(新課改省份專用)2020版高考物理一輪復習 第八章 第1節(jié) 電流 電阻 電功 電功率學案(含解析).doc
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電流 電阻 電功 電功率 新課程標準 核心知識提煉 1.觀察并能識別常見的電路元器件,了解它們在電路中的作用。會使用多用電表。 2.通過實驗,探究并了解金屬導體的電阻與材料、長度和橫截面積的定量關系。會測量金屬絲的電阻率。 3.了解串、并聯(lián)電路電阻的特點。 4.理解閉合電路的歐姆定律。會測量電源的電動勢和內阻。 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)約用電的知識應用于日常生活實際。 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 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 實驗:長度的測量及其測量工具的選用 實驗:測量金屬的電阻率 實驗:測量電源的電動勢和內阻 實驗:用多用電表測量電學中的物理量 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:電荷的定向移動形成電流。 (2)條件:①有可以自由移動的電荷;②導體兩端存在電壓。 (3)方向:電流是標量,為研究問題方便,規(guī)定正電荷定向移動的方向為電流的方向。在外電路中電流由電源正極到負極,在內電路中電流由電源極到極。[注1] (4)三個表達式 ①定義式:I=,q為在時間t內通過導體橫截面的電荷量。 ②微觀表達式:I=nqSv,其中n為導體中單位體積內自由電荷的個數(shù),q為每個自由電荷的電荷量,S為導體的橫截面積,v為自由電荷定向移動的速率。 ③決定式:I=,即歐姆定律。 2.歐姆定律 (1)內容: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。[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)內容:同種材料的導體,其電阻R與它的長度l成正比,與它的橫截面積S成反比;導體電阻還與構成它的材料有關。 (2)表達式:R=ρ。[注3] 2.電阻率 (1)計算式:ρ=R。 (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 金屬的電阻率隨溫度升高而增大,半導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:電能轉化成其他形式能的過程。[注4] 2.電功率 (1)定義:單位時間內電流所做的功,表示電流做功的快慢。 (2)公式:P==IU。 3.焦耳定律 (1)內容:電流通過導體產(chǎn)生的熱量跟電流的二次方成正比,跟導體的電阻及通電時間成正比。 (2)公式:Q=I2Rt。[注5] 4.熱功率 (1)定義:單位時間內的發(fā)熱量。 (2)表達式:P==I2R。 【注解釋疑】 [注1] 電流既有大小也有方向,但它的運算遵循代數(shù)運算法則,是標量。 [注2] 當R一定時,I∝U;當U一定時,I∝,但R由導體本身決定,與I、U無關。 [注3] 電阻定律表達式是電阻的決定式,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,計算電功都可以用W=UIt,計算電熱都可以用Q=I2Rt。 [深化理解] 1.在理解公式時一定要注意定義式與決定式的區(qū)別,其中定義式或計算式有: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=計算。 [基礎自測] 一、判斷題 (1)由R=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)根據(jù)I=,可知I與q成正比。() (3)由ρ=知,導體的電阻率與導體的電阻和橫截面積的乘積成正比,與導體的長度成反比。() (4)公式W=t=I2Rt只適用于純電阻電路。(√) (5)19世紀,焦耳和楞次先后各自獨立發(fā)現(xiàn)電流通過導體時產(chǎn)生熱效應的規(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,電子繞原子核運動可等效為一環(huán)形電流。設電荷量為e的電子以速率v繞原子核沿順時針方向做半徑為r的勻速圓周運動,關于該環(huán)形電流的說法正確的是( ) A.電流大小為,電流方向為順時針 B.電流大小為,電流方向為順時針 C.電流大小為,電流方向為逆時針 D.電流大小為,電流方向為逆時針 解析:選C 由電流的定義式I=得電流大小為I==,電流方向為正電荷定向移動的方向,由電子帶負電繞原子核順時針轉動可知環(huán)形電流方向為逆時針。故C正確。 2.[滬科版選修3-1 P67T2改編]有一根長1.22 m的導線,橫截面積為0.10 mm2。在它兩端加0.60 V電壓時,通過它的電流正好是0.10 A。則這根導線是由________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。所以導線是由鎳銅合金制成的。 3.