| Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|
11.1.A |
|
电路
AP 物理 2 · 第 11 主题
11.1
电流
大纲
来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
电流(electric current)是电荷流过一点的速率,以安培(amperes)(A)测量:

| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| Electric current | 电流 | diàn liú |
| amperes | 安培 | ān péi |
11.2
简单电路
大纲
| Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|
11.2.A |
Boundary statement: Unless otherwise specified, all circuit schematic diagrams will be drawn using conventional current. |
来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
一个电路(circuit)是一个导体、一个源(电池)和元件的闭合回路。在一条串联(series)路径里相同的电流流过每个元件;在一条并联(parallel)路径里相同的电压跨每个支路。一张电路图(circuit diagram)使用标准符号;正确地读它是任何电路问题的第一步。

Build series and parallel circuits
In series the same current flows through every bulb and voltage divides; in parallel each branch gets the full voltage. Switch mode to see the bulbs' brightness change.
| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| series | 串联 | chuàn lián |
| parallel | 并联 | bìng lián |
11.3
电阻、电阻率与欧姆定律
大纲
| Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|
11.3.A |
|
11.3.B |
|
来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
电阻(resistance)$R$ 反对电流,以欧姆测量。欧姆定律(Ohm's law)联系三个关键量:

Worked example. 一个 $2.0\ \text{A}$ 的电流流过一个 $6.0\ \Omega$ 的电阻。跨它的电压是 $V=IR=2.0\times6.0=12\ \text{V}$。
Apply Ohm's law
Ohm's law $V=IR$: for a fixed resistance, current is proportional to voltage. Raise the resistance and the same voltage pushes less current.
| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| Resistance | 电阻 | diàn zǔ |
| Ohm's law | 欧姆定律 | ōu mǔ dìng lǜ |
| resistivity | 电阻率 | diàn zǔ lǜ |
11.4
电功率
大纲
| Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|
11.4.A |
|
来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
电功率(electric power)是一个元件转换电能(到热、光、运动)的速率:
Worked example. 上面的 $6.0\ \Omega$ 电阻,携带 $2.0\ \text{A}$,耗散 $P=I^2R=2.0^2\times6.0=24\ \text{W}$ ——等价地 $P=IV=2.0\times12=24\ \text{W}$。
一个灯泡(light bulb)只是一个会发光的电阻,它的亮度(brightness)随它耗散的功率上升。所以要给灯泡排名,就比较它们的功率。在一条串联串里每个灯泡携带相同的电流,所以按 $P=I^2R$,电阻最大的灯泡最亮;并联接线时每个灯泡得到全部电池电压,所以按 $P=V^2/R$,电阻最小的灯泡最亮。

Read an I-V characteristic
Power is $P=IV$. A resistor's I-V line is straight, but a lamp curves as it heats and its resistance rises. The area under I-V relates to the energy delivered.
| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| Electric power | 电功率 | diàn gōng lǜ |
| light bulb | 灯泡 | dēng pào |
| brightness | 亮度 | liàng dù |
11.5
复合直流电路
大纲
| Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|
11.5.A |
|
11.5.B |
|
11.5.C |
Boundary statement: AP Physics 2 only expects students to qualitatively discuss how a nonideal ammeter or voltmeter will affect the results of measurements. Unless otherwise stated, all batteries, wires, and meters are assumed to be ideal. Boundary statement: Circuits with batteries of different potential differences connected in parallel will not be assessed. |
来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
组合电阻以求一个等效电阻(equivalent resistance):

