀ + Δv)。
- 带电粒子轨迹切线方向 = 速度方向 = 电场力方向(若只受电场力且电场线是直线)。
高考考点/考频/重难点分析
- 考频:极高(必考)。带电粒子在电场中的偏转(类平抛)近三年(2024–2026)在浙江、山东、湖北、辽宁、江苏、福建、黑吉辽蒙等大量省份卷中作为选择题或计算题出现,是电磁学第一大考点。
- 常见题型:选择题(类平抛规律、偏转位移/偏转角比较、功能关系)、计算题(加速+偏转组合、示波管模型、临界飞出/恰好打板、交变电场中的偏转)。
- 重难点:①"化曲为直"分解(水平匀速、竖直匀加速)与等时性;②加速-偏转组合体的"灵敏度" y/U(与 U₀ 成反比);③能否飞出电场的临界(y = d/2);④交变电场中的偏转(分段处理、v−t 图像);⑤功能关系(动能定理 qU = ΔEₖ)与类平抛的融合。
3.4 静电场综合(图像与能量)#
- φ−x 图像:斜率 = 场强 E(斜率为正表示场强沿 −x 方向)。图像陡 → 场强大。
- E−x 图像:面积 = 电势差。
- Eₚ−x 图像:斜率 = −F(电场力)。
- v−t 图像:斜率 = 加速度 → 判断场强变化和受力。
解题思路
- 图像题:先看横纵轴(φ、E、Eₚ),用"斜率/面积"的物理意义转化。
- 能量守恒:动能 + 电势能 + 重力势能 = 常量(只有电场力做功时,动能 + 电势能守恒)。
- 电势能与动能转化的判定:电场力做正功,电势能减少。
高考考点/考频/重难点分析
- 考频:高频(图像与能量综合是近年新高考的命题热点,2024–2026 多省卷出现 φ−x / Eₚ−x / v−t 图像题)。
- 常见题型:选择题(φ−x 斜率定场强、Eₚ−x 斜率定力、轨迹与等势面结合判断粒子的运动/能量变化)。
- 重难点:①φ−x 图像:斜率 = 场强(正负号表示方向,陡缓表示大小);②Eₚ−x 图像:斜率 = −电场力;③E−x 图像:面积 = 电势差;④由轨迹弯曲方向判受力(轨迹夹在速度与力之间,力指向轨迹凹侧)→ 判电场方向、电势高低、能量变化。
第二部分 恒定电流(第四、五章)★ 必考#
第四章 电路及其应用#
4.1 电流#
- 定义:I = q/t(单位时间通过导体横截面的电荷量),单位 A。
- 微观表达式:I = nqSv(n 为单位体积自由电子数,S 为横截面积,v 为自由电子定向移动速率)。
- 电流方向:正电荷定向移动方向(与电子移动方向相反)。
- 直流电、恒定电流:方向、大小不随时间变化。
易错点 ⚠
- 电流是标量,但有方向(正电荷定向移动方向),不满足矢量合成。
- 电子定向移动速率很小(约 10⁻⁴ m/s),与"电信号传播速度(光速量级)"不同。
- q 是通过横截面的总电荷量(正负电荷都要算,反向移动要相加)。例:1 s 内有 1 C 正电荷和 1 C 负电荷相向通过截面,I = 2 A。
高考考点/考频/重难点分析
- 考频:低频~中频。电流定义与微观表达式(I = nqSv)常在选择题/填空出现(与电磁感应中的感应电流微观理解结合)。
- 常见题型:选择题(电流定义、电子定向移动速率计算、q 的取值)、综合题中的小问。
- 重难点:①I = q/t 中 q 是所有载流子总电荷(正负相向运动要相加);②I = nqSv 的推导(一段导体体积 n·S·v·t);③区分定向移动速率与漂移速率、电信号速率。
4.2 电阻、电阻定律#
- 电阻:R = U/I(比值定义,R 与 U、I 无关)。
- 电阻定律:R = ρL/S(ρ 为电阻率,只与材料和温度有关)。
- 电阻率:ρ = RS/L。金属电阻率随温度升高而增大;半导体随温度升高而减小;超导体:温度低于临界温度时电阻为零。
- 单位换算:1 kΩ = 10³ Ω,1 MΩ = 10⁶ Ω。
易错点 ⚠
- R = U/I 是定义式,不能说"R 与 U 成正比、与 I 成反比"。
- 电阻定律中 L 是沿电流方向长度,S 是垂直于电流方向的横截面积。
- 同种材料导体的电阻与 L 成正比、与 S 成反比——长度减半、横截面积加倍,电阻变为 1/4。
- 欧姆定律 I = U/R 适用于纯电阻(金属、电解液),不适用于气体导电和半导体(非线性)。
高考考点/考频/重难点分析
- 考频:中频。电阻定律多与电学实验(测电阻率、伏安法)结合;欧姆定律/伏安特性曲线常在选择题出现(含非线性元件)。
- 常见题型:选择题(电阻率与温度关系、电阻定律比较、I−U 图像非线性元件读数)、实验题(测金属丝电阻率)。
- 重难点:①非线性元件某点电阻 = 该点 U/I(不是切线斜率);②电阻率 ρ 与温度关系(金属升高、半导体降低、超导临界);③电阻定律与几何形变(拉伸/均匀拉长电阻变化)计算。
4.3 欧姆定律、伏安特性曲线#
- 欧姆定律:I = U/R(部分电路,纯电阻)。
- I−U 图线(伏安特性曲线):
- 直线 → 线性元件(R 恒定,斜率 = 1/R)。
- 曲线 → 非线性元件(斜率 = 某点电阻的倒数,注意是该点切线的倒数值对应的电阻要按 R = U/I 用该点的 U、I 算)。
- 小灯泡的 I−U 曲线:随电压增大,灯丝温度升高,电阻增大,曲线变平缓(斜率减小)。
易错点 ⚠
- 非线性元件某点电阻 = U/I(该点坐标比值),不是切线斜率。
- 二极管正向导电、反向截止(单向导电性)。
