(新課改省份專用)2020版高考物理一輪復(fù)習(xí) 第八章 第1節(jié) 電流 電阻 電功 電功率學(xué)案(含解析).doc
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電流 電阻 電功 電功率 新課程標(biāo)準(zhǔn) 核心知識(shí)提煉 1.觀察并能識(shí)別常見的電路元器件,了解它們?cè)陔娐分械淖饔?。?huì)使用多用電表。 2.通過實(shí)驗(yàn),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(huì)測量金屬絲的電阻率。 3.了解串、并聯(lián)電路電阻的特點(diǎn)。 4.理解閉合電路的歐姆定律。會(huì)測量電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻。 5.理解電功、電功率及焦耳定律,能用焦耳定律解釋生產(chǎn)生活中的電、熱現(xiàn)象。 6.能分析和解決家庭電路中的簡單問題,能將安全用電和節(jié)約用電的知識(shí)應(yīng)用于日常生活實(shí)際。 常見的電路元器件 使用多用電表 電阻率 電阻定律 串、并聯(lián)電路的特點(diǎn) 閉合電路的歐姆定律 電功、電功率及焦耳定律 家庭電路中的簡單問題 實(shí)驗(yàn):長度的測量及其測量工具的選用 實(shí)驗(yàn):測量金屬的電阻率 實(shí)驗(yàn):測量電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻 實(shí)驗(yàn):用多用電表測量電學(xué)中的物理量 第1節(jié) 電流 電阻 電功 電功率 一、電流及歐姆定律 1.電流的理解 (1)定義:電荷的定向移動(dòng)形成電流。 (2)條件:①有可以自由移動(dòng)的電荷;②導(dǎo)體兩端存在電壓。 (3)方向:電流是標(biāo)量,為研究問題方便,規(guī)定正電荷定向移動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞯姆较?。在外電路中電流由電源正極到負(fù)極,在內(nèi)電路中電流由電源極到極。[注1] (4)三個(gè)表達(dá)式 ①定義式:I=,q為在時(shí)間t內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量。 ②微觀表達(dá)式:I=nqSv,其中n為導(dǎo)體中單位體積內(nèi)自由電荷的個(gè)數(shù),q為每個(gè)自由電荷的電荷量,S為導(dǎo)體的橫截面積,v為自由電荷定向移動(dòng)的速率。 ③決定式:I=,即歐姆定律。 2.歐姆定律 (1)內(nèi)容:導(dǎo)體中的電流I跟導(dǎo)體兩端的電壓U成正比,跟導(dǎo)體的電阻R成反比。[注2] (2)適用范圍:適用于金屬和電解液等純電阻電路。 二、電阻定律 1.電阻定律 (1)內(nèi)容: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;導(dǎo)體電阻還與構(gòu)成它的材料有關(guān)。 (2)表達(dá)式:R=ρ。[注3] 2.電阻率 (1)計(jì)算式:ρ=R。 (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 金屬的電阻率隨溫度升高而增大,半導(dǎo)體的電阻率隨溫度升高而減小。 三、電功率、焦耳定律 1.電功 (1)定義:導(dǎo)體中的自由電荷在電場力作用下定向移動(dòng),電場力做的功稱為電功。 (2)公式:W=qU=IUt。 (3)電流做功的實(shí)質(zhì):電能轉(zhuǎn)化成其他形式能的過程。[注4] 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==IU。 3.焦耳定律 (1)內(nèi)容: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。[注5] 4.熱功率 (1)定義:單位時(shí)間內(nèi)的發(fā)熱量。 (2)表達(dá)式:P==I2R。 【注解釋疑】 [注1] 電流既有大小也有方向,但它的運(yùn)算遵循代數(shù)運(yùn)算法則,是標(biāo)量。 [注2] 當(dāng)R一定時(shí),I∝U;當(dāng)U一定時(shí),I∝,但R由導(dǎo)體本身決定,與I、U無關(guān)。 [注3] 電阻定律表達(dá)式是電阻的決定式,而電阻的定義式為R=,提供了一種測量電阻的方法。 [注4] 純電阻電路遵守歐姆定律,非純電阻電路不遵守歐姆定律。 [注5]在任何電路中,計(jì)算電功都可以用W=UIt,計(jì)算電熱都可以用Q=I2Rt。 [深化理解] 1.在理解公式時(shí)一定要注意定義式與決定式的區(qū)別,其中定義式或計(jì)算式有:I=、R=、ρ=等,決定式有:I=、I=nqSv等。 2.