标签: 2020高考物理一轮复习第八章第1讲电流电阻电功及电功率学案(含解析)  
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doc 第1讲 电流 电阻 电功及电功率 主干梳理 对点激活 知识点  电流 欧姆定律 Ⅱ 1.电流 (1)形成电流的条件 ①导体中有能够自由移动的电荷。 ②导体两端存在电压。 (2)电流的方向 与正电荷定向移动的方向相同,与负电荷定向移动的方向相反。 电流虽然有方向,但它是标量。 (3)定义式:I=。 (4)微观表达式:I=nqSv。 (5)单位:安培(安),符号A,1 A=1 C/s。 2.欧姆定律 (1)内容:导体中的电流I跟导体两端的电压U成正比,跟导体的电阻R成反比。 (2)公式:I=。 (3)适用条件:适用于金属导电和电解液导电,适用于纯电阻电路。 (4)伏安特性曲线 ①定义:在直角坐标系中,用纵轴表示电流I,用横轴表示电压U,画出I­U的关系图象,叫做导体的伏安特性曲线。 ②线性元件:伏安特性曲线是通过坐标原点的直线,这样的电学元件叫做线性元件。如图甲所示。 ③非线性元件:伏安特性曲线不是直线的电学元件叫做非线性元件。如图乙所示。 知识点  电阻定律 Ⅰ 1.电阻定律 (1)内容:同种材料的导体,其电阻R与它的长度l成正比,与它的横截面积S成反比;导体电阻还与构成它的材料有关。 (2)公式:R=ρ。 (3)适用条件:粗细均匀的金属导体或浓度均匀的电解液。 2.电阻率 (1)计算公式:ρ=。 (2)物理意义:电阻率是反映材料导电性能优劣的物理量。温度一定时,某种材料的电阻率由这种材料的性质决定,与导体的大小、形状无关。 (3)电阻率与温度的关系 ①金属导体:电阻率随温度升高而增大。 ②半导体:电阻率随温度升高而减小。 ③超导体:当温度降低到绝对零度附近时,某些材料的电阻率突然变为零,成为超导体。 ④一些合金:电阻率几乎不受温度的影响。 知识点  电功率、焦耳定律 Ⅰ 1.电功 (1)定义:电流做的功。 (2)公式:W=qU=IUt(适用于任何电路)。 (3)单位:国际单位是焦耳(J),常用单位是度(kW·h),1 kW·h=3.6×106 J。 (4)电流做功的实质:导体中的恒定电场对自由电荷的静电力在做功。电流做功的过程就是电荷的电势能转化成其他形式的能的过程。 2.电功率 (1)定义:单位时间内电流做的功叫做电功率。 (2)公式:P==UI(适用于任何电路)。 (3)单位:国际单位是瓦特,简称瓦(W),常用单位是千瓦(kW),1 kW=103 W。 (4)额定功率和实际功率 ①用电器正常工作条件下所加的电压叫做额定电压,额定电压下消耗的功率是额定功率,即P额=I额·U额。 ②实际功率是指用电器在实际电压下消耗的功率,即P实=I实·U实,P实不一定等于P额,若U实>U额,则P实>P额,用电器可能被烧毁。 3.焦耳定律 (1)内容:电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比,跟导体的电阻及通电时间成正比。 (2)公式:Q=I2Rt。 4.热功率 (1)定义:单位时间内的发热量通常称为热功率。 (2)公式:P=I2R。 (3)单位:国际单位是瓦特,简称瓦(W)。 一 思维辨析 1.电流是矢量,电荷定向移动的方向为电流的方向。(  ) 2.由R=可知,导体的电阻与导体两端电压成正比,与流过导体的电流成反比。(  ) 3.由ρ=知,导体的电阻率与导体的电阻和横截面积的乘积成正比,与导体的长度成反比。