- 气体导电不遵守欧姆定律。
4.4 串并联电路 ★#
- 串联:I 相等;U = U₁ + U₂;R = R₁ + R₂;电压按电阻正比分压 U₁/U₂ = R₁/R₂。
- 并联:U 相等;I = I₁ + I₂;1/R = 1/R₁ + 1/R₂;电流按电阻反比分流 I₁/I₂ = R₂/R₁。
- 并联电阻特点:总电阻小于任一电阻;n 个相同电阻 R 并联总电阻为 R/n。
- 串联分压、并联分流是电表改装的基础。
易错点 ⚠
- 并联总电阻越并越小,且小于其中最小者。
- 混联电路要先找清楚串并联关系(等电位点合并法)。
- 并联支路中某电阻增大 → 总电阻增大 → 干路电流减小("串反并同"思想)。
4.5 电表改装(电流表改装)★#
- 表头(电流计 G):满偏电流 I_g、内阻 R_g、满偏电压 U_g = I_gR_g。
- 改装成电压表(大量程):串联一个大电阻 R = U/I_g − R_g。
- 改装成电流表(大量程):并联一个小电阻 R = I_gR_g/(I − I_g)。
- 读数 = 表盘格数 × 分度值;量程与内阻成正比关系。
- 内接法/外接法(伏安法测电阻):
- 外接法:电压表分流 → 测量值偏小;适合小电阻(R << R_V)。
- 内接法:电流表分压 → 测量值偏大;适合大电阻(R >> R_A)。
- 判断:R 与 √(R_A·R_V) 比较。
易错点 ⚠
- 电压表是"串大电阻",电流表是"并小电阻",别记反。
- 内接法测量值 = R + R_A(偏大);外接法测量值 = RR_V/(R + R_V)(偏小)。
- 电表读数要估读(最小分度为 1 的估读到 0.1 位,为 2/5 的估读到 1/5 位等)。
4.6 闭合电路欧姆定律 ★★#
- 电动势 E:电源把其他能转化为电能的本领,由电源本身决定,与电路无关。单位 V。
- 内阻 r:电源内部电阻。
- 闭合电路欧姆定律:I = E/(R + r)(外电路为纯电阻时)。
- 更一般形式:E = U_外 + U_内 = U + Ir。
- 路端电压:U = E − Ir(U 随 I 增大而减小)。
- U−I 图像(电源):纵截距 = E,斜率的绝对值 = r。
- 输出功率:P_出 = UI = I²R = E²R/(R + r)²。
- 当 R = r 时,输出功率最大 P_max = E²/(4r)(外电路为纯电阻时)。
- 效率:η = U/E = R/(R + r)。
解题思路(动态电路分析)
- 判断变量:某电阻增大或减小(滑动变阻器、开关通断)。
- 分析方法:"并同串反"——与变化电阻并联的支路各量变化相同(同增同减),与变化电阻串联的各量变化相反。
- 或逐步推理:外电阻变化 → 总电流变化 → 内电压变化 → 路端电压变化 → 各支路。
- 电源最大输出功率条件 R = r 常考,注意前提"外电路为纯电阻"。
易错点 ⚠
- E 由电源决定,不随外电路变化;U_外 = E − Ir 随外电阻增大而增大(趋于 E)。
- 路端电压 U 与 I 关系:U = E − Ir,图像斜率大小 = r(斜率是 −r)。
- 纯电阻电路 P = UI = I²R = U²/R 都成立;非纯电阻(电动机)P = UI ≠ I²R,只能 P 电 = UI,P 热 = I²R,P 机 = UI − I²R。
- 电源短路时 I = E/r(很大),U = 0;断路时 I = 0,U = E。
- 判断"输出功率是否最大"时注意外电路是否纯电阻(电动机电路不适用 R = r 结论)。
- 含电动机电路:欧姆定律 I = U/R 对电动机不成立,只能对纯电阻部分用。
第五章 电能 电功率#
5.1 电功、电功率#
- 电功:W = UIt(任何电路成立)。
- 电功率:P = UI(任何电路成立)。
- 焦耳定律(电热):Q = I²Rt(任何电路成立)。
- 纯电阻电路:W = Q,P = UI = I²R = U²/R。
- 非纯电阻电路(电动机、电解槽):W > Q,P 电 = P 热 + P 机。
- P 电 = UI,P 热 = I²R,P 机 = UI − I²R;效率 η = P 机/P 电。
易错点 ⚠
- W = I²Rt 和 P = I²R 只用于计算电热,只有纯电阻电路中才等于电功/电功率。
- 非纯电阻电路中 P = UI > I²R,千万不能用 P = U²/R 算(R 不是等效电阻)。
- 电动机启动瞬间(转子卡住)是非纯电阻变纯电阻:I = U/R 很大,容易烧坏——用 P = I²R 解释。
高考考点/考频/重难点分析
- 考频:中频~高频。电功/电功率/电热辨析是选择题常客(含电动机、电解槽、充电电池等非纯电阻元件);也是实验题(测 E、r 涉及功率)的支撑。
- 常见题型:选择题(纯/非纯电阻功率公式选择、电动机效率、电路总功率分配)、计算题(含电动机电路的能量转化)。
- 重难点:①纯/非纯电阻判断与公式选择(P 电 = UI、P 热 = I²R 恒成立;P = U²/R 仅纯电阻);②电动机的输入/输出/热功率三分解;③效率问题(η = P 机/P 电 = U/E 等)。
5.2 电学实验(高考实验大题常考)★#
实验一:测定金属丝的电阻率
- 原理:R = ρL/S,ρ = RS/L = (U/I)·(πd²/4L)。
