高考物理一輪復(fù)習(xí)考點(diǎn)精講精練第19講　電阻定律 歐姆定律 焦耳定律及電功率（原卷版）

第19講電阻定律歐姆定律焦耳定律及電功率1、理解電流概念，并會(huì)用微觀表達(dá)式求電流。2、理解電阻定律和歐姆定律，并能利用其計(jì)算電阻。3、理解電功率和焦耳定律，并會(huì)計(jì)算純電阻和非純電阻的熱功率等問題。考點(diǎn)一對電阻、電阻定律的理解和應(yīng)用1．電阻(1)定義式：R＝eq\f(U,I).(2)物理意義：導(dǎo)體的電阻反映了導(dǎo)體對電流阻礙作用的大小．2．電阻定律：R＝ρeq\f(l,S).3．電阻率(1)物理意義：反映導(dǎo)體導(dǎo)電性能的物理量，是導(dǎo)體材料本身的屬性．(2)電阻率與溫度的關(guān)系①金屬的電阻率隨溫度升高而增大；②半導(dǎo)體的電阻率隨溫度升高而減??；③超導(dǎo)體：當(dāng)溫度降低到絕對零度附近時(shí)，某些材料的電阻率突然減小為零，成為超導(dǎo)體．4．電阻與電阻率的區(qū)別(1)電阻是反映導(dǎo)體對電流阻礙作用大小的物理量，電阻大的導(dǎo)體對電流的阻礙作用大．電阻率是反映制作導(dǎo)體的材料導(dǎo)電性能好壞的物理量，電阻率小的材料導(dǎo)電性能好．(2)導(dǎo)體的電阻大，導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性能不一定差；導(dǎo)體的電阻率小，電阻不一定小，即電阻率小的導(dǎo)體對電流的阻礙作用不一定?。?3)導(dǎo)體的電阻、電阻率均與溫度有關(guān)．5．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)體根據(jù)歐姆定律I=UR、串聯(lián)電路總電阻R＝R1+R2+...、并聯(lián)電路總電阻1RA．所選的a、b兩種金屬絲的長度必須是相同的 B．所選的a、b兩種金屬絲的橫截面積必須是相同的 C．所選的a、b兩種金屬絲長度和橫截面積都必須是相同的 D．所選的a、b兩種金屬絲長度和橫截面積都可以不做限制如圖所示，兩根材料相同的均勻?qū)w柱m和n，m長為l，n長為2l，串聯(lián)在電路圖1中時(shí)，沿x軸方向電勢變化如圖2φ﹣x所示，選取x＝3l處電勢為零，則導(dǎo)體柱m、n的橫截面積之比為（）A．13 B．12 C．14在電噴汽車的進(jìn)氣管道中，廣泛地使用著一種叫“電熱絲式”空氣流量傳感器的部件，其核心部分是一種用特殊合金材料制作的電熱絲。如圖所示，當(dāng)進(jìn)氣管道中的冷空氣流速越大時(shí)，電阻R兩端的電壓U0就變得越高；反之，電壓U0就越低。這樣，管道內(nèi)空氣的流量就轉(zhuǎn)變成了可以測量的電壓信號，便于汽車內(nèi)的電腦系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。如果將這種電熱絲放在實(shí)驗(yàn)室中測量，得到的伏安特性曲線可能是（）A． B． C． D．考點(diǎn)二對歐姆定律及伏安特性曲線的理解1．I＝eq\f(U,R)與R＝eq\f(U,I)的區(qū)別(1)I＝eq\f(U,R)是歐姆定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式，表示通過導(dǎo)體的電流I與電壓U成正比，與電阻R成反比．(2)公式R＝eq\f(U,I)是電阻的定義式，它表明了一種測量電阻的方法，不能錯(cuò)誤地認(rèn)為“電阻跟電壓成正比，跟電流成反比”．2．對伏安特性曲線的理解(1)圖1甲中的圖線a、b表示線性元件，圖乙中的圖線c、d表示非線性元件．(2)圖象的斜率表示電阻的倒數(shù)，斜率越大，電阻越小，故Ra＜Rb(如圖甲所示)．(3)圖線c的電阻隨電壓的增大而減小，圖線d的電阻隨電壓的增大而增大(如圖乙所示)．(4)伏安特性曲線上每一點(diǎn)的電壓坐標(biāo)與電流坐標(biāo)的比值對應(yīng)這一狀態(tài)下的電阻．（2023?浙江模擬）圖像是解決物理問題的好方法，下列關(guān)于圖像的分析正確的是（）A．圖甲中A、B兩物體v﹣t圖的交點(diǎn)表示兩物體在t1時(shí)刻相遇 B．圖乙為某硅光電池的路端電壓與電流的關(guān)系圖，則電池在P點(diǎn)狀態(tài)下的內(nèi)阻為直線MP的斜率的大小 C．圖丙為某白熾燈電壓與電流的關(guān)系曲線，則圖中Q點(diǎn)切線的斜率表示該燈泡在電壓為2.0V時(shí)的電阻 D．