2022年高考物理一輪-電路的基本概念和規(guī)律教師講解版

文檔來源網(wǎng)絡(luò)整理侵權(quán)必刪9.1電路的基本概念和規(guī)律學(xué)科素養(yǎng)物理觀念科學(xué)思維科學(xué)探究科學(xué)態(tài)度與責(zé)任電流、電阻、電動勢，閉合電路歐姆定律，電功、電功率、焦耳定律等效電源方法、極限思維、數(shù)形結(jié)合思想長度的測量及其測量工具的選用；測量金屬絲的電阻率；用多用電表測量電學(xué)中的物理量；測量電源的電動勢和內(nèi)阻將安全用電和節(jié)約用電的知識應(yīng)用于實(shí)際生活考情分析命題分析：本章內(nèi)容在高考中的高頻考點(diǎn)主要是電學(xué)實(shí)驗(yàn)的知識，同時電路的相關(guān)知識也會考查，一般難度較小，常以選擇題的形式出題。而電學(xué)實(shí)驗(yàn)知識主要考查閉合電路歐姆定律、儀器的選取、電路的設(shè)計與創(chuàng)新知識，有一定的難度，常以實(shí)驗(yàn)題的形式出題。趨勢預(yù)測：電路的分析與計算是本章的重點(diǎn)，要掌握歐姆定律的應(yīng)用問題、動態(tài)分析問題、故障判斷問題、含容電路問題、電功和電功率問題的處理方法，常考選擇題；另外本章知識常與電場、電磁感應(yīng)、交變電流等知識綜合，?？加嬎泐}。電學(xué)實(shí)驗(yàn)是每年高考的必考內(nèi)容，要熟練掌握電阻的測量，電流表、電壓表、多用電表的使用，測量電源電動勢和內(nèi)阻的方法及電學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新和改進(jìn)的方法與思路。備考指導(dǎo)本專題研究部分電路與閉合電路，研究各種電路所加電壓、電流以及消耗的功率所遵循的規(guī)律復(fù)習(xí)中應(yīng)理清各個基本概念，熟記各公式的使用條件由于本專題知識與實(shí)際生活密切聯(lián)系，必須加強(qiáng)培養(yǎng)用物理知識解決實(shí)際問題的能力，同時深刻理解并熟練掌握各相關(guān)實(shí)驗(yàn)的基本原理，加強(qiáng)對基本儀器使用的復(fù)習(xí)以及對設(shè)計實(shí)驗(yàn)方法的遷移運(yùn)用必備知識清單一、電流部分電路歐姆定律1．電流(1)形成的條件：導(dǎo)體中有自由電荷；導(dǎo)體兩端存在電壓．(2)標(biāo)矢性：電流是標(biāo)量，正電荷定向移動的方向規(guī)定為電流的方向．(3)兩個表達(dá)式：①定義式：I＝eq\f(q,t)；②決定式：I＝eq\f(U,R).2．部分電路歐姆定律(1)內(nèi)容：導(dǎo)體中的電流跟導(dǎo)體兩端的電壓成正比，跟導(dǎo)體的電阻成反比．(2)表達(dá)式：I＝eq\f(U,R).(3)適用范圍：金屬導(dǎo)電和電解質(zhì)溶液導(dǎo)電，不適用于氣態(tài)導(dǎo)體或半導(dǎo)體元件．(4)導(dǎo)體的伏安特性曲線(I－U)圖線圖1①比較電阻的大小：圖線的斜率k＝tanθ＝eq\f(I,U)＝eq\f(1,R)，圖1中R1>R2(選填“>”“<”或“＝”)；②線性元件：伏安特性曲線是直線的電學(xué)元件，適用于歐姆定律；③非線性元件：伏安特性曲線是曲線的電學(xué)元件，不適用于歐姆定律．二、電阻及電阻定律1．電阻(1)定義：導(dǎo)體對電流的阻礙作用，叫做導(dǎo)體的電阻．(2)公式：R＝eq\f(U,I)，其中U為導(dǎo)體兩端的電壓，I為通過導(dǎo)體的電流．