- 螺旋测微器(千分尺):精度 0.01 mm,估读到 0.001 mm(螺旋上的刻度读数到 0.001)。
- 游标卡尺:精度 0.1/0.05/0.02 mm,不估读。
- 电流表外接(金属丝电阻小)、滑动变阻器限流或分压。
实验二:伏安法测电阻(描绘小灯泡伏安特性)
- 小灯泡电阻小 → 外接法;电压从零开始 → 滑动变阻器分压式接法。
- 分压式:滑片初始在最左(输出电压为零);限流式:滑片初始在阻值最大处。
实验三:测定电池电动势和内阻
- 方法一:U−I 法(电压表+电流表+滑动变阻器),图像截距 = E,斜率 = −r。
- 方法二:U−R 法(电压表+电阻箱)。
- 方法三:I−R 法(电流表+电阻箱)。
- 误差分析:电压表分流 → E 偏小、r 偏小(实际测量的是"电压表并联"后的等效电源);电流表内接 → E 不变(无误差)、r 偏大(r 测 = r + R_A)。
解题思路
- 滑动变阻器接法选择:需要电压/电流从零开始连续调节、或被测电阻远大于变阻器总阻值时用分压式;否则用限流式。
- 电路实物图连接:先串后并,注意电表正负接线柱(电流从正极流入)。
- 读数:电流表、电压表按最小分度估读。
高考考点/考频/重难点分析
- 考频:极高(实验大题必考)。伏安法测电阻/测金属丝电阻率、测电动势和内阻是高考实验题的常青树(2024–2026 多省卷必有一道电学实验大题)。
- 常见题型:实验题(画电路图/连实物图、选器材、读表、数据处理、误差分析)、选择题(电表内接外接、分压限流选择)。
- 重难点:①滑动变阻器分压/限流选择判据(从零调节→分压;测电阻率→限流);②内接/外接与系统误差方向(大内偏大、小外偏小);③测 E、r 的三种电路(U−I、U−R、I−R)及误差(电压表分流→E、r 偏小;电流表内接→r 偏大);④图像法处理数据(截距/斜率物理意义);⑤读数规则与估读、游标卡尺/螺旋测微器读数。
第三部分 磁场与电磁感应(第六、七、八章)★#
第六章 电磁感应与电磁波初步#
6.1 磁场、磁感应强度#
- 磁场:磁体或电流周围存在的特殊物质,对磁极和电流有力的作用。
- 磁感线:从 N 极到 S 极(外部),闭合曲线,不相交;疏密表示强弱。
- 磁感应强度 B:描述磁场强弱和方向。B = F/(IL)(B 与 F、I、L 无关,比值定义)。
- 单位:特斯拉 T,1 T = 1 N/(A·m)。
- 匀强磁场:磁感线平行等距。
- 常见磁场:条形磁铁、蹄形磁铁、通电直导线(右手螺旋定则:拇指指电流方向,四指弯曲指磁感线方向)、环形电流/螺线管(四指绕电流方向,拇指指 N 极)。
易错点 ⚠
- 磁感线是闭合曲线(内部从 S 到 N,外部 N 到 S),与电场线(不闭合)不同。
- B = F/(IL) 中 F 是垂直于磁场方向的力;导线的放置方式影响受力,不影响 B 本身。
- 某点磁场方向 = 磁感线切线方向 = 小磁针 N 极指向 = 静止 N 极受力方向。
高考考点/考频/重难点分析
- 考频:中频。磁场方向判断、安培定则常作为电磁感应、磁场力综合题的铺垫出现;单独命题较少(多与安培力、电磁感应联动)。
- 常见题型:选择题为主(判断磁场方向、磁感线分布、小磁针指向、通电导线磁场叠加),偶有计算题(磁感应强度叠加:B = √(B₁² + B₂²) 等矢量合成)。
- 重难点:①两个电流(同向/反向平行导线)间安培力方向判断——同向相吸、反向相斥(先定磁场再定力,或直接用"同向相吸、反向相斥"结论);②磁感应强度叠加(矢量合成,含对称抵消分析);③区分 B = F/(IL)(比值定义、B 与 F/IL 无关)与 F = BIL(决定力,I⊥B 时)。
6.2 磁通量#
- Φ = BS(S 为垂直磁场方向的投影面积)。
- 单位:韦伯 Wb,1 Wb = 1 T·m²。
- 磁通量是标量,但有正负(与穿入方向有关),注意抵消。
- 磁通量的变化:ΔΦ = Φ₂ − Φ₁(带正负)。
易错点 ⚠
- Φ = BS 中 S 必须是垂直于 B 的投影面积;倾斜平面用 S·sinθ 或分解 B。
- 磁通量与匝数 N 无关(B·S,不乘 N)。
- 穿过曲面的磁通量要看穿入穿出的净效果。
高考考点/考频/重难点分析
- 考频:中频。常作为电磁感应选择题的"前奏"考点(判断磁通量变化→有无感应电流),以及计算题(求磁通量变化量 ΔΦ 用于法拉第定律)的基础。
- 常见题型:选择题(判断磁通量是否变化、比较大小、判定有无感应电流)、计算题第(1)问求 ΔΦ。
- 重难点:①非匀强磁场中磁通量的定性比较(看磁感线疏密与穿过根数);②多匝线圈、双向磁场的合磁通量(代数和);③"磁通量变化率 ΔΦ/Δt"与"磁通量 Φ"的区别(后者大不代表变化率大)。
6.3 电磁感应现象 ★★#
- 产生感应电流的条件:穿过闭合回路的磁通量发生变化。
- 关键:①回路闭合;②磁通量变化(B 变化、S 变化、夹角变化、回路移动等)。
- 感应电流方向判断:楞次定律(增反减同、来拒去留、增缩减扩)。
- 切割磁感线时用右手定则(右手:磁感线穿手心,拇指指运动方向,四指指电流方向)。
- 磁通量不变 → 无感应电流(如导线沿磁感线方向平移)。
解题思路(判断有无感应电流)
- 看回路是否闭合。
- 看磁通量是否变化:B 变?S 变?角度变?穿过回路的磁感线数变?
