2024高考物理一輪復習第八單元第1講電流電阻電功及電功率學案新人教版

PAGE1-第1講電流電阻電功及電功率一、考情分析1．高考對本單元內(nèi)容的考查重點有電路的基本概念和規(guī)律、閉合電路的歐姆定律等學問，通常與電磁學學問綜合考查，而電學試驗在考查基本儀器的運用、試驗原理的理解、試驗數(shù)據(jù)的處理等學問的同時，既留意基礎，又有創(chuàng)新，對應用方面的實力要求較高．2．電學試驗考查學生的實力主要有：試驗儀器的選擇和分析、常見試驗儀器的讀數(shù)、試驗步驟、電路圖的設計、實物圖連接、圖象的應用分析、試驗留意事項等．二、學問特點高考對本單元的考查重點是電路分析、計算以及動態(tài)問題分析，電路的故障分析，電學試驗等，歐姆定律、焦耳定律往往與電磁感應現(xiàn)象相互交叉滲透；電功率、焦耳熱的計算往往與現(xiàn)實生活聯(lián)系較親密．考查電路的基本概念，基本規(guī)律及電路的動態(tài)分析問題一般以選擇題的形式出現(xiàn)．考查各種電學儀器的運用、各試驗的方法和原理、儀器選擇、電路的設計和連接、試驗數(shù)據(jù)的處理及誤差分析，以試驗形式設置．三、復習方法正確理解電路的基礎概念和基本規(guī)律，駕馭基本規(guī)律的運用范圍和適用條件，駕馭電路分析和計算的基本方法；嫻熟駕馭串、并聯(lián)電路的特點，并能正確進行電壓、電流、電阻、電功率等物理量的計算，會進行簡潔的串、并聯(lián)電路的分析計算．駕馭閉合電路歐姆定律的不同表達形式，并能夠結合圖象分析不同的電路綜合問題；要嫻熟駕馭基本儀器的運用方法，讀數(shù)方法，常見儀器和電路的選取方法，儀器的連接方式，試驗數(shù)據(jù)及誤差分析方法等．第1講電流電阻電功及電功率學問點一電流歐姆定律1．電流(1)定義：自由電荷的定向移動形成電流．(2)方向：規(guī)定正電荷定向移動的方向．(3)電流的大?。孩俣x式：I＝eq\f(q,t)；②微觀式：I＝neSv；式中的n是單位體積內(nèi)自由電荷數(shù)，v指電荷定向移動速率．2．歐姆定律(1)內(nèi)容：導體中的電流I跟導體兩端的電壓U成正比，跟導體的電阻R成反比．(2)公式：I＝eq\f(U,R).(3)適用條件：適用于金屬和電解液導電，適用于純電阻電路．學問點二電阻定律1．電阻(1)定義式：R＝eq\f(U,I).(2)物理意義：導體的電阻反映了導體對電流阻礙作用的大小，R越大，阻礙作用越大．2．電阻定律(1)內(nèi)容：同種材料的導體，其電阻跟它的長度成正比，與它的橫截面積成反比，導體的電阻還與構成它的材料有關．(2)表達式：R＝ρeq\f(l,S).3．電阻率(1)計算式：ρ＝Req\f(S,l).(2)物理意義：反映導體的導電性能，是導體材料本身的屬性．(3)電阻率與溫度的關系金屬：電阻率隨溫度上升而增大；半導體：電阻率隨溫度上升而減?。畬W問點三電功率、焦耳定律1．電功(1)定義：導體中的自由電荷在電場力作用下定向移動，電場力做的功稱為電功．(2)公式：W＝qU＝IUt.(3)電流做功的實質(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)電流做的功，表示電流做功的快慢．(2)公式：P＝eq\f(W,t)＝IU.3．焦耳定律(1)電熱：電流流過一段導體時產(chǎn)生的熱量．(2)計算式：Q＝I2Rt.4．熱功率(1)定義：單位時間內(nèi)的發(fā)熱量．(2)表達式：P＝eq\f(Q,t)＝I2R.1．思索推斷(1)規(guī)定正電荷定向移動方向為電流方向，所以電流是矢量．(×)(2)依據(jù)I＝eq\f(q,t)，可知I與q成正比．(×)(3)電流I隨時間t變更的圖象與橫軸所圍面積表示通過導體橫截面的電荷量．(√)(4)由R＝eq\f(U,I)知，導體的電阻與導體兩端電壓成正比，與流過導體的電流成反比．(×)2.如圖所示，將左邊的銅導線和右邊的鋁導線連接起來，已知截面積S鋁＝2S銅．在銅導線上取一截面A，在鋁導線上取一截面B，若在1s內(nèi)垂直地通過它們的電子數(shù)相等，那么通過這兩個截面的電流的大小關系是(A)A．