高考物理大一轮复习第8章恒定电流第1节电流电阻电功及电功率课件.pdf

第八章恒定电流高考导航考点内容要求高考（全国卷）三年命 题情况对照分析2017欧姆定律II卷I t23：研究小灯泡 的伏安特性曲线卷Ilf：测微安表的 内阻，实物连线卷皿口23：多用电表电阻定律I电阻的串联、并联I电源的电动势和内阻II闭合电路的欧姆定律II考点内容要求高考（全国卷）三年命 题情况对照分析2017电功率、焦耳定律I卷1-t23：研究小灯泡 的伏安特性曲线卷nT23：测微安表的 内阻，实物连线卷皿口23：多用电表实验八：测定金属的电阻率（同时练习使用螺旋测微器）实验九：描绘小电珠的伏安特性曲线实验十：测定电源的电动势和内阻实验十一：练习使用多用电表考点内容要求高考（全国卷）三年命 题情况对照分析 2018欧姆定律II卷I t23：热敏电阻的 阻值随温度变化的曲 线卷nT22：电表的改装 卷山口23：电阻的测 量、实物连线电阻定律I电阻的串联、并联I电源的电动势和内阻II闭合电路的欧姆定律II考点内容要求高考（全国卷）三年命 题情况对照分析2018电功率、焦耳定律I卷I t23：热敏电阻的 阻值随温度变化的曲 线卷nT22：电表的改装 卷山口23：电阻的测 量、实物连线实验八：测定金属的电阻率（同时练习使用螺旋测微器）实验九：描绘小电珠的伏安特性曲线实验十：测定电源的电动势和内阻实验十一：练习使用多用电表考点内容要求高考（全国卷）三年 命题情况对照分析2019欧姆定律II卷1%电表的改电阻定律I装与电路设计电阻的串联、并联I卷11%研究二极电源的电动势和内阻II管电压与温度关系闭合电路的欧姆定律II卷川口23：欧姆表改电功率、焦耳定律I装及设计考点内容要求高考（全国卷）三年 命题情况对照分析2019实验八：测定金属的电阻率（同时练习使用螺旋测微器）卷1123：电表的改 装与电路设计卷nT23：研究二极 管电压与温度关系 卷111口23：欧姆表改 装及设计实验九：描绘小电珠的伏安特性曲线实验十：测定电源的电动势和内阻实验十一：练习使用多用电表考点内容要求高考（全国卷）三年命题 情况对照分析命题分析欧姆定律II1 从高考题型看,以选择 题和实验题的形式命 题，且每年必有电学实 验题。电阻定律I电阻的串联、并联I电源的电动势和内阻II考点内容要求高考（全国卷）三年命题 情况对照分析命题分析闭合电路的欧姆定律II2.对电学实验的考查方 式有：基本仪器的使用、读数、画实验原理图、设计实验方案、实验器 材的选取、连接实物图电功率、焦耳定律I实验八：测定金属的电阻率（同时练习使用螺旋测微器）实验九：描绘小电珠的伏安特性曲线实验十：测定电源的电动势和内阻实验十一：练习使用多用电表等多种方式。物理观念：电功、电热、电功率、电动势、内阻、电阻串联、并联。科学思维：欧姆定律、电阻定律、闭合电路的欧姆定律、核心焦耳定律。素养科学探究：测定金属丝电阻率、描绘小电珠的伏安特性曲 线、测定电源的电动势和内阻（如2017卷1123）。科学态度与责任：电路设计与安全、练习使用多用电表（如 2019卷 I-T23）o第1节 电流、电阻、电功及电功率匚必备知识填充Zl一、电流及欧姆定律1.电流的理解定义：电荷的定向移动形成电流。(2)条件：有可以自由移动的电荷:导体两端存在电压。(3)方向：电流是标量，为研究问题方便，规定正电荷定向移动 的方向为电流的方向。在外电路中电流由电源正极到负极，在内电 路中电流由电源负极到正极。(4)三个表达式定义式：/=2,q为在时间/内通过导体横截面的电荷量。微观表达式：/=项,其中为导体中单位体积内自由电荷的个数，q为每个自由电荷的电荷量，S为导体的横截面积,v为自由电荷定向移速率。