圖丁的陰影部分的面積反映了該變力作用下物體從x1到x2的過程中力的功率（2023?豐臺(tái)區(qū)一模）2023年3月，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)超導(dǎo)量子計(jì)算實(shí)驗(yàn)室成功實(shí)現(xiàn)了三維封裝量子計(jì)算機(jī)原型，其主要構(gòu)成材料之一為金屬超導(dǎo)體。超導(dǎo)體指的是低于某一溫度后電阻為零的導(dǎo)體，且當(dāng)超導(dǎo)體置于外磁場中時(shí)，隨著溫度的降低，超導(dǎo)體表面能夠產(chǎn)生一個(gè)無損耗的超導(dǎo)電流，這一電流產(chǎn)生的磁場，讓磁感線被排斥到超導(dǎo)體之外。如圖為某超導(dǎo)體在不同溫度下兩端電壓和流經(jīng)超導(dǎo)體電流的U﹣I特性曲線，溫度分別為T1、T2、T3，下列說法正確的是（）A．當(dāng)超導(dǎo)體處在超導(dǎo)狀態(tài)時(shí)，兩端能夠測出電壓 B．將超導(dǎo)體置于磁場中，處于超導(dǎo)狀態(tài)時(shí)內(nèi)部磁感應(yīng)強(qiáng)度不為零 C．根據(jù)三條曲線的變化趨勢，可推斷T1＜T2＜T3 D．隨著流經(jīng)超導(dǎo)體的電流增大，超導(dǎo)狀態(tài)將被破壞（多選）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，下列說法中正確的是（）A．隨著所加電壓的增大，小燈泡的電阻減小 B．對應(yīng)P點(diǎn)，小燈泡的電阻為R=UC．對應(yīng)P點(diǎn)，小燈泡的電阻為R=UD．對應(yīng)P點(diǎn)，小燈泡的功率為圖中矩形PQOM所圍“面積”考點(diǎn)三電功、電功率、電熱與熱功率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(shí)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(shí)間成正比．(2)公式：Q＝I2Rt.4．電功率P＝IU和熱功率P＝I2R的應(yīng)用(1)不論是純電阻還是非純電阻，電流的電功率均為P電＝UI，熱功率均為P熱＝I2R.(2)對于純電阻而言：P電＝P熱＝IU＝I2R＝eq\f(U2,R).(3)對于非純電阻而言：P電＝IU＝P熱＋P其他＝I2R＋P其他≠eq\f(U2,R)＋P其他．（2024?保定一模）如圖所示電路，R1是可變電阻，R2是定值電阻，保持干路電流I不變的情況下，減小R1，下列說法正確的是（）A．AB間電阻增大 B．R1兩端的電壓可能不變 C．兩個(gè)電阻消耗的總功率可能不變 D．R2消耗的功率減小（2024?廈門模擬）福廈高鐵是中國首條設(shè)計(jì)速度達(dá)350km/h的跨海高鐵，自福州向南經(jīng)莆田、泉州、廈門，終至漳州，其線路如圖所示。一高速列車從福州南站出發(fā)行駛230km抵達(dá)廈門北站，歷時(shí)1小時(shí)，已知列車使用電能進(jìn)行供能且平均功率約為5600kW，則列車從福州南站行駛到廈門北站的過程中（）A．最大速度“350km/h”約為1260m/s B．位移大小為230km C．平均速率約為230m/s D．消耗的電能約為2×1010J（2023秋?慈溪市期末）如表是某電動(dòng)汽車的主要參數(shù)，下列說法正確的是（）空車質(zhì)量800kg電池能量60kW?h標(biāo)準(zhǔn)承載200kg標(biāo)準(zhǔn)承載下的最大續(xù)航200km所受阻力與汽車總重比值0.08A．工作時(shí)，電動(dòng)汽車的電動(dòng)機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電池的化學(xué)能 B．標(biāo)準(zhǔn)承載下，電動(dòng)汽車以36km/h的速度勻速行駛20min，消耗電能9.6×106J C．標(biāo)準(zhǔn)承載下，該電池在使用時(shí)的能量轉(zhuǎn)化效率為27% D．標(biāo)準(zhǔn)承載下，汽車以72km/h的速度勻速行駛，汽車電動(dòng)機(jī)輸出功率為16kW考點(diǎn)四電流的微觀解釋和表達(dá)式的應(yīng)用“柱體微元”模型帶電粒子在外加電場的作用下，形成定向移動(dòng)的粒子流，從中取一圓柱形粒子流作為研究對象，即為“柱體微元”模型．