- 双磁场问题:比较合磁通量变化。
易错点 ⚠
- 磁通量最大时(正对),变化率可能为零 → 无感应电流(线圈过中性面瞬间)。
- 磁通量为零时(平行),变化率可能最大。
- 闭合回路在匀强磁场中平移但不切割(如整体平移)→ 磁通量不变 → 无感应电流。
- 回路面积变化但磁场也为零的区域,要具体分析。
高考考点/考频/重难点分析
- 考频:高频(含楞次定律方向判断)。2024–2026 年多省卷(黑吉辽蒙、陕晋青宁、江苏、广东、湖南等)均出现,命题常以真实科技情境(磁悬浮列车、无线充电、电磁弹射、电磁压缩、动圈扬声器、感应电炉等)为载体。
- 常见题型:选择题为主(判断感应电流方向、有无感应电流、线圈/导体运动趋势),计算题综合(后续"导轨+导体棒""线框穿越磁场"模型)。
- 重难点:①从复杂实际场景中提炼磁通量是否变化(真实情境题);②楞次定律与右手定则的选择——切割优先右手定则,磁通量变化(非切割)优先楞次定律;③"阻碍"导致的相对运动/面积变化趋势(来拒去留、增缩减扩)常与力学受力分析结合。
6.4 楞次定律与右手定则 ★★#
- 楞次定律内容:感应电流具有这样的方向,即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。
- "阻碍"不是"阻止"(磁通量照样变化),也不是"相反"(方向相反,变化趋势相反)。
- 应用步骤(四步法):
- 明确原磁场方向。
- 判断磁通量增减。
- 由楞次定律判断感应电流磁场方向(增反减同)。
- 由安培定则(右手螺旋)判断感应电流方向。
- 推论:来拒去留(阻碍相对运动)、增缩减扩(阻碍面积变化)。
易错点 ⚠
- "增反减同"指感应电流的磁场与原磁场方向相反/相同,不是感应电流方向。
- 楞次定律的"阻碍"对象是磁通量变化,本质是能量守恒的体现(阻碍了,才需要外力做功)。
- 右手定则只适用于"导体切割磁感线";楞次定律是普遍规律。
高考考点/考频/重难点分析
- 考频:高频(楞次定律方向判断为选择题常客)。
- 常见题型:选择题(判断感应电流方向、磁铁插拔线圈的电流方向、线框运动趋势),计算题中的方向判定步骤。
- 重难点:①楞次定律四步法(原磁场方向→增减→感应磁场方向→安培定则定电流)必须熟练;②"来拒去留/增缩减扩"推论直接判断安培力方向(可秒杀选择题);③楞次定律与能量守恒结合——感应电流的磁场阻碍变化,外力克服安培力做功,能量转化链条:机械能→电能→焦耳热(此链条也是计算题核心)。
6.5 电磁波初步#
- 麦克斯韦电磁场理论:变化的磁场产生电场,变化的电场产生磁场。
- 均匀变化的磁场产生恒定电场;周期性变化产生周期性电磁波。
- 电磁波是横波,真空中速度 c = 3×10⁸ m/s,波速 c = λf。
- 电磁波谱(按频率从低到高):无线电波 → 微波 → 红外线 → 可见光 → 紫外线 → X 射线 → γ 射线。
- 电磁波能传播能量和信息,不需要介质。
易错点 ⚠
- "变化的电场产生磁场"——均匀变化产生恒定磁场,只有周期性变化才产生电磁波。
- 电磁波传播不需要介质(与机械波不同),机械波传播需要介质。
- 频率越高,波长越短(c = λf 中 c 一定)。
高考考点/考频/重难点分析
- 考频:低频~中频。新教材"电磁波初步"为新增内容,多以选择题出现,主要考查概念辨析(电磁场理论、电磁波谱、c = λf)。
- 常见题型:选择题(判断电磁波性质、波谱顺序、电磁波与机械波区别、5G/无线充电等生活情境)。
- 重难点:①麦克斯韦理论的两句核心(变化的磁场产生电场、变化的电场产生磁场)及"均匀变化→恒定,周期性变化→电磁波";②电磁波谱频率/波长顺序记忆(无微红可紫 X γ);③电磁波与机械波的三大区别(不需介质、横波、真空速度 c)。
第七章 静电场中的能量——不,第七章是"恒定电流"?核对教材目录#
教材核对:必修三实际章节为:
第一章 静电场及其应用;第二章 静电场中的能量;第三章 电路及其应用;第四章 电能 能量守恒定律;第五章 电磁感应与电磁波初步;第六章 磁场 电磁感应(部分省份)……
说明:人教版(2019)必修第三册正式目录为:
- 第九章 静电场及其应用
- 第十章 静电场中的能量
- 第十一章 电路及其应用
- 第十二章 电能 能量守恒定律
- 第十三章 电磁感应与电磁波初步
该教材章号为"第九~十三章"(延续必修一/二的章号),我下面按此官方编号重新整理目录,内容与上文一致,仅章号对齐。
官方章节编号版(人教版必修三 = 第九章~第十三章)#
第九章 静电场及其应用#
- 9.1 电荷(摩擦/接触/感应起电、电荷守恒、元电荷 e = 1.6×10⁻¹⁹ C)
- 9.2 库仑定律(F = kq₁q₂/r²,点电荷,k = 9×10⁹ N·m²/C²)
- 9.3 电场 电场强度(E = F/q、E = kQ/r²、E = U/d;电场线)
- 9.4 静电的防止与利用(静电平衡、尖端放电、静电屏蔽)
第十章 静电场中的能量#
- 10.1 电势能和电势(W = qU 与路径无关、Eₚ、φ)
- 10.2 电势差(U_AB = φ_A − φ_B = W_AB/q)
- 10.3 电势差与电场强度的关系(E = U/d、等分法)
- 10.4 电容器的电容(C = Q/U、C = εS/(4πkd)、动态分析)
第十一章 电路及其应用#
- 11.1 电源和电流(I = q/t、I = nqSv)
- 11.2 导体的电阻(R = ρL/S、电阻率)