(3)單位：國際單位是歐姆(Ω)．(4)決定因素：導(dǎo)體的電阻反映了導(dǎo)體阻礙電流的性質(zhì)，其大小由導(dǎo)體本身決定，與加在導(dǎo)體兩端的電壓和通過導(dǎo)體的電流無關(guān)．2．電阻定律(1)內(nèi)容：導(dǎo)體電阻還與構(gòu)成它的材料有關(guān)，同種材料的導(dǎo)體，其電阻R與它的長度l成正比，與它的橫截面積S成反比．(2)公式：R＝ρeq\f(l,S).其中l(wèi)是導(dǎo)體的長度，S是導(dǎo)體的橫截面積，ρ是導(dǎo)體的電阻率，其國際單位是歐·米，符號為Ω·m.(3)適用條件：粗細(xì)均勻的金屬導(dǎo)體或濃度均勻的電解質(zhì)溶液．3．電阻率(1)計算式：ρ＝Req\f(S,l).(2)物理意義：反映導(dǎo)體的導(dǎo)電性能，是導(dǎo)體材料本身的屬性．(3)電阻率與溫度的關(guān)系金屬：電阻率隨溫度升高而增大；負(fù)溫度系數(shù)半導(dǎo)體：電阻率隨溫度升高而減?。?、電功、電功率、電熱及熱功率1．電功(1)定義：導(dǎo)體中的恒定電場對自由電荷的電場力做的功．(2)公式：W＝qU＝IUt(適用于任何電路)．(3)電流做功的實(shí)質(zhì)：電能轉(zhuǎn)化成其他形式能的過程．2．電功率(1)定義：單位時間內(nèi)電流所做的功，表示電流做功的快慢．(2)公式：P＝eq\f(W,t)＝IU(適用于任何電路)．3．焦耳定律(1)電熱：電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流的二次方成正比，跟導(dǎo)體的電阻及通電時間成正比．(2)公式：Q＝I2Rt(適用于任何電路)．4．電功率P＝IU和熱功率P＝I2R的應(yīng)用(1)不論是純電阻電路還是非純電阻電路，電流的電功率均為P電＝UI，熱功率均為P熱＝I2R.(2)對于純電阻電路：P電＝P熱＝IU＝I2R＝eq\f(U2,R).(3)對于非純電阻電路：P電＝IU＝P熱＋P其他＝I2R＋P其他≠eq\f(U2,R)＋P其他．命題點(diǎn)精析（一）電流的理解和計算三個電流表達(dá)式的比較公式適用范圍字母含義公式含義定義式I＝eq\f(q,t)一切電路q為時間t內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量eq\f(q,t)反映了I的大小，但不能說I∝q、I∝eq\f(1,t)微觀式I＝nqSv一切電路n：導(dǎo)體單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)q：每個自由電荷的電荷量S：導(dǎo)體橫截面積v：電荷定向移動速率從微觀上看n、q、S、v決定了I的大小決定式I＝eq\f(U,R)金屬、電解液U：導(dǎo)體兩端的電壓R：導(dǎo)體本身的電阻I由U、R決定，I∝U，I∝eq\f(1,R)典型例題例1在顯像管的電子槍中，從熾熱的金屬絲不斷放出的電子進(jìn)入電壓為U的加速電場，設(shè)其初速度為零，經(jīng)加速后形成橫截面積為S、電流為I的電子束．已知電子的電荷量為e、質(zhì)量為m，則在剛射出加速電場時，一小段長為Δl的電子束內(nèi)的電子個數(shù)是()A.eq\f(IΔl,eS)eq\r(\f(m,2eU)) B.eq\f(IΔl,e)eq\r(\f(m,2eU))C.eq\f(I,eS)eq\r(\f(m,2eU)) D.eq\f(ISΔl,e)eq\r(\f(m,2eU))【答案】B【解析】在加速電場中有eU＝eq\f(1,2)mv2，得v＝eq\r(\f(2eU,m)).在剛射出加速電場時，一小段長為Δl的電子束內(nèi)電荷量為q＝IΔt＝I