决定式：/=区，即欧姆定律。2.欧姆定律内容：导体中的电流/跟导体两端的电压U成苴比，跟导体 的电阻K成反比。(2)适用范围：适用于金属和电解液等纯电阻电路。二、电阻定律1.电阻定律内容：同种材料的导体，其电阻A与它的长度/成正在，与 它的横截面积S成反比:导体电阻还与构成它的她有关。I(2)表达式：R=PR。2.电阻率(1)计算式：=_。(2)物理意义：反映导体的导电性能,是导体材料本身的属性。(3)电阻率与温度的关系金属的电阻率随温度升高而胆，半导体的电阻率随温度升高 而减小。三、电功率、焦耳定律1.电功(1)定义：导体中的自由电荷在电场力作用下定向移动,电场力 做的功称为电功。(2)公式：w=qu=iuto(3)电流做功的实质：迹转化成其他形式能的过程。2.电功率定义：单位时间内电流所做的功，表示电流做功的快慢。w(2)公式：尸=7=IU。1/3.焦耳定律内容：电流通过导体产生的热量跟曳灌的二次方成正比，跟导体的电里及通电时间成正比。(2)公式：Q=I2Rto4.热功率定义：单位时间内的发热量。(2)表达式：P=，=Fr。1/匚学情自测验收31.思考辨析(正确的画“，”，错误的画“x”)由于规定正电荷定向移动方向为电流方向，所以电流是矢量。(X)(2)由K=彳知，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。(X)(3)由,=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。(X)TJ2(4)公式及可适用于所有电路。(X)K(5)金属的电阻率由导体本身的性质决定，与温度有关。川)(6)公式W=U适用于任何电路中求电功，0=2适用于任何电路求电热。(4)2.（人教版选修3-1P43T3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r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电流大小为诟，电流方向为顺时针B.电流大小为二，电流方向为顺时针C.电流大小为赤，电流方向为逆时针D.电流大小为:，电流方向为逆时针C电子做圆周运动的周期T=由1=3得/=器，电流的方向与电子运动方向相反，故电流方向为逆时针。3.（人教版选修3 IP48T2改编）将四个定值电阻用 b,c,d分别接入电路，测得相应的电流值、电压值如图所示。其中电阻最接 近的两个电阻是（）八Ua d?8-0A.和8B.力和d C.。和c D.c和d答案A4.（沪科版选修3-1P67T2改编）有一根长L22 m的导线，横截面积为0.10mm2o在它两端加0.60 V电压时，通过它的电流正好是0.10 Ao则这根导线是由 制成的（下表是常温下几种材料的电阻率，单位为Qm）（）A.铜丝C.银铜合金铜镒铜合金银铜合金铝1.7 X10-84.4 X10-75.0X1072.9X10-8B.镒铜合金D.铝丝析c由R=及1i=依得p=L QUS 0.6X0.1X106ll=0.1X1.22flm=4.9义10一7 Qm。所以导线是由银铜合金制成的。考点1 电流、欧姆定律依题组训练1.如图所示，在1价离子的电解质溶液内插有两根碳棒4和6作为电极，将它们接在直流电源上，于是溶液里就有电流通过。若在r秒内，通过溶液内截面s的正离子数为小，通过的负离子数为敢，设基本电荷为久则以下说法中正确的是（)A.正离子定向移动形成的电流方向从负离子定向移动形成的电流方向从6-4B.溶液内由于正、负离子移动方向相反，溶液中的电流抵消,电流等于零C.