- 11.3 实验:导体电阻率的测量(伏安法、螺旋测微器)
- 11.4 串联电路和并联电路(分压分流、电表改装)
- 11.5 实验:练习使用多用电表(欧姆挡读数、挡位选择)
第十二章 电能 能量守恒定律#
- 12.1 电路中的能量转化(W = UIt、P = UI、Q = I²Rt、非纯电阻)
- 12.2 闭合电路的欧姆定律(I = E/(R+r)、U = E − Ir、动态分析、最大输出功率)
- 12.3 实验:电池电动势和内阻的测量(U−I 图像法)
- 12.4 能源与可持续发展
第十三章 电磁感应与电磁波初步#
- 13.1 磁场 磁感线(B = F/IL、磁感线、安培定则)
- 13.2 磁感应强度 磁通量(Φ = BS)
- 13.3 电磁感应现象及应用(产生条件、楞次定律、右手定则)
- 13.4 电磁波的发现及应用(麦克斯韦理论、电磁波谱)
以上为官方目录。注意:部分考区(如旧人教版)将"带电粒子在电场中的运动"作为专题,均包含在第十章范围内。若你所在省份使用不同版本(如粤教/鲁科),核心考点一致,可对照此清单查漏补缺。
第四部分 全册高频考点速查表 ★★★#
| 考点 | 核心公式/结论 | 考频 | 易错提醒 / 重难点 |
|---|---|---|---|
| 库仑定律 | F = kq₁q₂/r² | 中~高 | 只算大小,方向单独判断;三电荷平衡(两同夹异、两大夹小) |
| 电场强度叠加 | E = ΣkQ/r² 矢量合成 | 高 | 中垂线/连线对称点分析;对称法、割补法 |
| 电场力做功 | W = qU(一切电场) | 高 | 带正负号计算;与路径无关 |
| 电势比较 | 沿电场线降低;正电荷 Eₚ = qφ | 高 | 负电荷反着记;φ−x 图像斜率=场强 |
| 匀强电场 | E = U/d,等分法求电势 | 高 | d 是垂直距离;等分法求场强方向 |
| 电容器动态 | 接电源 U 不变;断电源 Q 不变 | 中~高 | 先判断条件再分析;静电计测电压 |
| 带电粒子加速 | qU = ½mv² | 高 | 动能定理最通用;含重力时加 mgh |
| 带电粒子偏转 | y = qUL²/(2mdv₀²),tanθ = qUL/(mdv₀²) | 极高(必考) | y = (L/2)tanθ;临界飞出 y = d/2;交变电场分段 |
| 串并联 | 串分压、并分流 | 高 | 混联先化简;动态分析基础 |
| 闭合电路 | I = E/(R+r),U = E−Ir | 高(必考) | 斜率 = −r;动态、含容、故障分析 |
| 最大输出功率 | R = r 时 P_max = E²/4r | 中 | 仅纯电阻电路 |
| 非纯电阻 | P 电 = P 热 + P 机 | 中~高 | UI ≠ I²R;电动机三功率分解 |
| 电表改装 | 电压串大阻、电流并小阻 | 中~高 | 内接偏大、外接偏小 |
| 磁通量 | Φ = BS⊥ | 中 | 不乘匝数 N;投影面积 |
| 感应电流条件 | 闭合回路 + 磁通量变化 | 高 | 两个条件缺一不可;真实情境题 |
| 楞次定律 | 增反减同、来拒去留 | 高(必考) | 阻碍≠阻止;四步法;切割用右手定则 |
| 电磁波 | c = λf,横波,不需介质 | 低~中 | 均匀变化不产生电磁波;波谱顺序 |
| 电学实验 | 伏安法、测 E/r | 高(必考实验) | 分压/限流选择;误差方向;读数估读 |
第五部分 各章节易错点集中清单 ⚠#
电场部分#
- E = F/q 是比值定义,不能说 E ∝ F。
- 场强叠加用矢量合成;中点处等量同种电荷 E = 0,等量异种电荷 φ = 0(注意区分)。
- 电场线不相交;不是电荷运动轨迹。
- 电势能比较:正电荷 φ 大则 Eₚ 大;负电荷反之。
- W = qU 中三个量都要带正负号。
- E = U/d 中 d 是沿电场方向距离。
- 电容器:断电源 Q 不变、接电源 U 不变;静电计测电压。
- 带电粒子题先判断是否计重力:"微粒/油滴/小球"计重力,"电子/质子/离子"不计。
- 偏转公式中 L 是板长、d 是板距,别混。
- 带电粒子恰能飞出电场:y = d/2 临界条件。
电路部分#
- I = q/t 中 q 含正负电荷总通过量。
- R = U/I 比值定义;R = ρL/S 决定式。
- 欧姆定律不适用于气体导电、半导体、非纯电阻。
- 伏安法:外接测小电阻偏小,内接测大电阻偏大("大内偏大、小外偏小")。
- 电表改装:电压表串大电阻、电流表并小电阻。
- 非纯电阻电路不能用 P = U²/R、W = U²t/R。
- 电源 U−I 图像:纵截距 E,|斜率| = r。
- 动态分析"并同串反"前提是只变一个电阻。
- 限流式/分压式选择:从零调节用分压。
磁场与电磁感应部分#
- 磁感线闭合,电场线不闭合。
- Φ = BS 中 S 是垂直投影面积;磁通量是标量可抵消。
- 感应电流条件:回路闭合 + 磁通量变化,缺一不可。
- 楞次定律"阻碍"的是磁通量变化,不是磁通量本身。
- 右手定则用于切割;楞次定律普遍适用。
- 磁通量最大时变化率最小(可能为零),磁通量为零时变化率可能最大。
- 均匀变化的磁场产生恒定电场,不产生电磁波。
- 电磁波是横波、传播不需介质;机械波需介质。
第六部分 通用解题思路(方法论总结)#
一、受力与运动问题#
- 先受力分析:重力?电场力(qE)?安培力/洛伦兹力(后两章)?弹力?摩擦力?