eq\f(Δl,v)，則電子個數(shù)n＝eq\f(q,e)＝eq\f(IΔl,e)eq\r(\f(m,2eU))，B正確．練1某些腫瘤可以用“質(zhì)子療法”進(jìn)行治療。在這種療法中，為了能讓質(zhì)子進(jìn)入癌細(xì)胞，首先要實(shí)現(xiàn)質(zhì)子的高速運(yùn)動，該過程需要一種被稱作“粒子加速器”的裝置來實(shí)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(xì)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(xì)柱形的質(zhì)子流。已知細(xì)柱形的質(zhì)子流橫截面積為S，其等效電流為I；質(zhì)子的質(zhì)量為m，其電荷量為e，那么這束質(zhì)子流內(nèi)單位體積的質(zhì)子數(shù)n是()A．eq\f(I,eS)eq\r(\f(2U,m)) B．eq\f(I,eS)eq\r(\f(m,eU))C．eq\f(I,eS)eq\r(\f(2eU,m)) D．eq\f(I,eS)eq\r(\f(m,2eU))【答案】D【解析】質(zhì)子在電場力作用下加速，加速后的速度為v，根據(jù)動能定理，則有eq\f(1,2)mv2＝eU解得v＝eq\r(\f(2eU,m))等效電流為I，單位體積的質(zhì)子數(shù)為n，根據(jù)微觀表達(dá)式可得I＝neSv解得n＝eq\f(I,eS)eq\r(\f(m,2eU))，故D正確，A、B、C錯誤。練2下列說法正確的是()A．電源的電動勢在數(shù)值上等于電源在搬運(yùn)單位正電荷時非靜電力所做的功B．電阻率是反映材料導(dǎo)電性能的物理量，僅與材料種類有關(guān)，與溫度、壓力和磁場等外界因素?zé)o關(guān)C．電流通過導(dǎo)體的熱功率與電流大小成正比D．電容是表征電容器容納電荷本領(lǐng)的物理量，由C＝eq\f(Q,U)可知電容的大小是由Q(帶電荷量)或U(電壓)決定的【答案】A【解析】電源的電動勢在數(shù)值上等于電源搬運(yùn)單位正電荷時非靜電力所做的功，A正確；電阻率是反映材料導(dǎo)電性能的物理量，不僅與材料種類有關(guān)，還與溫度、壓力和磁場等外界因素有關(guān)，B錯誤；電流通過導(dǎo)體的熱功率與電流大小的平方成正比，C錯誤；電容是表征電容器容納電荷本領(lǐng)的物理量，由決定式C＝eq\f(εrS,4πkd)可知電容的大小是由εr(相對介電常數(shù))、S(正對面積)及d(極板間距)等因素決定的，C＝eq\f(Q,U)只是電容的定義式，D錯誤．命題點(diǎn)精析（二）電阻和電阻定律1．電阻與電阻率的關(guān)系電阻率是影響導(dǎo)體電阻大小的因素之一，導(dǎo)體的長度、橫截面積一定時，導(dǎo)體材料的電阻率越大，導(dǎo)體的電阻越大。2．電阻的決定式和定義式的區(qū)別公式R＝ρeq\f(l,S)R＝eq\f(U,I)區(qū)別電阻的決定式電阻的定義式說明了電阻的決定因素提供了一種測定電阻的方法，并不能說明電阻與U和I有關(guān)只適用于粗細(xì)均勻的金屬導(dǎo)體和濃度均勻的電解質(zhì)溶液適用于任何純電阻導(dǎo)體例2用電器到發(fā)電站的距離為l，線路上的電流為I，已知輸電線的電阻率為ρ.為使線路上的電壓降不超過U，那么，輸電線橫截面積的最小值為()A.eq\f(ρlI,U)B.eq\f(2ρlI,U)C.eq\f(U,ρlI)D.eq\f(2Ul,Iρ)【答案】B【解析】輸電線的總長為2l，R＝eq\f(U,I)＝ρ·eq\f(2l,S)，則S＝eq\f(2ρlI,U)，故B正確．