- 串联: $R_{\text{eq}}=R_1+R_2+\cdots$(电阻相加)。
- 并联: $\dfrac{1}{R_{\text{eq}}}=\dfrac{1}{R_1}+\dfrac{1}{R_2}+\cdots$(总量小于最小的)。
一步一步地简化网络以求来自电池的总电流,然后向回工作到每个元件。
Worked example. 一个 $12\ \text{V}$ 的电池驱动一个 $4.0\ \Omega$ 和一个 $12\ \Omega$ 的电阻并联。先组合它们:$\dfrac{1}{R_{\text{eq}}}=\dfrac14+\dfrac{1}{12}=\dfrac{4}{12}\Rightarrow R_{\text{eq}}=3.0\ \Omega$。来自电池的总电流是 $I=\dfrac{V}{R_{\text{eq}}}=\dfrac{12}{3.0}=4.0\ \text{A}$,它分割使得更小的电阻携带更大的份额(通过 $4\ \Omega$ 的 $3.0\ \text{A}$、通过 $12\ \Omega$ 的 $1.0\ \text{A}$)。
| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| equivalent resistance | 等效电阻 | děng xiào diàn zǔ |
11.5
复合直流电路
大纲
| Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|
11.5.A |
|
11.5.B |
|
11.5.C |
Boundary statement: AP Physics 2 only expects students to qualitatively discuss how a nonideal ammeter or voltmeter will affect the results of measurements. Unless otherwise stated, all batteries, wires, and meters are assumed to be ideal. Boundary statement: Circuits with batteries of different potential differences connected in parallel will not be assessed. |
来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
两种仪表读一个电路。一个电流表(ammeter)测量一点处的电流,所以它必须串联接线——你想测量的电流必须流过它。一个电压表(voltmeter)测量两点之间的电位差,所以它并联接线,跨接在你想要电压的元件上。
一个仪表要读出真实的值,它必须几乎不扰动电路:
- 一个理想电流表有零电阻,所以把它串联接入不减小它所读的电流;
- 一个理想电压表有无穷大电阻,所以几乎没有电流经它分流。
一个真实的、非理想(nonideal)的仪表并不完美:一个真实的电流表有一点电阻(它稍微降低电流),而一个真实的电压表让一点电流漏过(它稍微降低它所读的电压)。所以连接任何仪表都会稍微改变它正在测量的那个量。
| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| ammeter | 电流表 | diàn liú biǎo |
| voltmeter | 电压表 | diàn yā biǎo |
| nonideal | 非理想 | fēi lǐ xiǎng |
11.6
基尔霍夫电压定律
大纲
| Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|
11.6.A |
|
来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
基尔霍夫电压定律(Kirchhoff's loop rule)(能量守恒):围绕任何闭合回路,电压增益和降落加起来等于零。在你绕行时加电池的 emf 并减每个 $IR$ 降落。这给每个独立回路一个方程。
| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| Kirchhoff's loop rule | 基尔霍夫电压定律 | jī ěr huò fū diàn yā dìng lǜ |
11.7
基尔霍夫电流定律
大纲
| Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|
11.7.A |
|
来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
基尔霍夫电流定律(Kirchhoff's junction rule)(电荷守恒):进入任何节点的总电流等于流出的总电流。与回路定律一起,它让你能为任何多回路电路求它未知的电流。

| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| Kirchhoff's junction rule | 基尔霍夫电流定律 | jī ěr huò fū diàn liú dìng lǜ |
11.8
RC 电路
大纲
| Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|
11.8.A |
|
11.8.B |
Boundary statement: Descriptions of charging/discharging RC circuits in AP Physics 2 are limited to qualitative descriptions and representations. While students should be able to mathematically describe initial and final states of RC circuits, students are not expected to mathematically model these behaviors with respect to time. |
来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
一个 RC电路(RC circuit)包含一个电阻和一个电容器。当充电时,电容器的电压上升而电流下降,两者都指数地,在一个特征时间 $\tau=RC$ 上。关键的极限:在第一个瞬间未充电的电容器像一根普通的导线(最大电流);很长时间后它完全充电并阻挡电流(像一个断路)。

Worked example. 对于 $R=10\ \text{k}\Omega$ 和 $C=100\ \mu\text{F}$,时间常数是 $\tau=RC=(10\times10^{3})(100\times10^{-6})=1.0\ \text{s}$。一个时间常数后电容器达到约 $63\%$ 的供应电压;约 $5\tau$ 后它基本上完全充电。
| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| RC circuit | RC电路 | RC diàn lù |
11.8
考试技巧
- 在串联里电流始终相同;在并联里电压跨每个支路相同——绝不把这些搞混。
- 组合电阻:串联相加;并联 $1/R_{\text{eq}}=\sum 1/R_i$(总量小于最小的)。
- 应用基尔霍夫定律:节点(电流进 = 电流出,电荷守恒)和回路(电压加起来等于零,能量守恒)。
- 挑选适合你已知的功率形式:$P=IV=I^2R=V^2/R$。
- 一个电流表串联接入(理想:零电阻);一个电压表并联接入(理想:无穷大电阻)。一个真实的仪表会稍微扰动它所测量的电路。
- 一个灯泡在耗散更多功率时更亮——串联里电阻最大的($I^2R$)最亮,并联里电阻最小的($V^2/R$)最亮。
- 在一个 RC 电路里电容器在它开始充电的瞬间像一根普通的导线,而一旦完全充电像一个断路。
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