新人教版10.1電路及其應(yīng)用學(xué)案

第十章電路及其應(yīng)用電能第1講電路及其應(yīng)用課程標準1.觀察并能識別常見的電路元器件，了解它們在電路中的作用．會使用多用電表．2．通過實驗，探究并了解金屬導(dǎo)體的電阻與材料、長度和橫截面積的定量關(guān)系．會測量金屬絲的電阻率．3．了解串、并聯(lián)電路電阻的特點．素養(yǎng)目標物理觀念：了解串、并聯(lián)電路電阻的特點．科學(xué)思維：比值法定義的物理量．科學(xué)探究：探究并了解金屬導(dǎo)體的電阻與材料、長度和橫截面積的定量關(guān)系．必備知識·自主落實一、電源1．定義：能把電子在電源內(nèi)部從電源________搬運到________的裝置．2．作用：移送電荷維持電源正、負極間有一定的________，保持電路中有持續(xù)電源．二、電流．是標量，為研究問題方便，規(guī)定正電荷定向移動的方向為電流的方向1．用I表示電流、q表示在時間t內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量，則I＝________．2．單位：國際單位制是________，常用單位有毫安(mA)、微安(μA)．3．方向：規(guī)定________定向移動的方向為電流的方向．三、電阻1．電阻R＝________，R是一個只跟導(dǎo)體本身性質(zhì)有關(guān)的物理量．與電壓U、電流I無關(guān)．2．公式：R＝________．3．單位：歐姆(Ω)，常用單位還有千歐(kΩ)、兆歐(MΩ).1Ω＝10－3kΩ＝10－6MΩ.4．物理意義：反映導(dǎo)體對電流________作用的大?。?．導(dǎo)體的伏安特性：導(dǎo)體中的電流I和電壓U的關(guān)系可以用圖像表示．用縱坐標表示________、橫坐標表示________，畫出的I－U圖像叫作導(dǎo)體的伏安特性曲線．伏安特性曲線為直線的元件叫作________元件，伏安特性曲線不是直線的元件叫作________元件(如氣體、半導(dǎo)體二極管等)．四、影響導(dǎo)體電阻的因素1．影響因素：同種材料的導(dǎo)體，其電阻R與它的長度l成________，與它的橫截面積S成________；導(dǎo)體電阻還與構(gòu)成導(dǎo)體的材料________．2．公式：R＝ρlS，l表示導(dǎo)體沿電流方向的________，S表示垂直于電流方向的橫截面積：ρ是________，表示材料的導(dǎo)電性能3．電阻率(1)物理意義：反映了材料導(dǎo)電性能的好壞，電阻率越____，表示這種材料的導(dǎo)電性能越好．(2)計算式：由公式R＝ρlS得，電阻率ρ＝________(3)決定因素：影響電阻率的因素有兩個：一是____________，二是________．串聯(lián)電路并聯(lián)電路電路圖基本特點電壓U＝U1＋U2＋U3＋…＋UnU＝________________電流I＝I1＝I2＝I3＝…＝InI＝I1＋I2＋I3＋…＋In總電阻R總＝____________1R總功率分配P1R1＝P2P1R1＝P2R2＝…＝PnRn走進生活如圖甲所示，某技術(shù)人員正在用電烙鐵進行焊接操作，電烙鐵的發(fā)熱部件可以等效為如圖乙所示的金屬棒：其長度為L，橫截面積為S，電阻率為ρ.在棒兩端加上電壓U時，棒內(nèi)產(chǎn)生電流I，在通電時間t內(nèi)通過棒某一截面的電荷量為q.(1)只要電荷運動就會形成電流．()(2)由于規(guī)定正電荷定向移動方向為電流的方向，故電流是矢量．()(3)電流越大，單位時間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量就越多．()(4)由R＝UI知，導(dǎo)體的電阻與導(dǎo)體兩端電壓成正比，與流過導(dǎo)體的電流成反比．((5)根據(jù)I＝qt，可知電流I與電荷量q成正比．