練3某同學(xué)拿了一根細(xì)橡膠管，里面灌滿了鹽水，兩端用粗銅絲塞住管口，形成一段封閉的長度為20cm的鹽水柱，測得鹽水柱的電阻大小為R，如果鹽水柱的電阻隨長度、橫截面積的變化規(guī)律與金屬導(dǎo)體相同，則握住橡膠管的兩端把它均勻拉長至40cm，此時鹽水柱的電阻大小為()A．R B．eq\f(1,2)RC．2R D．4R【答案】D【解析】鹽水柱的電阻隨長度、橫截面積的變化規(guī)律與金屬導(dǎo)體相同，故遵守R＝ρeq\f(L,S)，握住橡膠管的兩端把它均勻拉長至40cm，長度變?yōu)樵瓉淼?倍，由V＝LS知，橫截面積變?yōu)樵瓉淼膃q\f(1,2)，根據(jù)R＝ρeq\f(L,S)知，電阻變?yōu)樵瓉淼?倍，即為4R，故A、B、C錯誤，D正確。練42019年3月19日，復(fù)旦大學(xué)科研團(tuán)隊宣稱已成功制備出具有較高電導(dǎo)率的砷化鈮納米帶材料，據(jù)介紹該材料的電導(dǎo)率是石墨烯的1000倍。電導(dǎo)率σ就是電阻率ρ的倒數(shù)，即σ＝eq\f(1,ρ)。下列說法正確的是()A．材料的電導(dǎo)率越小，其導(dǎo)電性能就越強(qiáng)B．材料的電導(dǎo)率與材料的形狀有關(guān)C．電導(dǎo)率的單位是Ω－1·m－1D．電導(dǎo)率大小與溫度無關(guān)【答案】C【解析】由題知，材料的電導(dǎo)率越小，電阻率越大，阻礙電流的本領(lǐng)越強(qiáng)，導(dǎo)電性能越差，A錯誤；電導(dǎo)率與電阻率一樣，與材料的長度、橫截面積等無關(guān)，而與材料本身及溫度、壓力等有關(guān)，B、D錯誤；電阻率的單位是Ω·m，則電導(dǎo)率的單位是Ω－1·m－1，C正確。命題點(diǎn)精析（三）伏安特性曲線的理解及應(yīng)用對伏安特性曲線的理解定義用縱坐標(biāo)表示電流I、橫坐標(biāo)表示電壓U，畫出的I－U圖像應(yīng)用(1)伏安特性曲線上每一點(diǎn)的縱、橫坐標(biāo)對應(yīng)此時的電流值、電壓值(2)I－U圖像中圖線上某點(diǎn)與O點(diǎn)連線的斜率表示電阻的倒數(shù)，斜率越大，電阻越小(3)I－U圖像中圖線上某點(diǎn)到I軸、U軸的垂線與坐標(biāo)軸所圍的面積對應(yīng)此時的電功率兩類圖線(1)線性元件的伏安特性曲線(圖甲中a、b)是過原點(diǎn)的直線，表明它的電阻是不變的(2)非線性元件的伏安特性曲線(圖乙中c、d)是曲線，表明它的電阻是變化的例3(多選)兩電阻R1和R2的伏安特性曲線如圖所示．從圖線可判斷()A．兩電阻阻值的關(guān)系是R1＞R2B．電阻一定時，電流隨著電壓的增大而減小C．電壓相同時，通過R1的電流較大D．兩電阻串聯(lián)接入電路時，R1消耗的功率小【答案】CD【解析】I－U圖象的斜率k＝eq\f(I,U)＝eq\f(1,R)，即圖象的斜率越大，電阻越小，故有R1＜R2，A錯誤；根據(jù)I－U圖象可得電阻一定時，電流隨電壓的增大而增大，B錯誤；從I－U圖象中可得電壓相同時，通過電阻R1的電流較大，C正確；兩電阻串聯(lián)接入電路時，通過兩電阻的電流相同，根據(jù)公式P＝I2R可得電阻越大，消耗的電功率越大，故D正確．練5小燈泡通電后其電流I隨所加電壓U變化的圖線如圖所示，P為圖線上一點(diǎn)，PN為圖線的切線，PQ為U軸的垂線，PM為I軸的垂線，則下列說法中錯誤的是()A．隨著所加電壓的增大，小燈泡的電阻增大B．