[人教版選修3-1 P48T2]某同學對四個電阻各進行了一次測量,把每個電阻兩端的電壓和通過它的電流在UI坐標系中描點,得到了圖中a、b、c、d四個點。則這四個電阻值的大小關系是( ) 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,所描點與O點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。 高考單獨對本節(jié)內容進行考查的頻率不大,但電流及其三個表達式、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是電學實驗的基礎,也是電磁感應綜合問題必將涉及的內容。 考點一 電流的理解及其三個表達式的應用[基礎自修類] [題點全練] 1.[電解液導電問題] 如圖所示,在1價離子的電解質溶液內插有兩根碳棒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,通過溶液內截面S的正離子數(shù)為n1,通過的負離子數(shù)為n2,設基本電荷為e,則以下說法中正確的是( ) A.正離子定向移動形成的電流方向從A→B,負離子定向移動形成的電流方向從B→A B.溶液內由于正、負離子移動方向相反,溶液中的電流抵消,電流等于零 C.溶液內的電流方向從A→B,電流I= D.溶液內的電流方向從A→B,電流I= 解析:選D 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,由題圖所示可知,溶液中的正離子從A向B運動,負離子由B向A移動,負電荷由B向A移動相當于正電荷由A向B移動,因此電流方向是A→B,帶電離子在溶液中定向移動形成電流,電流不為零,故選項A、B錯誤;溶液中電流方向是A→B,電流I==,故選項C錯誤,D正確。 2.[電流微觀表達式] 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,棒內單位體積內自由電子數(shù)為n,電子的質量為m、電荷量為e。在棒兩端加上恒定的電壓時,棒內產(chǎn)生電流,自由電子定向運動的平均速率為v,則金屬棒內的電場強度大小為( ) 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、單位體積內自由電子數(shù)為n的金屬導體兩端加上電壓,導體中就會產(chǎn)生勻強電場。導體內電荷量為e的自由電子在電場力作用下先做加速運動,然后與做熱運動的陽離子碰撞而減速,如此往復……,所以,我們通常將自由電子的這種運動簡化成速率為v(不隨時間變化)的定向運動。已知阻礙電子運動的阻力大小與電子定向移動的速率v成正比,即Ff=kv(k是常量),則該導體的電阻應該等于( ) A. B. C. D. 解析:選B 電子定向移動,由平衡條件得,kv=e,則U=,導體中的電流I=neSv,電阻R==,選項B正確。 [名師微點] 利用“柱體微元”模型求解電流的微觀問題時,注意以下基本思路: 設柱體微元的長度為L,橫截面積為S,單位體積內的自由電荷數(shù)為n,每個自由電荷的電荷量為q,電荷定向移動的速率為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間t=。 (3)電流的微觀表達式I==nqvS。 考點二 歐姆定律和電阻定律的理解與應用[基礎自修類] [題點全練] 1.[電阻定律的應用] 兩根材料相同的均勻導線x和y,其中,x長為l,y長為2l,串聯(lián)在電路中時沿長度方向的電勢φ隨位置的變化規(guī)律如圖所示,那么,x和y兩導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,改變滑動頭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( ) A.R0 B.R0 C.R0 D.R0 解析:選C 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,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,正確選項為C。 3.[電阻定律、歐姆定律的綜合應用] 如圖甲為一測量電解液電阻率的玻璃容器,P、Q為電極,設a=1 m,b=0.2 m,c=0.1 m。當里面注滿某電解液,且P、Q間加上電壓后,其UI圖像如圖乙所示。當U=10 V時,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,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 結合電阻定律R=ρ得 ρ== Ωm=40 Ωm。 答案:40 Ωm [名師微點] 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 適用于粗細均勻的金屬導體和分布均勻的導電介質 適用于任何純電阻導體 相同點 都不能反映電阻的實質(要用微觀理論解釋) 考點三 伏安特性曲線的理解及應用[師生共研類] 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 線性元件的伏安特性曲線是過原點的直線,表明它的電阻是不變的,圖中Ra- 配套講稿:
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