溶液内的电流方向从A-5,电流/=竽D.溶液内的电流方向从A-5,电流D=（i”2）e1/析D 电荷的定向移动形成电流，规定正电荷定向移动的方向为 电流方向，由题图所示可知，溶液中的正离子从A向5运动，负离 子由5向A移动，负电荷由5向A移动相当于正电荷由4向6移 动，因此电流方向是带电离子在溶液中定向移动形成电流，电流不为零，故选项A、B错误；溶液中电流方向是A-5,电流/=2=强中空，故选项c错误，D正确。2.如图所示，一根长为L、横截面积为S的金属棒，其材料的 电阻率为，棒内单位体积内自由电子数为小 电子的质量为加、电 荷量为e。在棒两端加上恒定的电压时，棒内产生电流，自由电子定向运动的平均速率为P,则金属棒内的电场强度大小为（）A.mv22eLB.mv2SnC.pnevpevDSLC 由电流定义可知：/=2=，=eS0。由欧姆定律可得:1/1/L 立U=IR=neSv=pneLv9 乂=U故E=pnev9选项C正确。U3.(多选)我国已经于2012年10月1日起禁止销售100 W及以 上的白炽灯，以后将逐步淘汰白炽灯。假设某同学研究白炽灯得到 某白炽灯的伏安特性曲线如图所示。图象上A点与原点的连线与横 轴成角，A点的切线与横轴成/角，贝!|()A.白炽灯的电阻随电压的增大而减小B.在A点，白炽灯的电阻可表示为tan/?C.在A点，白炽灯的电功率可表示为U%D.在A点，白炽灯的电阻可表示为?/oCD 白炽灯的电阻随电压的增大而增大，A错误；在4点，白 炽灯的电阻可表示为关，不能表示为tane选项B错误，D正确；在A点，白炽灯的功率可表示为U%，C正确。.规律总结1.三个电流表达式的比较公式适用范围字母含义公式含义定 义 式一切电路夕为时间，内通过导体横 截面的电荷量3反映了/的大小，1但不能说lxq,1规律总结决 定 式I-R金属、电解 液L/：导体两端的电压Rz导体本身的电阻/由U、R决定,1/OC。/OC K规律总结微 观 式1=nqSv一切电路：导体单位体积内的自 由电荷数中每个自由电荷的电荷 量5：导体横截面积矶电荷定向移动速率从微观上看小小S、。决定了/的大小.规律总结.2.伏安特性曲线的两点注意（DI-U图象叫作导体的伏安特性曲线，U-I图象是元件两端的电 压与流过它的电流之间的关系图象。（2）UJ（或八17）图象为曲线时，图线上某点与0点连线的斜率表 示电阻（或电阻的倒数），但图线的斜率没有实际意义。考点2 电阻、电阻定律依题组训练1.电阻与电阻率的关系2.电阻的决定式和定义式的比较公式R=PsR-I区别电阻的决定式电阻的定义式说明了导体的电阻由、L、S共同决定提供了一种测电阻的方法 伏安法，R与U、/均无关只适用于粗细均匀的金属 导体和浓度均匀的电解液适用于任何纯电阻导体题组训练1.关于材料的电阻率，下列说法正确的是（）A.把一根长导线截成等长的三段，则每段的电阻率都是原来的B.材料的电阻率随温度的升高而增大C.通常情况下纯金属的电阻率较合金的电阻率小D.电阻率是反映材料导电性能好坏的物理量，电阻率越大的导体对电流的阻碍作用越大C 材料的电阻率与长度无关，A错误；半导体材料的电阻率 随温度升高而减小，B错误；通常情况下纯金属的电阻率较合金的电 阻率小，C正确；电阻率大的导体，电阻不一定大，D错误。2.如图所示，厚度均匀的矩形金属薄片边长。=10 cm,bc=5 cmo当将A与5接入电压为。的电路中时，电流为1A；若将。与。接入同一电路中，则电流为（）A.4A B.2A C.|A D；AA 设沿4、笈方向的横截面积为Si，沿C、O方向的横截面积，4、6接入电路中时的电阻为小,C、。