對應(yīng)P點(diǎn)，小燈泡的電阻為R＝eq\f(U1,I2)C．對應(yīng)P點(diǎn)，小燈泡的電阻為R＝eq\f(U1,I2－I1)D．對應(yīng)P點(diǎn)，小燈泡的功率為圖中矩形PQOM所圍的面積【答案】C【解析】由題圖可知，U越大，小燈泡的電阻越大，故選項A正確．R＝eq\f(U,I)中的U、I與小燈泡所處狀態(tài)下的電壓與電流相對應(yīng)，故選項B正確，C錯誤．對應(yīng)P點(diǎn)，功率P＝U1I2，與題圖中PQOM所圍的面積相等，故選項D正確．練6如圖所示，這是某白熾燈的伏安特性曲線，圖中OA連線與橫軸的夾角為α，A點(diǎn)的坐標(biāo)為(U0，I0)，其切線與縱軸交點(diǎn)的縱坐標(biāo)為I1，則()A．白熾燈的電阻隨電壓的增大而減小B．對應(yīng)A點(diǎn)，白熾燈的電阻可表示為tanαC．對應(yīng)A點(diǎn)，白熾燈的電功率可表示為U0I0D．對應(yīng)A點(diǎn)，白熾燈的電阻可表示為eq\f(U0,I0－I1)【答案】C【解析】由題圖可知，隨電壓U增大通過燈泡的電流I增大，電壓與電流的比值增大，燈泡電阻增大，故A錯誤；對應(yīng)A點(diǎn)，白熾燈的電阻可表示為R＝eq\f(U0,I0)＝eq\f(1,tanα)，故B錯誤；對應(yīng)A點(diǎn)，白熾燈的電功率可表示為P＝U0I0，故C正確；由題圖可知，A點(diǎn)的電壓和電流分別為U0、I0，則在A點(diǎn)燈泡電阻：R＝eq\f(U0,I0)，不能根據(jù)eq\f(U0,I0－I1)求電阻，故D錯誤。命題點(diǎn)精析（四）電功、電功率、電熱、熱功率1．電功和電熱、電功率和熱功率的區(qū)別與聯(lián)系意義公式聯(lián)系電功電流在一段電路中所做的功W＝UIt對純電阻電路，電功等于電熱，W＝Q＝UIt＝I2Rt；對非純電阻電路，電功大于電熱，W＞Q電熱電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量Q＝I2Rt電功率單位時間內(nèi)電流所做的功P＝UI對純電阻電路，電功率等于熱功率，P電＝P熱＝UI＝I2R；對非純電阻電路，電功率大于熱功率，P電＞P熱熱功率單位時間內(nèi)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量P＝I2R例4如圖所示，有一個雙量程電流表，其中小量程為0～1A。已知表頭G的滿偏電流Ig＝500mA，定值電阻R1＝20Ω，R2＝180Ω，則表頭G的內(nèi)阻Rg的值為()A．100Ω B．200ΩC．250Ω D．500Ω【答案】B【解析】當(dāng)與表頭G并聯(lián)的電阻越大時，量程越小，即當(dāng)接線柱接兩端時，量程最小。由歐姆定律可知：(R1＋R2)(I－Ig)＝IgRg，代入數(shù)據(jù)解得：Rg＝200Ω，B正確。練7定值電阻R1、R2、R3的阻值均為2Ω，在電路中所消耗的電功率的最大值分別為10W、10W、2W，現(xiàn)將這三個電阻按照如圖所示的方式連接，則這部分電路消耗的電功率的最大值為()A．22W B．12WC．15W D．16W【答案】B【解析】由題意知R1＝R2＝R3＝2Ω，P1m＝10W，P2m＝10W，P3m＝2W，首先分析兩個并聯(lián)電阻R2、R3所允許消耗的最大功率。因?yàn)镽2與R3并聯(lián)，則兩端電壓相等，由公式P＝eq\f(U2,R)知道，R2與R3所消耗的功率一樣。已知R2與R3本身允許的最大功率分別是10W和2W，所以R2、R3在該電路中的最大功率都是2W，否則會超過R3的最大功率。