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(gè)自由電荷的電荷量為q，電荷定向移動(dòng)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(shí)間t＝eq\f(L,v).(3)電流的微觀表達(dá)式I＝eq\f(Q,t)＝nqvS.（2024?門頭溝區(qū)一模）對于同一物理問題，常?？梢詮暮暧^與微觀兩個(gè)不同角度進(jìn)行研究，找出其內(nèi)在聯(lián)系，從而更加深刻的理解其物理本質(zhì)。一段長為l、電阻率為ρ、橫截面積為S的細(xì)金屬直導(dǎo)線，單位體積內(nèi)有n個(gè)自由電子，電子電荷量為e、質(zhì)量為m。經(jīng)典物理學(xué)認(rèn)為，金屬的電阻源于定向運(yùn)動(dòng)的自由電子與金屬離子（即金屬原子失去電子后的剩余部分）的碰撞，該碰撞過程將對電子的定向移動(dòng)形成一定的阻礙作用，該作用可等效為施加在電子上的一個(gè)沿導(dǎo)線的平均阻力。若電子受到的平均阻力大小與電子定向移動(dòng)的速率成正比，比例系數(shù)為k。下列說法不正確的是（）A．比例系數(shù)k＝neρ B．當(dāng)該導(dǎo)線通有恒定的電流I時(shí)導(dǎo)線中自由電子定向移動(dòng)的速率v=lC．比例系數(shù)k與導(dǎo)線中自由電子定向移動(dòng)的速率v無關(guān) D．金屬中的自由電子定向移動(dòng)的速率不變，則電場力對電子做的正功與阻力對電子做的負(fù)功大小相等（2023秋?徐匯區(qū)校級期末）橫截面積為S的導(dǎo)線中，通有大小為I的電流，已知導(dǎo)線單位體積中有n個(gè)自由電子，每個(gè)自由電子的電荷量是e，自由電子定向移動(dòng)的速率是v，則在時(shí)間Δt內(nèi)通過導(dǎo)線截面的電子數(shù)是（）A．IΔt B．nvΔt C．nSvΔt D．IΔt某些腫瘤可以用“質(zhì)子療法”進(jìn)行治療。為了能讓質(zhì)子進(jìn)入癌細(xì)胞，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)電壓為U的加速器加速，形成細(xì)柱形的質(zhì)子流。若質(zhì)子流橫截面積為S，質(zhì)子的質(zhì)量為m，電量為e，質(zhì)子流內(nèi)單位長度的質(zhì)子數(shù)為n。則質(zhì)子流形成的電流大小為（）A．neS2eUm B．ne2eUm C．題型1電流定義式的應(yīng)用（2024?淄博一模）阿秒（as）光脈沖是一種發(fā)光持續(xù)時(shí)間極短的光脈沖，如同高速快門相機(jī)，可用以研究原子內(nèi)部電子高速運(yùn)動(dòng)的過程。已知1as＝10﹣18s，電子所帶電荷量為1.6×10﹣19C，氫原子核外電子繞原子核做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的等效電流約為1×10﹣3A。目前阿秒光脈沖的最短時(shí)間為43as，電子繞氫原子核一周的時(shí)間約為該光脈沖時(shí)間的（）A．2.8倍 B．3.7倍 C．4.2倍 D．5.5倍（2023秋?東城區(qū)期末）閃電的可見部分之前有一個(gè)不可見階段，在該階段，由于雷雨云和地面間強(qiáng)大的電場，云底首先出現(xiàn)大氣被強(qiáng)烈電離形成的一段暗淡的氣柱，這種氣柱逐級從云底向下延伸到地面，稱梯級先導(dǎo)。梯級先導(dǎo)長約50m、直徑約6m、電流約100A，可視為電子柱，它以平均約1.5×105m/s的速度一級一級地伸向地面，一旦接近地面，柱內(nèi)的電子迅速地傾泄到地面，在傾泄期間，運(yùn)動(dòng)電子與柱內(nèi)空氣的碰撞導(dǎo)致明亮的閃光。一般情況下雷雨云距離地面1000m左右。用高速攝像機(jī)研究發(fā)現(xiàn)梯級先導(dǎo)電流主要集中在直徑為幾厘米的核心通道內(nèi)流動(dòng)。已知若電荷均勻分布在一條長直線上，與長直線距離為r處的電場強(qiáng)度大小的表達(dá)式為E=2kλr（λ為單位長度上的電荷量，k＝9×109N?m2/C2，e＝1.6×10﹣A．梯級先導(dǎo)到達(dá)地面的時(shí)間約為7×10﹣6s B．