((6)由ρ＝RSl知，導(dǎo)體的電阻率與導(dǎo)體的電阻和橫截面積的乘積成正比，與導(dǎo)體的長度成反比．(關(guān)鍵能力·精準突破考點一電流的理解及計算1．三種電流表達式的比較公式公式含義定義式I＝qqt反映了I的大小，但不能說I∝q，I∝微觀式I＝nqSv自由電荷定向移動的速率從微觀上看n、q、S、v決定了I的大小決定式I＝UI由U、R決定，I∝U，I∝12.利用“柱體微元”模型求解電流的微觀問題設(shè)柱體微元的長度為L，橫截面積為S，單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)為n，每個自由電荷的電荷量為q，電荷定向移動的速率為v，則：(1)柱體微元中的總電荷量為Q＝nLSq；(2)電荷通過橫截面的時間t＝Lv(3)電流的微觀表達式I＝Qt＝nqvS針對訓(xùn)練1.在MgCl2溶液中，正、負電荷定向移動，方向如圖所示，若測得2s內(nèi)分別有×1015個Mg2＋和×1016個Cl－通過溶液內(nèi)部的橫截面M，那么通過橫截面M的電流大小和方向是()A．mA水平向右B．mA水平向左C．mA水平向右D．mA水平向左2．(多選)半徑為R的橡膠圓環(huán)均勻帶正電，總電荷量為Q，現(xiàn)使圓環(huán)繞垂直環(huán)所在的平面且通過圓心的軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動，則由環(huán)產(chǎn)生的等效電流()A.若ω不變而使電荷量Q變?yōu)樵瓉淼?倍，則電流也將變?yōu)樵瓉淼?倍B．若電荷量Q不變而使ω變?yōu)樵瓉淼?倍，則電流也將變?yōu)樵瓉淼?倍C．若使ω、Q不變，將橡膠圓環(huán)拉伸，使環(huán)半徑增大，電流將變大D．若使ω、Q不變，將橡膠圓環(huán)拉伸，使環(huán)半徑增大，電流將變小3．[2023·北京西城區(qū)模擬]某些腫瘤可以用“質(zhì)子療法”進行治療，在這種療法中，為了能讓質(zhì)子進入癌細胞，首先要實現(xiàn)質(zhì)子的高速運動，該過程需要一種被稱作“粒子加速器”的裝置來實現(xiàn)．質(zhì)子先被加速到較高的速度，然后轟擊腫瘤并殺死癌細胞．如圖所示，來自質(zhì)子源的質(zhì)子(初速度為零)經(jīng)加速電壓為U的加速器加速后，形成細柱形的質(zhì)子流．已知細柱形質(zhì)子流的橫截面積為S，其等效電流為I；質(zhì)子的質(zhì)量為m、電荷量為e.那么這束質(zhì)子流內(nèi)單位體積的質(zhì)子數(shù)n是()A．IeS2UmC．IeS2eUm考點二導(dǎo)體的電阻及U－I(或I－U)圖像1．電阻的定義式和決定式的比較公式R＝UR＝ρl區(qū)別電阻的定義式電阻的決定式提供了一種測電阻的方法——伏安法，R與U、I均無關(guān)說明了導(dǎo)體的電阻由哪些因素決定，R由ρ、l、S共同決定適用于任何純電阻導(dǎo)體只適用于粗細均勻的金屬導(dǎo)體和濃度均勻的電解液2.伏安特性曲線的理解(1)由于導(dǎo)體的導(dǎo)電性能不同，所以不同的導(dǎo)體對應(yīng)不同的伏安特性曲線．(2)伏安特性曲線上每一點的電壓坐標與電流坐標的比值對應(yīng)這一狀態(tài)下的電阻．(3)伏安特性曲線為直線時，圖線的斜率表示電阻的倒數(shù)，斜率越大，則電阻越小，故圖甲中Ra(4)伏安特性曲線為曲線時，如圖乙所示，導(dǎo)體電阻Rn＝UnIn，即電阻要用圖線上點Pn的坐標(Un，In)來計算針對訓(xùn)練4.如圖所示，厚薄均勻的矩形金屬薄片邊長為ab＝10cm，bc＝5cm.當將C與D接入電壓恒為U的電路時，電流為2A，若將A與B接入電壓恒為U的電路中，則電流為()A．A B．1AC．2A D．4A5．(多選)如圖為甲、乙兩金屬電阻的U－I曲線，它們的阻值應(yīng)為()A．R甲＝tan60°＝3ΩB．R乙＝tan60°＝3ΩC．R甲＝3ΩD．R乙＝6Ω6．