- 判断运动性质:平衡(a = 0)→ 合力为零;匀变速 → 牛二 + 运动学;曲线 → 分解。
- 优先考虑能量观点(动能定理、能量守恒),少走弯路。
二、静电场问题#
- 判断计不计重力(看对象名称)。
- 匀强电场:优先用 qU = ΔEₖ、E = U/d;非匀强:只用 W = qU、动能定理。
- 类平抛三件套:分解(水平匀速、竖直匀加速)→ 等时性 → 求 y、tanθ。
- 图像题:斜率、面积、截距的物理意义逐项转化。
三、电路问题#
- 动态电路:只变一个电阻 → 用"并同串反"或逐推法。
- 闭合电路计算:I = E/(R+r) → U = E − Ir → 功率公式选对。
- 电表改装:先算表头满偏电压,再算需串/并的电阻。
- 非纯电阻:分清楚 P 电、P 热、P 机,用 P 电 = UI、P 热 = I²R。
四、电磁感应问题#
- 判断有无感应电流:闭合?磁通量变?
- 判断方向:切割 → 右手定则;普遍 → 楞次定律四步法。
- 综合计算(动量、能量视角):感应电流阻碍变化 → 外力做功转化为电能 → 焦耳热(后续章节)。
五、实验题通用思路#
- 明确实验原理 → 写出核心公式。
- 选器材:电表量程、滑动变阻器接法(分压/限流)。
- 连实物图:串并联顺序、正负接线柱。
- 数据处理:描点作图 → 截距/斜率 → 待测量。
- 误差分析:内接/外接、电压表分流、电流表分压。
第七部分 典型例题精讲(高考风格)★★★#
精选 8 道高频真题风格例题,覆盖三大板块。建议先独立完成,再看详解。
例题 1【库仑定律 + 三电荷平衡|考频:中高|难度:★★★】#
题目:真空中两个相同的带正电小球 A、B 分别固定在光滑绝缘水平面上,相距 2r,电荷量均为 +Q。现把一带负电的小球 C 放在 A、B 连线的中点上,由静止释放。若三个电荷均恰好保持静止,求 C 的电荷量。
思路点拨:三电荷平衡问题记住十二字口诀——"两同夹异、两大夹小、近小远大"。C 在中点,由对称性先对 C 分析(自动平衡),再对 A(或 B)列平衡方程。
详解:
- C 受 A、B 的库仑引力等大反向,自动平衡(与 q 大小无关)。
- 对 A:受 B 的斥力(向左)与 C 的引力(向右),平衡时大小相等:
- B 对 A:F_B = kQ²/(2r)² = kQ²/4r²
- C 对 A:F_C = kQ·q/r²
- 由 F_B = F_C:kQq/r² = kQ²/4r²,解得 q = Q/4(带负电)。
答案:q_C = Q/4,带负电。
易错警示:①C 对两侧引力大小与 q 成正比,但 C 自身平衡与 q 无关,方程只能列在 A(或 B)上;②距离用的是"球心距",中点到两侧均为 r;③一般结论:三电荷平衡时 q_中 = √(q₁q₃)·ab/L²(a、b 为到两侧电荷距离),对称时退化为 Q/4;两侧电荷靠近的是电荷量小的(近小远大)。
例题 2【电场线 + 轨迹 + 能量综合|考频:高|难度:★★★】#
题目:实线为电场线,方向大致向右;虚线为一带正电粒子仅在电场力作用下由 M 点运动到 N 点的轨迹(轨迹向右弯曲,N 处电场线较 M 处密)。判断:M、N 两点场强大小、电势高低、粒子动能与电势能的变化。
思路点拨:轨迹问题抓三条:①轨迹弯曲方向 = 受力方向(力指向轨迹凹侧);②电场线疏密定场强;③沿电场线电势降低,再用 W = qU 定能量变化。
详解:
- 轨迹向右弯 → 电场力大致向右 → 粒子带正电时电场方向也向右(与电场线方向一致,自洽)。
- N 处电场线密 → E_N > E_M。
- 沿电场线电势降低 → φ_M > φ_N。
- 粒子从 M 到 N,电场力与速度方向夹角为锐角,电场力做正功 → 动能增大、电势能减小(EₖN > EₖM,EₚN < EₚM,且总能量守恒)。
答案:E_N > E_M;φ_M > φ_N;动能增大、电势能减小。
易错警示:①负电荷受力与电场线方向相反,判完电荷正负再下结论;②"电势能变化看做功"最稳妥,别用"位置高低"乱套;③若题目给等势面(虚线为等势线),则场强方向垂直等势面指向电势降低方向,思路同理。
例题 3【电容器动态分析|考频:中高|难度:★★★】#
题目:平行板电容器充电后与电源断开,静电计并联在两板间。保持正对面积 S 不变,将两板间距 d 增大。判断:电容 C、电荷量 Q、电压 U、板间场强 E、静电计指针偏角 θ 如何变化?若板间 P 点(到下板距离 h 固定)放一电荷量固定的正点电荷,其电势能如何变化?(下板接地)
思路点拨:动态分析第一步永远是判断"U 不变"还是"Q 不变"——本题断开电源 → Q 不变。
详解:
- d ↑ → C = εS/(4πkd) 减小;Q 不变(电荷无处可去)。
- U = Q/C 增大 → 静电计偏角 θ 变大(静电计测的就是 U)。
- 场强:E = U/d = Q/(Cd) = 4πkQ/(εS) —— 只与 Q、S、ε 有关,E 不变(这是最易错点!)。