公式W=UIt可求解任何電路的電功,而W=I2Rt=t只適用于純電阻電路。 3.無論是線性元件還是非線性元件,只要是純電阻元件,電阻都可由R=計(jì)算。 [基礎(chǔ)自測] 一、判斷題 (1)由R=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。() (2)根據(jù)I=,可知I與q成正比。() (3)由ρ=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。() (4)公式W=t=I2Rt只適用于純電阻電路。(√) (5)19世紀(jì),焦耳和楞次先后各自獨(dú)立發(fā)現(xiàn)電流通過導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生熱效應(yīng)的規(guī)律,即焦耳定律。(√) 二、選擇題 1.安培提出了著名的分子電流假說,根據(jù)這一假說,電子繞原子核運(yùn)動(dòng)可等效為一環(huán)形電流。設(shè)電荷量為e的電子以速率v繞原子核沿順時(shí)針方向做半徑為r的勻速圓周運(yùn)動(dòng),關(guān)于該環(huán)形電流的說法正確的是( ) A.電流大小為,電流方向?yàn)轫槙r(shí)針 B.電流大小為,電流方向?yàn)轫槙r(shí)針 C.電流大小為,電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針 D.電流大小為,電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針 解析:選C 由電流的定義式I=得電流大小為I==,電流方向?yàn)檎姾啥ㄏ蛞苿?dòng)的方向,由電子帶負(fù)電繞原子核順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)可知環(huán)形電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針。故C正確。 2.[滬科版選修3-1 P67T2改編]有一根長1.22 m的導(dǎo)線,橫截面積為0.10 mm2。在它兩端加0.60 V電壓時(shí),通過它的電流正好是0.10 A。則這根導(dǎo)線是由________制成的(下表是常溫下幾種材料的電阻率,單位為Ωm)( ) 銅 錳銅合金 鎳銅合金 鋁 1.710-8 4.410-7 5.010-7 2.910-8 A.銅絲 B.錳銅合金 C.鎳銅合金 D.鋁絲 解析:選C 由R=及R=ρ得ρ==Ωm=4.910-7 Ωm。所以導(dǎo)線是由鎳銅合金制成的。 3.[人教版選修3-1 P48T2]某同學(xué)對(duì)四個(gè)電阻各進(jìn)行了一次測量,把每個(gè)電阻兩端的電壓和通過它的電流在UI坐標(biāo)系中描點(diǎn),得到了圖中a、b、c、d四個(gè)點(diǎn)。則這四個(gè)電阻值的大小關(guān)系是( ) A.Ra>Rb=Rc>Rd B.Ra<Rb=Rc<Rd C.Ra>Rb=Rd>Rc D.Ra<Rb=Rd<Rc 解析:選A 由R=可知,UI圖像中,所描點(diǎn)與O點(diǎn)連線的斜率表示電阻的大小,由題圖可知Ra>Rb=Rc>Rd。故A正確。 高考單獨(dú)對(duì)本節(jié)內(nèi)容進(jìn)行考查的頻率不大,但電流及其三個(gè)表達(dá)式、歐姆定律和電阻定律、伏安特性曲線、電功、電功率及焦耳定律這些知識(shí)是電學(xué)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ),也是電磁感應(yīng)綜合問題必將涉及的內(nèi)容。 考點(diǎn)一 電流的理解及其三個(gè)表達(dá)式的應(yīng)用[基礎(chǔ)自修類] [題點(diǎn)全練] 1.[電解液導(dǎo)電問題] 如圖所示,在1價(jià)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秒內(nèi),通過溶液內(nèi)截面S的正離子數(shù)為n1,通過的負(fù)離子數(shù)為n2,設(shè)基本電荷為e,則以下說法中正確的是( ) A.正離子定向移動(dòng)形成的電流方向從A→B,負(fù)離子定向移動(dòng)形成的電流方向從B→A B.溶液內(nèi)由于正、負(fù)離子移動(dòng)方向相反,溶液中的電流抵消,電流等于零 C.溶液內(nèi)的電流方向從A→B,電流I= D.溶液內(nèi)的電流方向從A→B,電流I= 解析:選D 電荷的定向移動(dòng)形成電流,規(guī)定正電荷定向移動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞣较?,由題圖所示可知,溶液中的正離子從A向B運(yùn)動(dòng),負(fù)離子由B向A移動(dòng),負(fù)電荷由B向A移動(dòng)相當(dāng)于正電荷由A向B移動(dòng),因此電流方向是A→B,帶電離子在溶液中定向移動(dòng)形成電流,電流不為零,故選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤;溶液中電流方向是A→B,電流I==,故選項(xiàng)C錯(cuò)誤,D正確。 