[2023·浙江省寧波市十校聯(lián)考]對于常溫下一根阻值為R的均勻金屬絲，其伏安特性曲線如圖所示，下列說法中正確的是()A．常溫下，若將金屬絲均勻拉長為原來的10倍，則電阻變?yōu)?0RB．常溫下，若將金屬絲從中點對折起來，電阻變?yōu)?2C．給金屬絲加上的電壓逐漸從零開始增大，UID．金屬材料的電阻率隨溫度的升高而減小考點三串、并聯(lián)電路及電表的改裝1．串、并聯(lián)電路的幾個常用結(jié)論：(1)當n個等值電阻R0串聯(lián)或并聯(lián)時，R串＝nR0，R并＝1nR0(2)串聯(lián)電路的總電阻大于電路中任意一個電阻，并聯(lián)電路的總電阻小于電路中任意一個電阻．(3)在電路中，某個電阻增大(或減小)，則總電阻一定增大(或減小)．(4)某電路中無論電阻怎樣連接，該電路消耗的總電功率始終等于各個電阻消耗的電功率之和．2．電壓表、電流表的改裝改裝為大量程電壓表改裝為大量程電流表原理串聯(lián)電阻分壓并聯(lián)電阻分流改裝原理圖分壓電阻或分流電阻U＝IgR＋IgRg，所以R＝UIg－IgRg＝(I－Ig)R，所以R＝I改裝后的電表內(nèi)阻RV＝R＋Rg>RgRA＝RRgR+R考向1串、并聯(lián)電路特點的應(yīng)用例1某控制電路的一部分如圖所示，已知AA′的輸入電壓為24V，如果電阻R＝6kΩ，R1＝6kΩ，R2＝3kΩ，則BB′輸出的電壓不可能是()VB．8VC．6VD．3V[解題心得]考向2電表的改裝例2如圖所示，電流表A的量程為0～A，表盤均勻劃分為30個小格，每一小格表示A；R1的阻值等于電流表內(nèi)阻的12；R2的阻值等于電流表內(nèi)阻的2倍．若用電流表A的表盤刻度表示流過接線柱1的電流值，則下列分析正確的是(A.將接線柱1、2接入電路時，每一小格表示AB．將接線柱1、2接入電路時，每一小格表示AC．將接線柱1、3接入電路時，每一小格表示AD．將接線柱1、3接入電路時，每一小格表示A[解題心得]針對訓(xùn)練7.(多選)儀器中常用兩個阻值不同的可變電阻來調(diào)節(jié)電路的電流，一個作粗調(diào)，一個作細調(diào)，這兩個可變電阻可以按圖甲串聯(lián)起來或按圖乙并聯(lián)起來再接入電路．已知R1阻值較大，R2阻值較小，則()A．圖甲中R1作細調(diào) B．圖甲中R1作粗調(diào)C．圖乙中R2作細調(diào) D．圖乙中R2作粗調(diào)8．如圖所示，電流計的內(nèi)阻Rg＝98Ω，滿偏電流Ig＝1mA，R1＝902Ω，R2＝2Ω，則下列說法正確的是()A．當S1和S2均斷開時，虛線框中可等效為電流表，最大量程是1AB．當S1和S2均斷開時，虛線框中可等效為電壓表，最大量程是1VC．當S1和S2均閉合時，虛線框中可等效為電流表，最大量程是1AD．當S1和S2均閉合時，虛線框中可等效為電壓表，最大量程是1V素養(yǎng)提升電源與生活科技(STSE問題)典例1隨著中國通信業(yè)的發(fā)展，國產(chǎn)手機在手機市場上已經(jīng)占有了相當大的市場份額．中國某股份有限公司生產(chǎn)的一塊手機電池外殼的文字說明如圖所示．由此可知，此電池的電動勢和待機狀態(tài)下的平均工作電流分別是()V，mA B．V，700mAV，mA D．V，700mA[解題心得]典例2(多選)如圖所示的服務(wù)型機器人，其額定功率為56W，額定工作電壓為28V．機器人的鋰電池容量為20A·h.則機器人()A.電阻為12ΩB.充滿電后最長工作時間為2hC.電池充滿電后總電荷量為×104CD.以額定電流工作時每秒消耗能量56J[解題心得]典例3小雷同學(xué)家里購買了一款掃地機器人，如圖所示，小雷同學(xué)仔細檢查了這個新掃地機器人，發(fā)現(xiàn)銘牌上標有如表所示的數(shù)據(jù)，則該掃地機器人()主機基本參數(shù)產(chǎn)品尺寸345mm*345mm*96mm電池V/5200mA·h鋰電池產(chǎn)品質(zhì)量約kg無線連接WiFi智能快連額定電壓V額定功率55WA.額定工作電流為AB.