- P 点与下板间:U_Ph = E·h 不变 → φ_P 不变(下板接地为 0)→ 正电荷电势能 Eₚ = qφ 不变。
答案:C 减小、Q 不变、U 增大、E 不变、θ 变大、P 点电荷电势能不变。
易错警示:①"断电源 Q 不变、接电源 U 不变"是分析起点,判断错则全错;②Q 不变时 E = 4πkQ/(εS) 与 d 无关,即"拉大板距场强不变";③若是"接电源 U 不变"情形:d ↑ → E = U/d 减小,P 点电势、电势能随之变化——两种情形结论不同,务必分开记。
例题 4【带电粒子加速 + 偏转综合|考频:极高(必考)|难度:★★★★】#
题目:电子(电荷量 e,质量 m,重力不计)经电压 U₁ = 5000 V 的电场由静止加速后,沿中线垂直进入偏转电场。偏转极板长 L = 6 cm,板间距 d = 2 cm,偏转电压 U₂ = 200 V。求:
(1) 电子进入偏转电场时的速度 v₀;
(2) 电子离开偏转电场时的偏转位移 y;
(3) 偏转角的正切 tanθ;
(4) 若偏转电场右端到荧光屏的距离 L′ = 12 cm,求电子打在屏上的偏移量 Y。
思路点拨:"加速用动能定理,偏转用类平抛三件套(分解、等时性、几何)"。屏上偏移用 y + L′tanθ(或"出射速度反向延长线过极板中心"的相似三角形)。
详解:
- 加速:eU₁ = ½mv₀² → v₀ = √(2eU₁/m)。
- 偏转(不代入 m、e 更简洁):
- t = L/v₀;a = eU₂/(md)
- y = ½at² = eU₂L²/(2mdv₀²),代入 v₀² = 2eU₁/m 得 y = U₂L²/(4U₁d)
- y = 200×(0.06)²/(4×5000×0.02) = 0.72/400 m = 1.8 mm
- tanθ = v_y/v₀ = at/v₀ = U₂L/(2U₁d) = 200×0.06/(2×5000×0.02) = 0.06
- Y = y + L′·tanθ = 1.8 mm + 120 mm×0.06 = 1.8 + 7.2 = 9 mm (验证:出射速度反向延长线过板中心,Y = (L/2 + L′)tanθ = (3 + 12)×0.06 = 9 mm ✓)
答案:v₀ = √(2eU₁/m);y = 1.8 mm;tanθ = 0.06;Y = 9 mm。
易错警示:①y = U₂L²/(4U₁d) 与电荷量、质量无关(所有带电粒子同条件偏转相同)——选择题常考结论;②单位统一成国际单位制再算(cm → m);③临界问题"恰好飞出"用 y = d/2 求临界电压;④交变偏转电压时按时间段分段处理,先判断能否穿出。
例题 5【闭合电路动态分析|考频:高(必考)|难度:★★★】#
题目:电源(电动势 E,内阻 r)与定值电阻 R₁、滑动变阻器 R₂ 串联,电压表 V 测 R₂ 两端电压,电流表 A 测干路电流。当滑片移动使 R₂ 增大时,判断两表示数如何变化。
思路点拨:程序法三步走——"局部(R₂ 变)→ 整体(R总、I总)→ 局部(各元件)";或用"并同串反"口诀快速验证。
详解:
- R₂ ↑ → 外电阻 R总 = R₁ + R₂ ↑。
- I = E/(R总 + r) 减小 → 电流表 A 示数减小。
- U₁ = IR₁ 减小;路端电压 U = E − Ir 增大;
- U₂ = U − U₁ = E − I(R₁ + r):I 减小 → U₂ 增大 → 电压表 V 示数增大。 (口诀验证:与 R₂ 串联的 R₁、A、内阻各量"串反"(减小);V 测 R₂ 自身,分压增大。)
答案:A 示数减小,V 示数增大。
易错警示:①U₂ = E − I(R₁+r) 是"整体减局部"的好用式子,比逐段分析更稳;②"并同串反"前提是只有一个电阻变化;③若问 R₂ 上消耗的功率:当 R₂ = R₁ + r 时最大(把 R₁+r 视为"等效内阻")。
例题 6【U−I 图像 + 含容电路|考频:高|难度:★★★★】#
题目:某电源的路端电压 U 随干路电流 I 变化的图线是一条直线,纵截距为 6 V,斜率大小为 2 Ω。外电路:定值电阻 R₁ = 3 Ω 与"R₂ = 5 Ω"串联,电容器 C = 3 μF 与 R₂ 并联。闭合开关待电路稳定后,求:(1) 干路电流;(2) 电容器所带电荷量;(3) 电源的效率。
思路点拨:图像 → E、r(纵截距 = E,|斜率| = r);含容电路三步法——"稳定时电容支路断路 → 简化电路 → U_C 等于与它并联电阻两端的电压"。
详解:
- 由图像:E = 6 V,r = 2 Ω。稳定时电容支路无电流,电路即 R₁、R₂ 串联: I = E/(R₁ + R₂ + r) = 6/(3 + 5 + 2) = 0.6 A。
- U_C = U_R₂ = IR₂ = 0.6×5 = 3 V → Q = CU_C = 3×10⁻⁶×3 = 9×10⁻⁶ C = 9 μC。