IA＝IB B．IA＝2IBC．IB＝2IA D．不能確定解析：這個題目中有許多干擾項，例如兩個截面的面積不相等、導線的組成材料不同等，但解題關鍵是通過兩截面的電子數(shù)在單位時間內(nèi)相等，依據(jù)I＝eq\f(q,t)可知電流相等．3.如圖所示，厚薄勻稱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，電流強度為2A，若將A與B接入電壓恒為U的電路中，則電流為(A)A．0.5A B．1AC．2A D．4A解析：設金屬薄片厚度為d′，依據(jù)電阻定律公式R＝ρeq\f(l,S)，有RCD＝ρeq\f(lbc,lab·d′)，RAB＝ρeq\f(lab,lbc·d′)，故eq\f(RCD,RAB)＝eq\f(1,2)×eq\f(1,2)＝eq\f(1,4)；依據(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41，故其次次電流為0.5A，故選A.4．有一根長1.22m的導線，橫截面積為0.10mm2.在它兩端加0.60V電壓時，通過它的電流正好是0.10A．則這根導線的材料是(下表是常溫下幾種材料的電阻率，單位為Ω·m)(C)銅錳銅合金鎳銅合金鋁1.7×10－84.4×10－75.0×10－72.9×10－8A.銅絲 B．錳銅合金C．鎳銅合金 D．鋁絲解析：由R＝eq\f(U,I)及R＝ρeq\f(l,S)得ρ＝eq\f(US,Il)＝eq\f(0.6×0.1×10－6,0.1×1.22)Ω·m＝4.9×10－7Ω·m.所以導線是由鎳銅合金制成的．5．下圖的四個圖象中，最能正確地表示家庭常用的白熾燈在不同電壓下消耗的電功率P與電壓二次方U2之間函數(shù)關系的是(C)解析：白熾燈為純電阻，其功率表達式為P＝eq\f(U2,R)，而U越大，電阻越大，圖象上對應點與原點連線的斜率越小，C正確．考點1電流的理解與計算三個電流表達式的比較1．如圖所示為一磁流體發(fā)電機示意圖，A、B是平行正對的金屬板，等離子體(電離的氣體，由自由電子和陽離子構成，整體呈電中性)從左側進入，在t時間內(nèi)有n個自由電子落在B板上，則關于R中的電流大小及方向推斷正確的是(A)A．I＝eq\f(ne,t)，從上向下 B．I＝eq\f(2ne,t)，從上向下C．I＝eq\f(ne,t)，從下向上 D．I＝eq\f(2ne,t)，從下向上解析：由于自由電子落在B板上，陽離子落在A板上，因此R中的電流方向為自上而下，電流大小I＝eq\f(q,t)＝eq\f(ne,t)，A正確．2.如圖所示，在一價離子的電解質(zhì)溶液內(nèi)插有兩根碳棒A和B作為電極，將它們接在直流電源上，于是溶液里就有電流通過．若在t時間內(nèi)，通過溶液內(nèi)截面S的正離子數(shù)為n1，通過的負離子數(shù)為n2，設元電荷為e，則以下說法中正確的是(D)A．正離子定向移動形成的電流方向為A→B，負離子定向移動形成的電流方向為B→AB．溶液內(nèi)由于正、負離子移動方向相反，溶液中的電流抵消，電流等于零C．溶液內(nèi)的電流方向為A→B，電流I＝eq\f(n1e,t)D．溶液內(nèi)的電流方向為A→B，電流I＝eq\f(n1＋n2e,t)解析：電荷的定向移動形成電流，規(guī)定正電荷定向移動的方向為電流方向，負電荷定向移動的方向為電流的反方向，由圖可知，電流方向是A→B，帶電離子在溶液中定向移動形成電流，電流不為零，電流I＝eq\f(q,t)＝eq\f(n1e＋n2e,t)，故選項D正確，A、B、C錯誤．3.如圖所示，有一根長為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，棒內(nèi)產(chǎn)生電流，自由電子定向移動的平均速率為v，則金屬棒內(nèi)的電場強度大小為(C)A.eq\f(mv2,2eL) B.eq\f(nv2Sm,e)C．