再分析R1在電路中允許的最大功率。把R2與R3看成一個并聯(lián)電阻R′，則電路就是R1與R′串聯(lián)，而串聯(lián)電路所流過的電流一樣，再由P＝I2R知道，R1與R′所消耗功率之比為R1∶R′，R2與R3的并聯(lián)阻值R′＝eq\f(R2,2)，即eq\f(R1,R′)＝2，所以R1消耗的功率是并聯(lián)電阻R′的2倍，則R1消耗的功率是2×4W＝8W＜10W，所以這部分電路消耗的總功率最大為2W＋2W＋8W＝12W。練8某掃地機(jī)器人其內(nèi)部電機(jī)的電阻為0.5Ω，內(nèi)置鋰電池容量為9A·h，額定功率為24W，額定電壓為8V，則該機(jī)器人正常工作時()A．額定工作電流是3AB．額定工作電流是16AC．掃地機(jī)器人電池充滿電之后最長工作時間9hD．掃地機(jī)器人每秒消耗電能為128J【答案】A【解析】額定工作電壓為8V，額定功率為24W，根據(jù)P＝UI可得：I＝eq\f(P,U)＝3A，故A正確，B錯誤；題中“A·h”是電荷量的單位，則t＝eq\f(Q,I)＝eq\f(9A·h,3A)＝3h，故C錯誤；根據(jù)W＝Pt解得每秒消耗電能為W＝Pt＝24×1J＝24J，故D錯誤。核心素養(yǎng)大提升1.非純電阻電路的分析方法(1)抓住兩個關(guān)鍵量確定電動機(jī)的電壓UM和電流IM是解決所有問題的關(guān)鍵．若能求出UM、IM，就能確定電動機(jī)的電功率P＝UMIM，根據(jù)電流IM和電動機(jī)的電阻r可求出熱功率Pr＝Ieq\o\al(M2)r，最后求出輸出功率P出＝P－Pr.(2)堅持“躲著”求解UM、IM首先，對其他純電阻電路、電源的內(nèi)電路等，利用歐姆定律進(jìn)行分析計算，確定相應(yīng)的電壓或電流．然后，利用閉合電路的電壓關(guān)系、電流關(guān)系間接確定非純電阻電路的工作電壓UM和電流IM.(3)應(yīng)用能量守恒定律分析：要善于從能量轉(zhuǎn)化的角度出發(fā)，緊緊圍繞能量守恒定律，利用“電功＝電熱＋其他能量”尋找等量關(guān)系求解．例5(多選)如圖所示，電源電動勢E＝3V，小燈泡L的規(guī)格為“2V0.4W”，開關(guān)S接1，當(dāng)滑動變阻器調(diào)到R＝4Ω時，小燈泡L正常發(fā)光，現(xiàn)將開關(guān)S接2，小燈泡L和電動機(jī)M均正常工作．則()A．電源內(nèi)阻為1ΩB．電動機(jī)的內(nèi)阻為4ΩC．電動機(jī)正常工作電壓為1VD．電源效率約為93.3%【答案】AD【解析】小燈泡正常工作時的電阻RL＝eq\f(U2,P)＝10Ω，流過小燈泡的電流I＝eq\f(P,U)＝0.2A，當(dāng)開關(guān)S接1時，R總＝eq\f(E,I)＝15Ω，電源內(nèi)阻r＝R總－R－RL＝1Ω，A正確；當(dāng)開關(guān)S接2時，電動機(jī)M兩端的電壓UM＝E－Ir－U＝0.8V，電動機(jī)為非純電阻用電器，電動機(jī)內(nèi)阻RM內(nèi)≠eq\f(UM,I)＝4Ω，電源效率η＝eq\f(E－Ir,E)×100%＝eq\f(2.8V,3V)×100%≈93.3%，D正確．練9一只電飯煲和一臺洗衣機(jī)并聯(lián)接在輸出電壓為220V的交流電源上(其內(nèi)電阻可忽略不計)，均正常工作．用電流表分別測得通過電飯煲的電流是5.0A，通過洗衣機(jī)電動機(jī)的電流是0.50A，則下列說法中正確的是()A．電飯煲的電阻為44Ω，洗衣機(jī)電動機(jī)線圈的電阻為440ΩB．電飯煲消耗的電功率為