接入电路中lab时的电阻为&，则有引=个=。两种情况下电压相等，电流之比以2 包工ps2为：=江=4/2=4/i=4 A。故 A 正确。3.两根完全相同的金属裸导线，如果把其中的一根均匀拉长到 原来的2倍，把另一根对折后绞合起来，然后给它们分别加上相同 电压后，则在相同时间内通过它们的电荷量之比为（）A.1：4 B.1：8C.1：16D.16：1C 本题应根据电阻定律/?=（、欧姆定律/=彳和电流定义式/=：求解。对于第一根导线，均匀拉长到原来的2倍后，则其横截面 积必然变为原来的由电阻定律可得其电阻变为原来的4倍，第二根导线对折后，长度变为原来的;，横截面积变为原来的2倍，故其电阻变为原来的;。给上述变化后的裸导线加上相同的电压，由欧姆定律得：u R4 J-u RL 1-4-/2由/=:可知,在相同时间内，电荷量之比 qi 42=11：/2=1：16。.方法技巧.导体变形时电阻变化分析方法导体的电阻率不变。导体的体积不变，由V=/S可知/与S成反比。(3)在小I、S都确定之后，应用电阻定律尺=/4求解。考点3 电功、电功率与电热、热功率讲典例示法1.纯电阻电路与非纯电阻电路的比较W=QL纯电阻2 UUlt=FRt=力 K2 U2UI二rR二彳 K如电阻、电炉子、白炽灯等L卯 Q用电器非纯电阻rUIt=fRt+卯其他 Lu/二fR+尸其他心如电风扇、电动机、电解槽等2.电动机的三个功率及关系输入功率电动机的总功率尸总=尸入=UI输出功率电动机的有用功的功率，也叫机械功率热功率电动机线圈上有电阻，电流通过线圈时会发热，热功率P 热=Fr三者关系P总=产出+P热效率P出 P出一 D X100%-D X100%r入 r总特别说明正常工作的电动机是非纯电阻元件电动机因故障或其他原因不转动时，相当于一个纯电 阻元件典例示法如图所示是一提升重物用的直流电动机工作时的 电路图。电动机内电阻r=0.8O,电路中另一电阻尺=10。，直流电压U=160V,电压表示数Uv=110V。试求:(1)通过电动机的电流;输入电动机的电功率；U(3)若电动机以v=l m/s匀速竖直向上提升重物，求该重物的质量。(g 10 m/s2)-(M)-思路点拨：解此题要注意以下几点：电路结构及电路中电压的关系；含电动机电路为非纯电阻电路，欧姆定律不能适用;区分电动机的输入功率和输出功率。解析(1)由电路中的电压关系可得电阻/?的分压 ur=U c/v=(160110)V=50 V,流过电阻的电流34=得A=5A,即通过电动机的电流/m=/r=5 A。电动机的分压Um=Uv=UO V,输入电动机的功率P电=&%=550 Wo(3)电动机的发热功率P热1r=20 W,电动机输出的机械功率尸出=尸电一尸热=530 W,尸出又因尸出所以nz=m=53kg。答案(1)5 A(2)550 W(3)53 kg考法拓展1在上例中，若直流电压不变，电动机正常工作过 程中，转子突然被卡死，电压表的示数变为多少？解析转子突然被卡死，电路变为纯电阻电路，根据欧姆定律,Uy=Ir可得：Uv=lL9Vo答案11.9 V考法拓展2在上例中，若电动机的输出功率保持不变，将一 质量帆=26.5 kg的重物从静止开始向上吊起，15 s时，重物已达到 匀速运动状态，此时重物上升的高度是多少？(g 10 m/s2)解析重物匀速运动时，mg=F9 P=Fv又根据动能定理Ptmgh=mv2可得：人=298m。答案29.8 m方法技巧非纯电阻电路的分析方法抓住两个关键量：确定电动机的电压Um和电流，m是解决这类问题的关键。若能求出火、就能确定电动机的电功率P=UMIM9根据电流/m和电动机的电阻，可求出热功率？