ρnev D.eq\f(ρev,SL)解析：由電流定義可知I＝eq\f(q,t)＝eq\f(nvtSe,t)＝neSv，由歐姆定律可得U＝IR＝neSv·ρeq\f(L,S)＝ρneLv，又E＝eq\f(U,L)，故E＝ρnev，選項C正確．考點2電阻定律和歐姆定律1．電阻與電阻率的區(qū)分(1)電阻反映了導體對電流阻礙作用的大小，而電阻率則反映制作導體的材料導電性能的好壞．(2)導體的電阻大，電阻率不肯定大，它的導電性能不肯定差；導體的電阻率小，電阻不肯定小，即它對電流的阻礙作用不肯定?。?3)導體的電阻、電阻率均與溫度有關．2．電阻的確定式和定義式的比較公式確定式定義式R＝ρeq\f(l,S)R＝eq\f(U,I)區(qū)分指明白電阻的確定因素供應了一種測定電阻的方法，電阻與U和I無關適用于粗細勻稱的金屬導體和分布勻稱的導電介質(zhì)適用于任何純電阻導體相同點都不能反映電阻的實質(zhì)(要用微觀理論說明)(多選)一根粗細勻稱的金屬導線，在其兩端加上電壓U0時，通過導線的電流為I0，導線中自由電子定向移動的平均速率為v，若將導線勻稱拉長，使它的橫截面半徑變?yōu)樵瓉淼膃q\f(1,2)，再給它兩端加上電壓2U0，則()A．通過導線的電流為eq\f(I0,8)B．通過導線的電流為eq\f(I0,16)C．導線中自由電子定向移動的速率為eq\f(v,4)D．導線中自由電子定向移動的速率為eq\f(v,2)【審題關鍵點】本題應依據(jù)電阻定律R＝ρeq\f(l,S)，結合歐姆定律I＝eq\f(U,R)和電流的微觀表達式I＝neSv進行分析．【解析】將金屬導線勻稱拉長，因半徑變?yōu)樵瓉淼囊话?，則橫截面積變?yōu)樵瓉淼膃q\f(1,4)，其長度變?yōu)樵瓉淼?倍，依據(jù)電阻定律R＝ρeq\f(l,S)分析可知，電阻變?yōu)樵瓉淼?6倍，又電壓變?yōu)?U0，依據(jù)歐姆定律I＝eq\f(U,R)可知，電流變?yōu)閑q\f(I0,8)，A正確，B錯誤；依據(jù)電流的微觀表達式I＝nevS，其中n、e不變，電流變?yōu)樵瓉淼膃q\f(1,8)，橫截面積變?yōu)樵瓉淼膃q\f(1,4)，則自由電子定向移動的平均速率變?yōu)閑q\f(v,2)，C錯誤，D正確．【答案】AD高分技法1．(多選)如圖所示，R1和R2是同種材料、厚度相同、表面為正方形的導體，但R1的尺寸比R2的尺寸大．在兩導體上加相同的電壓，通過兩導體的電流方向如圖所示，則下列說法中正確的是(BD)A．R1中的電流小于R2中的電流B．R1中的電流等于R2中的電流C．R1中自由電荷定向移動的速率大于R2中自由電荷定向移動的速率D．R1中自由電荷定向移動的速率小于R2中自由電荷定向移動的速率解析：設正方形的邊長為L、厚度為d，則I＝eq\f(U,R)，R＝ρeq\f(L,S)＝ρeq\f(L,L·d)＝eq\f(ρ,d)，得I＝eq\f(Ud,ρ)，故R1、R2中的電流相等，A錯誤，B正確；由I＝nqSv＝nqLdv得，L大則v小，C錯誤，D正確．2．用如圖所示的電路可以測量電阻的阻值．圖中Rx是待測電阻，R0是定值電阻，G是靈敏度很高的電流表，MN是一段勻稱的電阻絲．閉合開關，變更滑動頭P的位置，當通過電流表G的電流為零時，測得MP＝l1，PN＝l2，則Rx的阻值為(C)A.eq\f(l1,l2)R0 B.eq\f(l1,l1＋l2)R0C.eq\f(l2,l1)R0 D.eq\f(l2,l1＋l2)R0解析：通過電流表G的電流為零時，P點的電勢與R0和Rx連接點的電勢相等，即U0＝UMP，依據(jù)歐姆定律有U0＝eq\f(UMN,R0＋Rx)R0，UMP＝eq\f(UMN,Rl1＋Rl2)Rl1，則eq\f(R0,R0＋Rx)＝eq\f(Rl1,Rl1＋Rl2)，由此得eq\f(R0,Rx)＝eq\f(Rl1,Rl2)，依據(jù)電阻定律得，電阻絲的電阻R∝l，故eq\f(R0,Rx)＝eq\f(l1,l2)，所以Rx＝eq\f(l2,l1)R0，正確選項為C.考點3導體伏安特性的理解和應用1．圖線的意義(1)由于導體的導電性能不同，所以不同的導體有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，對應這一狀態(tài)下的電阻．