(  ) 4.公式W=UIt适用于任何电路求电功。(  ) 5.公式Q=I2Rt只适用于纯电阻电路求电热。(  ) 6.电流I随时间t变化的图象与横轴所围面积表示通过导体横截面的电量。(  ) 答案 1.× 2.× 3.× 4.√ 5.× 6.√ 二 对点激活 1.(人教版选修3-1·P43·T3改编)安培提出了著名的分子电流假说,根据这一假说,电子绕核运动可等效为一环形电流。设电荷量为e的电子以速率v绕原子核沿顺时针方向做半径为r的匀速圆周运动,关于该环形电流的说法,正确的是(  ) A.电流大小为,电流方向为顺时针 B.电流大小为,电流方向为顺时针 C.电流大小为,电流方向为逆时针 D.电流大小为,电流方向为逆时针 答案 C 解析 电子做圆周运动的周期T=,由I=得I=,电流的方向与电子运动方向相反,故为逆时针。 2.(人教版选修3-1·P47·说一说改编)如图所示,是某晶体二极管的伏安特性曲线,下列说法正确的是(  ) A.加正向电压时,二极管电阻较小,且随着电压的增大而增大 B.加反向电压时,二极管电阻较大,无论加多大电压,电流都很小 C.无论是加正向电压还是加反向电压,电压和电流都不成正比,所以二极管是非线性元件 D.二极管加正向电压时,电流随电压变化是一条直线 答案 C 解析 由图知加正向电压时,二极管电阻较小,但随电压增大电阻变小,A错误。加反向电压时,二极管电阻较大,当反向电压达到一定值,二极管会被击穿,电流会变大,故B错误。二极管加正向电压时,电流随电压变化是一条曲线,D错误,故正确选项为C。 3. (人教版选修3-1·P55·T3改编)四盏灯泡接成如图所示的电路。a、c灯泡的规格为“220 V 40 W”,b、d灯泡的规格为“220 V 100 W”,各个灯泡的实际功率分别为Pa、Pb、Pc、Pd且都没有超过它的额定功率。则这四盏灯泡实际消耗功率大小关系是(  ) A.Pa=Pc<Pb=Pd B.Pa=Pc>Pb>Pd C.Pa<Pc<Pb<Pd D.Pa<Pc<Pb=Pd 答案 A 解析 由题意可知Ra=Rc>Rb=Rd,故Rab=Rcd,由串联电路的特点可知Uab=Ucd,又因为Ua=Ub,Uc=Ud,故Pa<Pb,Pc<Pd,Pa=Pc,Pb=Pd,所以Pa=Pc<Pb=Pd,A正确。 考点细研 悟法培优 考点1 对电流表达式的理解 1.利用“柱体微元”模型求电流 利用“柱体微元”模型求解电流的微观问题时,注意以下基本思路: 设柱体微元的长度为L,横截面积为S,单位体积内的自由电荷数为n,每个自由电荷的电荷量为q,电荷定向移动的速率为v,则: (1)柱体微元中的总电荷量为Q=nLSq。 (2)电荷通过横截面的时间t=。 (3)电流的微观表达式I==nqvS。 2.电流表达式的比较 例1 如图所示是一根粗细均匀的橡胶棒,其横截面积为S,由于与毛皮发生摩擦而均匀带负电,若已知该橡胶棒每米所带的电荷量为q,则当该棒沿轴线方向做速度为v的匀速直线运动时,形成的等效电流为(  ) A.vq B. C.qvS D. 解题探究 (1)请写出电流的定义式。 提示:I=。 (2)根据题中符号写出t s内穿过导体横截面的电荷量Q。 提示:Q=qvt。 尝试解答 选A。 I=,其中Q=qvt,所以I=qv,故A正确。 总结升华 电流微观表达式的相关说明 (1)判断电流与其他量的变化关系,可以首先建立“柱体微元”模型,然后根据公式推导出电流的表达式,就能看出电流与其他量是否有关,以及随其他量的变化如何变化等。 (2)利用电流的微观表达式应注意各物理量的意义。 [变式1] 如图所示的电解池接入电路后,在t秒内有n1个1价正离子通过溶液内截面S,有n2个1价负离子通过溶液内截面S,设e为元电荷,以下说法正确的是(  ) A.当n1=n2时,电流为零 B.当n1>n2时,电流方向从A→B,电流I= C.当n1<n2时,电流方向从B→A,电流I= D.电流方向从A→B,电流I= 答案 D 解析 本题考查电流方向和电流的定义式I=,电荷的定向移动形成电流,金属导体中定向移动的是带负电的自由电子,这时电流的方向与自由电子定向移动的方向相反。在电解液导电时,定向移动的电荷有正离子和负离子,它们同时向相反方向移动形成电流,所以电流应该是I=,电流方向按规定应是从A→B。故正确答案为D。 考点2 欧姆定律及电阻定律 1.电阻的定义式和决定式的比较 2.对伏安特性曲线的理解(如图甲、乙所示) (1)图线a、e、d、f表示线性元件,b、c表示非线性元件。 (2)在图甲中,图线上的点与O点连线的斜率表示电阻的大小,斜率越大,电阻越大,Ra>Re。 在图乙中,图线上的点与O点连线的斜率表示电阻倒数的大小,斜率越大,电阻越小,Rd<Rf。 (3)随着I增大,图线b上对应的点与O点连线的斜率变小,电阻变小;随着U的增大,图线c上对应的点与O点连线的斜率变大,电阻变小。注意:曲线上某点切线的斜率不是电阻或电阻的倒数。根据R=,电阻为图线上的点和原点连线的斜率或斜率的倒数。      例2  (多选)如图所示是电阻R的I­U 图象,图中α=45°,由此得出(  ) A.通过电阻的电流与两端电压成正比 B.电阻R=0.5 Ω C.因I­U图象的斜率表示电阻的倒数,故R==1.0 Ω D.在R两端加上6.0 V的电压时,每秒通过电阻横截面的电荷量是3.0 C 解题探究 (1)图中I­U图线的斜率能用tanα求吗? 提示:不能,只能由图中的标度求。 (2)I­U图线的斜率表示什么? 提示:电阻的倒数。 尝试解答 选AD。 由题图可知通过该定值电阻的电流与电压成正比,A正确;电阻R== Ω=2 Ω,B错误;由于I­U图线中纵横坐标单位长度表示数值不同,所以R≠,C错误;在R两端加上6.0 V电压时,I==3 A,每秒通过导体横截面的电荷量q=It=3.0 C,D正确。 总结升华 几个易错警示 (1)将同一导体不同截面接入电路时,导体的电阻大小是不同的,不要认为同一导体的电阻是一个定值,在表达式R=ρ中,l是沿电流方向导体的长度,S是垂直电流方向的横截面积,ρ是材料的电阻率。 (2)对线性元件:R==;对非线性元件R=≠,即非线性元件的电阻不等于U­I图象某点切线的斜率。 (3)某一导体的形状改变后,讨论其电阻变化应抓住以下三点: ①导体的电阻率不变,因其由导体材料本身决定。 ②导体的体积不变,由V=lS可知l与S成反比。 ③在ρ、l、S都确定之后,应用电阻定律R=ρ求解。 [变式2-1] (多选)对于常温下一根阻值为R的均匀金属丝,下列说法中正确的是(  ) A.常温下,若将金属丝均匀拉长为原来的10倍,则电阻变为10R B.常温下,若将金属丝从中点对折起来,电阻变为R C.给金属丝加上的电压逐渐从零增大到U,则任一状态下的比值不变 D.把金属丝温度降低到绝对零度附近,电阻率会突然变为零的现象称为超导现象 答案 BD 解析 设原电阻R=ρ,当l′=10l时,由体积不变求得横截面积变成S′=S,所以电阻变为R′=ρ=ρ=100R,A错误;从中点对折起来,相当于两个阻值为R 的电阻并联,其总阻值为R,B正确;金属丝的电阻率ρ随温度升高而增大,当金属丝两端的电压逐渐增大时,由于电流的热效应会使电阻率ρ随温度升高而增大,因而R=ρ=将逐渐增加,C错误;由超导的定义知D正确。 [变式2-2] 小灯泡通电后其电流I随所加电压U变化的图线如图所示,P为图线上一点,PN为图线在P点的切线,PQ为U轴的垂线,PM为I轴的垂线,则下列说法中正确的是(  ) A.随着所加电压的增大,小灯泡的电阻减小 B.对应P点,小灯泡的电阻为R= C.对应P点,小灯泡的电阻为R= D.对应P点,小灯泡的功率为图中矩形PQOM所围面积 答案 D 解析 由图可知流过小灯泡的电流I随所加电压U变化的图线为非线性关系,可知小灯泡的电阻随所加电压的增大而逐渐增大,选项A错误;根据欧姆定律,对应P点,小灯泡的电阻应为R=,选项B、C错误;对应P点,小灯泡的功率为P=U1I2,也就是图中矩形PQOM所围面积,选项D正确。 考点3 电功、电热、电功率和热功率 1.电功和电热、电功率和热功率的区别与联系 2.常见的纯电阻用电器:电阻、电炉子、白炽灯等;常见的非纯电阻用电器:电风扇、电动机、电解槽等。 特别说明:电动机因故障或其他原因不转动时,相当于一个纯电阻元件。      例3  (多选)如图所示是某一直流电动机提升重物的示意图,重物质量m=50 kg,电源提供给电动机的电压为U=110 V,不计各种摩擦,当电动机以v=0.9 m/s的恒定速率向上提升重物时,通过电动机的电流为I=5.0 A,重力加速度g取10 m/s2,则(  ) A.电动机的输入功率为550 W B.电动机提升重物的功率为550 W C.电动机提升重物的功率为450 W D.电动机的线圈电阻为22 Ω 解题探究 (1)如何计算电动机的输入功率及电动机提升重物的功率? 提示:电动机的输入功率根据P=UI计算,电动机提升重物的功率根据P=Fv=mgv计算。 (2)电动机的输入功率、提升重物的功率、热功率之间有什么关系? 提示:电动机的输入功率=提升重物的功率+热功率。 尝试解答 选AC。 电动机的输入功率P=UI=110×5.0 W=550 W,A正确;电动机提升重物的功率即输出功率P1=mgv=50×10×0.9 W=450 W,B错误,C正确;电动机的发热功率P2=I2r=P-P1=550 W-450 W=100 W,故电动机的线圈电阻r=4 Ω,D错误。 总结升华 非纯电阻电路的分析方法 (1)抓住两个关键量:确定电动机的电压UM和电流IM是解决所有问题的关键。若能求出UM、IM,就能确定电动机的电功率P=UMIM,根据电流IM和电动机的电阻r可求出热功率Pr=Ir,最后求出输出功率P出=P-Pr。 (2)坚持“躲着”求解UM、IM:首先,对其他纯电阻电路、电源的内电路等,利用欧姆定律进行分析计算,确定相应的电压或电流。然后,利用闭合电路的电压关系、电流关系间接确定非纯电阻电路的工作电压和电流。 (3)应用能量守恒定律分析:要善于从能量转化的角度出发,紧紧围绕能量守恒定律,利用“电功=电热+其他能量”寻找等量关系求解。 [变式3-1] (多选)在如图所示的电路中,输入电压U恒为8 V,灯泡L上标有“3 V 6 W”字样,电动机线圈的电阻RM=1 Ω。若灯泡恰能正常发光,下列说法正确的是(  ) A.电动机的输入电压是5 V B.流过电

2020高考物理一轮复习 第八章 第1讲 电流 电阻 电功及电功率学案(含解析).doc

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