- η = U_外/E = I(R₁+R₂)/E = 0.6×8/6 = 80%。
答案:0.6 A;9 μC;80%。
易错警示:①电容器电压不是路端电压,而是与它并联那部分电阻的电压(本题 R₂ 的 3 V,不是 4.8 V);②开关断开/切换后电容器会充/放电,电荷量变化 ΔQ 对应流过相关支路的电荷量;③效率 η = R外/(R外+r) 仅纯电阻成立。
例题 7【实验:测电池电动势和内阻|考频:极高(实验必考)|难度:★★★★】#
题目:用电压表(直接并联在电源两端)、电流表和滑动变阻器测电池的 E 和 r,数据如下:
| I/A | 0.20 | 0.40 | 0.60 |
|---|---|---|---|
| U/V | 2.80 | 2.60 | 2.40 |
(1) 作 U−I 图线求 E、r;(2) 该接法中电压表有分流,判断 E、r 的测量值与真实值的大小关系。
思路点拨:先描点画线(让直线过尽可能多的点,不在直线上的点均匀分布在两侧);误差分析抓本质——电压表分流 → 实际测的是"电源 ∥ 电压表"这个等效电源的 E、r。
详解:
- 图线:U = E − Ir,三点恰好线性。纵截距(I = 0)→ E测 = 3.0 V;斜率 → r测 = |ΔU/ΔI| = 0.2/0.2 = 1.0 Ω。
- 误差分析:真实关系 U = E − (I_A + I_V)r,其中 I_V = U/R_V: U = E/(1 + r/R_V) − I_A·r/(1 + r/R_V) → E测 = E/(1 + r/R_V) < E真;r测 = r/(1 + r/R_V) < r真(均偏小)。 若改用"电流表内接"接法(电压表只测滑动变阻器),则 E测 = E真、r测 = r + R_A > r真。
答案:E = 3.0 V,r = 1.0 Ω;电压表分流使 E、r 测量值均偏小。
易错警示:①作图时纵轴可以从非零值开始(节省坐标纸),此时截距不是 E,需沿直线延长到 U 轴原刻度读;②不能用两点求平均代替图线法(图线可减小偶然误差);③"测 E、r 实验中滑动变阻器用限流式即可"(不需要从零调起),别与测电阻率/伏安特性实验混淆。
例题 8【楞次定律 + 感应电流方向|考频:高(必考)|难度:★★★】#
题目:条形磁铁 N 极朝下,从闭合线圈正上方竖直向下插入线圈。
(1) 俯视判断线圈中感应电流方向;
(2) 插入过程中线圈对磁铁的作用力方向;
(3) 若灵敏电流计指针"电流从正接线柱流入则向右偏",现将磁铁 S 极朝下插入,指针向哪边偏?
思路点拨:楞次定律四步法(原磁场方向 → 增/减 → 感应磁场方向 → 安培定则定电流);受力用推论"来拒去留"秒判。
详解:
- N 极朝下 → 原磁场方向向下,穿过线圈的磁通量增大 → 感应磁场方向向上(增反)→ 由安培定则,俯视为逆时针方向。
- 线圈上端等效为 N 极,与磁铁 N 极相斥("来拒")→ 线圈对磁铁的作用力向上(阻碍其插入)。
- S 极朝下插入 → 原磁场方向向上(磁感线指向 S 极)且增大 → 感应磁场向下 → 俯视顺时针 → 感应电流方向与(1)相反 → 指针向左偏。
答案:俯视逆时针;力向上(排斥);指针向左偏。
易错警示:①"增反减同"判断的是感应电流的磁场方向,再经安培定则才得电流方向,不要跳步;②磁感线在磁铁外部 N→S,内部 S→N(闭合),判断"原磁场方向"要以穿过线圈的磁感线方向为准;③"来拒去留"也可用于快速验证方向判断是否自洽。
附:常考二级结论与速记口诀#
- 电场:"沿场线电势降,正电荷高处能大,负电荷高处能小。"
- 电容:"接电源 U 不变,断电源 Q 不变,ε 大 S 大 C 大。"
- 偏转:"y 与板长平方成正比,与 d、v₀² 成反比;y = (L/2)tanθ。"
- 电表:"大内偏大(大电阻内接,测量偏大),小外偏小。"
- 改装:"电压串大阻,电流并小阻。"
- 闭合电路:"外阻越大路端越高,短路电流 E/r,断路电压 E。"
- 最大功率:"内外相等 R = r 时,输出功率最大 E²/4r。"
- 楞次定律:"增反减同、来拒去留、增缩减扩、阻碍相对运动。"
- 电磁波谱:"无微红可紫 X γ"(无线电波、微波、红外、可见光、紫外、X 射线、γ 射线,频率递增)。
- 感应电流条件:"闭合 + 磁通量变化,缺一不可。"
结语#
- 必修第三册的核心是三条主线:电场(力与能)→ 电路(电流与能量)→ 电磁感应(磁生电与电磁波)。
- 复习建议:
- 先过一遍知识点清单(本文第一~三部分),把公式默写一遍。
- 重点刷"带电粒子偏转、闭合电路动态分析、含容电路、楞次定律"四类大题。
- 对照第七部分例题精讲,先独立完成再逐步骤核对,总结自己的失分点。
- 实验题必考伏安法测电阻与测电动势内阻,务必动手画图、描点作图。
- 考前看"易错点清单"和"速记口诀"。