充滿電后正常工作的時間為hC.電池充滿電后儲存的總電荷量為18720CD.以額定電流工作時每小時消耗能量為55J[解題心得]第十章電路及其應(yīng)用電能第1講電路及其應(yīng)用必備知識·自主落實一、1．正極負極2．電勢差二、1．2．安培(A)3．正電荷三、1．U2．U4．阻礙5．電流I電壓U線性非線性四、1．正比反比有關(guān)2．長度電阻率3．(1)小(2)RSl(3)導(dǎo)體的材料溫度U1＝U2＝U3＝···＝UR1＋R2＋R3＋···＋Rn1R1＋1R2＋1走進生活答案：(1)×(2)×(3)√(4)×(5)×(6)×關(guān)鍵能力·精準突破1．解析：電解液中的電流是正、負離子沿相反的方向同時移動而形成的，所以通過某一橫截面的電荷量應(yīng)為兩種離子電荷量的絕對值之和．MgCl2溶液導(dǎo)電是靠自由移動的Mg2＋和Cl－.它們在電場力作用下向相反方向運動．因為規(guī)定電流方向為正電荷定向移動的方向，故溶液中電流方向與Mg2＋定向移動方向相同，即水平向右．MgCl2溶液導(dǎo)電時，Mg2＋水平向右移動．Cl－水平向左移動，負離子的運動可以等效地看作正離子沿相反方向的運動，則有I＝qt＝＝5.0×10＝mA，故C正確．答案：C2.解析：截取圓環(huán)的任一截面S，如圖所示，在橡膠圓環(huán)運動一周的時間T內(nèi)，通過這個截面的電荷量為Q，則有I＝qt＝QT；又T＝2πω，所以I＝Qω2π.若ω不變而使電荷量Q變?yōu)樵瓉淼?倍，則電流也將變?yōu)樵瓉淼?倍，A正確．若電荷量Q不變而使ω變?yōu)樵瓉淼?倍，則電流也將變?yōu)樵瓉淼?倍，B正確．若使ω、Q不變，將橡膠圓環(huán)拉伸，使環(huán)半徑增大，電流不變，C答案：AB3．解析：質(zhì)子被加速時有Ue＝12mv2，由于I＝neSv，解得n＝IeSm2eU，A、B、C答案：D4．解析：設(shè)金屬薄片厚度為d，根據(jù)電阻定律R＝ρlS有RCD＝ρlbclab·d，RAB＝ρlablbc·d，故RCDRAB＝(lbclab)2＝14.根據(jù)歐姆定律，電壓相同時，電流與電阻成反比．故兩次電流之比為4∶答案：A5．解析：在數(shù)學(xué)中斜率就等于圖線與橫軸的夾角的正切值(tanα)，而在物理中斜率與tanα并沒有直接聯(lián)系．R甲＝U2-U1I2-I1＝12-04-0Ω＝3Ω，R乙答案：CD6．解析：常溫下，若將金屬絲均勻拉長為原來的10倍，橫截面積減小為原來的，電阻率不變，根據(jù)電阻定律可知，電阻變?yōu)樵瓉淼?00倍，故A錯誤；常溫下，若將金屬絲從中點對折起來，長度變?yōu)橐话?，橫截面積變?yōu)?倍，故電阻變?yōu)樵瓉淼?4，故B錯誤；給金屬絲加上的電壓逐漸從零開始增大，根據(jù)圖線與原點連線的斜率減小，IU比值減小，所以UI的值變大，故C正確；給金屬絲加上的電壓逐漸從零開始增大，金屬絲的電阻值變大，由于橫截面積和長度均不變，根據(jù)電阻定律可知金屬絲的電阻率變大，所以金屬材料的電阻率隨溫度的升高而增大，故D錯誤答案：C例1解析：若兩開關(guān)都閉合，電阻R1和R2并聯(lián)，再和R串聯(lián)，UBB′為并聯(lián)電路兩端電壓，UBB′＝R1R2R1+R2R1R2R1+R2+RUAA′＝6V，若S1閉合S2斷開，則R1和R串聯(lián)，UBB′＝R1R1+RUAA′＝12V，若S2閉合S1斷開，則R2和R串聯(lián)，UBB′＝R答案：D例2解析：電流表和電阻R1并聯(lián)，R1的阻值為電流表內(nèi)阻的12，則由并聯(lián)電路特點可知，通過電流表的電流IA是通過R1的電流的12，則IA＝13I總，其中I總為干路電流，所以可以用電流表上表示A的一個小格表示總電流A，選項答案：C7．解析：串聯(lián)電路中電流處處相等，電壓與電阻成正比，阻值大的電阻分壓大，可調(diào)節(jié)范圍大，因此R1作粗調(diào)，選項A錯誤，B正確；并聯(lián)時兩可變電阻兩端的電壓