2．兩類圖線如圖甲所示，電路中電源電動勢為3.0V，內(nèi)阻不計，L1、L2、L3為三個相同規(guī)格的小燈泡，小燈泡的伏安特性曲線如圖乙所示．當開關閉合后，下列說法中正確的是()A．L1中的電流為L2中電流的2倍B．L3的電阻約為1.875ΩC．L3的電功率約為0.75WD．L2和L3的總功率約為3W【解析】由于不計電源內(nèi)阻，所以L1兩端電壓為3V，L2和L3兩端的電壓均為U＝1.5V，由題圖乙可知此時通過L1的電流為1.0A，通過L2和L3的電流為I＝0.8A，所以L1中的電流不是L2中電流的2倍，A錯誤；L3的電阻R＝eq\f(U,I)＝1.875Ω，B正確；L3的電功率P＝UI＝1.5×0.8W＝1.2W，C錯誤；L2和L3的總功率P′＝2P＝2.4W，D錯誤．【答案】B高分技法(1)I-U圖象叫做導體的伏安特性曲線，U-I圖象是元件兩端的電壓與流過它的電流之間的關系圖象．(2)U-I(或I-U)圖象為曲線時，圖線上某點與O點連線的斜率表示電阻(的倒數(shù))，但圖線的斜率沒有實際意義．3.某一導體的伏安特性曲線如圖中AB(曲線)所示，關于導體的電阻，以下說法正確的是(B)A．B點的電阻為12ΩB．B點的電阻為40ΩC．工作狀態(tài)從A變更到了B時，導體的電阻因溫度的影響變更了1ΩD．工作狀態(tài)從A變更到了B時，導體的電阻因溫度的影響變更了9Ω解析：依據(jù)電阻的定義式可以求出A、B兩點的電阻分別為RA＝eq\f(3,0.1)Ω＝30Ω，RB＝eq\f(6,0.15)Ω＝40Ω，所以ΔR＝RB－RA＝10Ω，故B正確，A、C、D錯誤．4.(多選)小燈泡通電后其電流I隨所加電壓U變更的圖線如圖所示，P為圖線上一點，PN為圖線在P點的切線，PQ為U軸的垂線，PM為I軸的垂線，則下列說法中正確的是(ABD)A．隨著所加電壓的增大，小燈泡的電阻增大B．對應P點，小燈泡的電阻為R＝eq\f(U1,I2)C．對應P點，小燈泡的電阻為R＝eq\f(U1,I2－I1)D．對應P點，小燈泡的功率為圖中矩形PQOM所圍的面積大小解析：I-U圖線上的點與原點連線的斜率漸漸減小，說明電阻漸漸增大，A正確；對應P點，小燈泡的電阻為R＝eq\f(U1,I2)≠eq\f(U1,I2－I1)，B正確，C錯誤；對應P點，小燈泡的功率為P＝I2U1，此值恰為圖中矩形PQOM的面積，D正確．考點4電功與電熱的計算1．純電阻電路與非純電阻電路的比較純電阻電路非純電阻電路實例白熾燈、電爐、電飯鍋、電熱毯、電熨斗及轉(zhuǎn)子被卡住的電動機等工作中的電動機、電解槽、日光燈等能量轉(zhuǎn)化電路中消耗的電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能W＝Q電路中消耗的電能除轉(zhuǎn)化為內(nèi)能外，還轉(zhuǎn)化為其他形式的能W>Q電功的計算W＝UIt＝I2Rt＝eq\f(U2,R)tW＝UIt電熱的計算Q＝UIt＝I2Rt＝eq\f(U2,R)tQ＝I2Rt2.非純電阻電路的分析思路：處理非純電阻電路問題時，要擅長從能量轉(zhuǎn)化的角度動身，圍繞能量守恒定律，利用“電功＝電熱＋其他能量”分析、求解．(多選)如圖所示是某始終流電動機提升重物的示意圖，重物質(zhì)量m＝50kg，電源供應應電動機的電壓為U＝110V，不計各種摩擦，當電動機以v＝0.9m/s的恒定速率向上提升重物時，通過電動機的電流為I＝5.0A，重力加速度g取10m/s2，則()A．電動機的輸入功率為550WB．電動機提升重物的功率為550WC．電動機提升重物的功率為450WD．電動機的線圈電阻為22Ω【分析】(1)重物勻速上升，拉力F＝mg，故提升重物的功率P＝Fv＝mgv.(2)電動機的輸入功率＝提升重物的功率＋熱功率．【解析】電動機的輸入功率P入＝UI＝110×5.0W＝550W，A對；提升重物的功率P出＝mgv＝50×10×0.9W＝450W，B錯，C對；由P入＝P出＋P熱和P熱＝I2R線得R線＝eq\f(P入－P出,I2)＝eq\f(550－450,25)Ω＝4Ω，D錯．【答案】AC高分技法非純電阻電路中