電子柱內(nèi)的平均電子數(shù)密度約為1×1012個(gè)/m3 C．核心通道每米長度上的電荷量約為6×10﹣6C D．電子柱邊緣處的電場強(qiáng)度大小約為4×106N/C題型2電流微觀表達(dá)式的應(yīng)用下列關(guān)于金屬導(dǎo)電的說法正確的是（）A．金屬導(dǎo)電是因?yàn)榻饘僦械脑雍撕妥杂呻娮酉蛳喾捶较蜻\(yùn)動(dòng)導(dǎo)致 B．金屬中的電子做無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)，從宏觀上看形成電流 C．金屬導(dǎo)體中自由電子的漂移速度比其熱運(yùn)動(dòng)的速度小很多，但漂移速度的存在才形成了電流D．金屬導(dǎo)體中自由電子的漂移速度比其熱運(yùn)動(dòng)的速度小很多，因此漂移速度不能形成電流如圖所示，一根長為L、橫截面積為S的金屬棒，其材料的電阻率為ρ，棒內(nèi)單位體積內(nèi)自由電子數(shù)為n，電子的質(zhì)量為m、電荷量為e。在棒兩端加上恒定的電壓時(shí)，棒內(nèi)產(chǎn)生電流，自由電子定向運(yùn)動(dòng)的平均速率為v，則金屬棒內(nèi)的電場強(qiáng)度大小為（）A．mv2eL B．ρnev C．mv2題型3電阻定律的應(yīng)用（2023秋?江西期末）關(guān)于電阻、電壓和電流下列說法中正確的是（）A．由R=UIB．導(dǎo)體的電阻率一般與導(dǎo)體長度、形狀、大小均有關(guān) C．金屬的電阻率一般隨溫度的升高而減小 D．由R=ρL（2023秋?濱海新區(qū)期末）如圖所示，兩段長度和材料相同、粗細(xì)均勻的金屬導(dǎo)線a、b，單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)相等，橫截面積之比為Sa：Sb＝1：2。已知5s內(nèi)有5×1018個(gè)自由電子通過導(dǎo)線a的橫截面，電子電荷量為1.6×10﹣19C，則（）A．5s內(nèi)有5×1018個(gè)自由電子通過導(dǎo)線b的橫截面 B．流經(jīng)導(dǎo)線b的電流為0.32A C．自由電子在導(dǎo)線a和b中移動(dòng)的速率之比va：vb＝1：2 D．a(chǎn)、b兩端電壓之比為1：1題型4歐姆定律及伏安特性曲線的綜合應(yīng)用（多選）（2023秋?懷柔區(qū)期末）某研究性學(xué)習(xí)小組描繪了三種電學(xué)元件的伏安特性曲線，如圖所示，下列判斷中正確的是（）A．圖甲反映該電學(xué)元件的導(dǎo)電性能隨電壓的增大而增強(qiáng) B．圖乙反映溫度會(huì)影響該電學(xué)元件的導(dǎo)電性能 C．圖丙反映該電學(xué)元件加正向電壓和反向電壓時(shí)導(dǎo)電性能一樣 D．圖丙反映該電學(xué)元件如果加了較高的反向電壓（大于40V）時(shí)，反向電流才急劇變大（2024?順義區(qū)二模）某同學(xué)想通過測繪一只額定電壓為2.5V小燈泡的I﹣U圖像來研究小燈泡的電阻隨電壓變化的規(guī)律。實(shí)驗(yàn)電路如圖甲所示，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)描繪的I﹣U圖像如圖乙所示。列說法正確的是（）A．小燈泡正常工作時(shí)的電阻約為5.8Ω B．隨著小燈泡兩端電壓的增大，小燈泡的電阻變小 C．該實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)誤差主要是由電流表的分壓引起的 D．圖甲中開關(guān)S閉合之前，應(yīng)把滑動(dòng)變阻器的滑片置于A處題型5電功與電熱、電功率與電熱功率（2023秋?豐臺(tái)區(qū)期末）如圖所示，將一個(gè)電動(dòng)機(jī)M接在電路中，正常工作時(shí)測得電動(dòng)機(jī)兩端的電壓為U1，流過電動(dòng)機(jī)的電流為I1；將電動(dòng)機(jī)短時(shí)間卡住時(shí)，測得電動(dòng)機(jī)兩端的電壓為U2，流過電動(dòng)機(jī)的電流為I2。下列說法正確的是（）A．電動(dòng)機(jī)線圈電阻為U1B．正常工作時(shí)，電動(dòng)機(jī)消耗的電功率為U1I1 C．正常工作時(shí)，電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的熱功率為U1I1 D．正常