2.[電流微觀表達(dá)式] 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. B. C.ρnev D. 解析:選C 由電流定義可知:I===neSv。由歐姆定律可得:U=IR=neSvρ=ρneLv,又E=,故E=ρnev,選項(xiàng)C正確。 3.[“柱體微元”模型問題] 在長度為l、橫截面積為S、單位體積內(nèi)自由電子數(shù)為n的金屬導(dǎo)體兩端加上電壓,導(dǎo)體中就會(huì)產(chǎn)生勻強(qiáng)電場。導(dǎo)體內(nèi)電荷量為e的自由電子在電場力作用下先做加速運(yùn)動(dòng),然后與做熱運(yùn)動(dòng)的陽離子碰撞而減速,如此往復(fù)……,所以,我們通常將自由電子的這種運(yùn)動(dòng)簡化成速率為v(不隨時(shí)間變化)的定向運(yùn)動(dòng)。已知阻礙電子運(yùn)動(dòng)的阻力大小與電子定向移動(dòng)的速率v成正比,即Ff=kv(k是常量),則該導(dǎo)體的電阻應(yīng)該等于( ) A. B. C. D. 解析:選B 電子定向移動(dòng),由平衡條件得,kv=e,則U=,導(dǎo)體中的電流I=neSv,電阻R==,選項(xiàng)B正確。 [名師微點(diǎn)] 利用“柱體微元”模型求解電流的微觀問題時(shí),注意以下基本思路: 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=。 (3)電流的微觀表達(dá)式I==nqvS。 考點(diǎn)二 歐姆定律和電阻定律的理解與應(yīng)用[基礎(chǔ)自修類] [題點(diǎn)全練] 1.[電阻定律的應(yīng)用] 兩根材料相同的均勻?qū)Ь€x和y,其中,x長為l,y長為2l,串聯(lián)在電路中時(shí)沿長度方向的電勢(shì)φ隨位置的變化規(guī)律如圖所示,那么,x和y兩導(dǎo)線的電阻和橫截面積之比分別為( ) A.3∶1 1∶6 B.2∶3 1∶6 C.3∶2 1∶5 D.3∶1 5∶1 解析:選A 由題圖可知,兩導(dǎo)線兩端的電壓之比為3∶1,電流相同,則電阻之比為3∶1,由電阻定律R=ρ得橫截面積S=,橫截面積之比===,A正確。 2.[歐姆定律的應(yīng)用] 利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是一段均勻的電阻絲。閉合開關(guān),改變滑動(dòng)頭P的位置,當(dāng)通過電流表G的電流為零時(shí),測得MP=l1,PN=l2,則Rx的阻值為( ) A.R0 B.R0 C.R0 D.R0 解析:選C 通過電流表G的電流為零時(shí),P點(diǎn)的電勢(shì)與R0和Rx連接點(diǎn)的電勢(shì)相等,即U0=UMP,根據(jù)歐姆定律有U0=R0,UMP=Rl1,則=,由此得=,根據(jù)電阻定律得,電阻絲的電阻R∝l,故=,所以Rx=R0,正確選項(xiàng)為C。 3.[電阻定律、歐姆定律的綜合應(yīng)用] 如圖甲為一測量電解液電阻率的玻璃容器,P、Q為電極,設(shè)a=1 m,b=0.2 m,c=0.1 m。當(dāng)里面注滿某電解液,且P、Q間加上電壓后,其UI圖像如圖乙所示。當(dāng)U=10 V時(shí),求電解液的電阻率ρ是多少? 解析:由題圖乙可求得U=10 V時(shí),電解液的電阻 R== Ω=2 000 Ω 由題圖甲可知電解液容器長l=a=1 m 截面積S=bc=0.02 m2 結(jié)合電阻定律R=ρ得 ρ== Ωm=40 Ωm。 答案:40 Ωm [名師微點(diǎn)] 電阻的決定式和定義式的比較 公式 決定式 定義式 R=ρ R= 區(qū)別 指明了電阻的決定因素 提供了一種測定電阻的方法,電阻與U和I無關(guān) 適用于粗細(xì)均勻的金屬導(dǎo)體和分布均勻的導(dǎo)電介質(zhì) 適用于任何純電阻導(dǎo)體 相同點(diǎn) 都不能反映電阻的實(shí)質(zhì)(要用微觀理論解釋) 考點(diǎn)三 伏安特性曲線的理解及應(yīng)用[師生共研類] 1.圖線的意義 (1)由于導(dǎo)體的導(dǎo)電性能不同,所以不同的導(dǎo)體有不同的伏安特性曲線。 (2)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(duì)應(yīng)這一狀態(tài)下的電阻。 2.兩類圖線 線性元件的伏安特性曲線是過原點(diǎn)的直線,表明它的電阻是不變的,圖中Ra- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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