=Rr，最后 求出输出功率产出=尸一尸心方法技巧(2)首先，对其他纯电阻电路、电源的内电路，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。跟进训练考向1纯电阻电路中功率的分析与计算1.有两个标有“110 v,25 W”和“110 V,60 W”字样的灯泡，要把它们接在220 V的电源上，灯泡既正常发光，又最省电的连接方 式应是图中的（）ABCB 额定电压相同而额定功率不相同的电灯，它们的电阻是不 相同的，由P=U2/R可知，功率大的电灯的电阻比功率小的电灯的 电阻小，也就是说60 W灯泡的电阻比25 W灯泡的电阻小，对于A,两灯并联后与一个滑动变阻器串联，若滑动变阻器的分得电压与两 灯并联后的电压相等，两灯能正常工作，整个电路消耗的电功率为P=2(Pi+B)=2X(25+60)W=170W,有用电功率为 85 W；对于 B,若滑动变阻器与25 W灯并联后的总电阻与60 W灯的电阻相等，两 灯均能正常发光，此时电路中消耗的总电功率为P=2尸2=2X60 W=120 W,有用电功率为85 W；对于C,因60 W灯的电阻比25 W 灯的电阻小，据串联电路的分压原理知此时灯(110 V,25 W)电压将大 于110 V而被烧毁，所以C的电路不可能使两灯正常工作；在D中,当两个滑动变阻器与其串联的灯泡电阻分别相等时，两灯均能正常 发光，电路消耗的总功率为170 W,有用的电功率为85 W,综上所 述，只有B选项符合题意。考向2非纯电阻电路中功率的分析与计算2.（多选）如图所示，电源电动势=3V,小灯泡L的规格为“2 V 0.4W”，开关S接L当滑动变阻器调到尺=4 0时，小灯泡L 正常发光，现将开关S接2,小灯泡L和电动机M均正常工作。则A.电源内阻为B.电动机的内阻为4 0C.电动机正常工作电压为IVD.电源效率约为93.3%AD 小灯泡正常工作时的电阻此=万=10 n,流过小灯泡的 电流/=方=0.2 A,当开关S接1时，1?总=了=150,电源内阻丁=R lRRl=1 o,A正确；当开关S接2时，电动机M两端的电E-Jr 2 8V压 UM=E-Ir-U=Q.8 V,电源效率=100%=4X100%p93.3%,D 正确。考向3 STSE中的电功、电功率问题3.如图为一种服务型机器人，其额定功率为48 W,额定工作 电压为24 V。机器人的锂电池容量为20 Ah。则机器人()A.额定工作电流为20 AB.充满电后最长工作时间为2 hC.电池充满电后总电量为7.2X1()4cD.以额定电流工作时每秒消耗能量为20 JC 根据P=O可知，额定电流应该为2 A,选项A错误。电池的容量为20 Ah,即在额定电流2 A下工作时，能够工作的最长时间为10 h,选项B错误。电池充满电后的总电量为。=20X3 600 C=7.2X104 C,选项C正确。在额定电流下，机器人的功率为 48 W,即每秒消耗能量48 J,选D错误。4.(多选)下表列出了某品牌电动自行车及所用电动机的主要技 术参数，不计其自身机械损耗。若该车在额定状态下以最大运行速度行驶，贝！1()自重40 kg额定电压48 V载重75 kg额定电流12 A最大行驶速度20 km/h额定输出功率350 WA.电动机的输入功率为576 WB.电动机的内电阻为4。C.该车获得的牵引力为104ND.该车受到的阻力为63 NAD 由于 U=48V,Z=12A,贝!|P=/U=576 W,故选项 A 正确；因尸入=尸出+/r,r=/一=一逐一。=1.57。，故选项B 错误；由尸出=方。=方印，F=Ff=63N,故选项C错误，D正确。