2020高考物理第八章第1讲电路的基本概念和规律教案鲁科版.docx

第1讲 电路的基本概念和规律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201620172018命题分析欧姆定律卷T23：传感器的应用卷T17：电路分析T23：测电源的内阻卷T22：实物连线卷T23：研究小灯泡的伏安特性曲线卷T23：测微安表的内阻，实物连线卷T23：多用电表卷T23：热敏电阻的阻值随温度变化的曲线卷T22：电表的改装卷T23：电阻的测量、实物连线1.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。2.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、连接实物图等多种方式。电阻定律电阻的串联、并联电源的电动势和内阻闭合电路的欧姆定律电功率、焦耳定律实验八：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：练习使用多用电表第1讲电路的基本概念和规律知识排查欧姆定律1.电流(1)形成的条件：导体中有自由电荷；导体两端存在电压。(2)标矢性：电流是标量，规定正电荷定向移动的方向为电流的方向。(3)三个表达式：定义式：I；决定式：I；微观表达式InqvS。2.欧姆定律(1)内容：导体中的电流I跟导体两端的电压U成正比，跟导体的电阻R成反比。(2)公式：I。(3)适用条件：适用于金属和电解质溶液，适用于纯电阻电路。电阻定律1.电阻定律(1)内容：导体的电阻R跟导体的长度l成正比，跟导体的横截面积S成反比，还跟导体的材料有关。(2)表达式：R。2.电阻率(1)计算式：R。(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增大，半导体的电阻率随温度升高而减小。电阻的串联、并联串联电路并联电路电路图基本特点电压UU1U2U3UU1U2U3电流II1I2I3II1I2I3总电阻R总R1R2R3功率分配P1R1P2R2PnRn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，电场力对自由电荷做的功称为电功。(2)公式：WqUUIt。(3)电流做功的实质：电能转化成其他形式能的过程。2.电功率(1)定义：单位时间内电流所做的功，表示电流做功的快慢。(2)公式：PUI。3.焦耳定律(1)内容：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比。(2)计算式：QI2Rt。4.热功率(1)定义：单位时间内的发热量。(2)表达式：PI2R。小题速练1.思考判断(1)电流是矢量，其方向为正电荷定向移动的方向。()(2)由R可知，导体的电阻与导体两端的电压成正比，与流过导体的电流成反比。()(3)由I知，导体中的电流跟导体两端的电压成正比，跟导体的电阻成反比。()(4)金属的电阻率由导体本身的性质决定，与温度有关。()(5)公式WUIt适用于任何电路中求电功，QI2Rt适用于任何电路求电热。()答案(1)(2)(3)(4)(5)2.鲁科版选修31P52T4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v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，电流方向为顺时针B.电流大小为，电流方向为顺时针C.电流大小为，电流方向为逆时针D.电流大小为，电流方向为逆时针解析电子做圆周运动的周期T，由I得I，电流的方向与电子运动方向相反，故为逆时针。答案C3.(2019浙江温州模拟)欧姆不仅发现了欧姆定律，还研究了电阻定律，有一个长方体的金属电阻，材料分布均匀，边长分别为a、b、c，且abc。电流沿以下方向流过该金属电阻，其中电阻值最小的是()答案A4.(多选)一台电动机的线圈电阻与一只电炉的电阻相同，当二者通过相同的电流且均正常工作时，在相同的时间内()A.电炉放出的热量与电动机放出的热量相等B.电炉两端电压小于电动机两端电压C.电炉两端电压等于电动机两端电压D.电动机消耗的功率大于电炉消耗的功率答案ABD电流的理解及计算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I一切电路q为时间t内通过导体横截面的电荷量反映了I的大小，但不能说Iq，I微观式InqSv一切电路n：导体单位体积内的自由电荷数q：每个自由电荷的电荷量S：导体横截面积v：电荷定向移动速率从微观上看n、q、S、v决定了I的大小决定式I金属、电解液U：导体两端的电压R：导体本身的电阻I由U、R决定，IUI【例1】如图1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，棒内单位体积自由电子数为n，电子的质量为m，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v，则金属棒内的电场强度大小为()图1A. B. C.nev D.解析欧姆定律I，电流的微观表达式IneSv，电阻定律R，则金属棒内场强大小为Enev，故选项C正确。答案C1.如图2所示，一根截面积为S的均匀长直橡胶棒上均匀带有负电荷，每米电荷量为q，当此棒沿轴线方向做速度为v的匀速直线运动时，由于棒运动而形成的等效电流大小为()图2A.vq B. C.qvS D.答案A2.如图3所示，电解池内有一价离子的电解液，在时间t内通过溶液截面S的正离子数为n1，负离于数为n2。设元电荷电荷量为e，则以下说法正确的是 ()图3A.溶液内电流方向从A到B，电流大小为B.溶液内电流方向从B到A，电流大小为C.溶液内正、负离子反方向移动，产生的电流相互抵消D.溶液内电流方向从A到B，电流大小为解析电解液中通过一截面的电荷量应为n1en2e，则电流为I。电流方向为正电荷定向移动方向，为AB，选项D正确。答案D电阻、电阻定律的理解与应用1.电阻与电阻率的关系2.电阻的决定式和定义式(1)电阻的决定式R指明了电阻的决定因素，适用于粗细均匀的金属导体和浓度均匀的电解液。(2)电阻的定义式R提供了一种测量电阻的方法，并不说明电阻与U和I有关，适用于任何纯电阻电路。【例2】有一长方形导体，长a、宽b、高h之比为632，它的六个面的中心各焊接一根电阻不计的导线，如图4所示，分别将AA、BB、CC接在同一恒压电源上时，导体中电荷定向移动的速度分别为v1、v2、v3，则v1v2v3为()图4A.632 B.111C.236 D.123解析根据R，I，InSqv，可得v，即v，所以v1v2v3123，选项D正确。答案D某一导体的形状改变后，讨论其电阻变化应抓住以下三点：(1)导体的电阻率不变；(2)导体的体积不变，由VlS可知l与S成反比；(3)在、l、S都确定之后，应用电阻定律R求解。1.两根材料相同的均匀导线x和y，其中x长为l，y长为2l，串联在电路中时沿长度方向的电势随位置的变化规律如图5所示，那么，x和y两导线的电阻和横截面积之比分别为()图5A.3116 B.2316C.3215 D.3151解析由题图可知，两导线两端的电压之比为31，电流相同，则电阻之比为31，由电阻定律R得横截面积S，横截面积之比，A正确。答案A2.两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.14 B.18 C.116 D.161解析本题应根据电阻定律R、欧姆定律I和电流定义式I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：I1，I2，由I可知，在相同时间内，电荷量之比q1q2I1I2116。答案C欧姆定律与伏安特性曲线1.I与R的区别(1)I表示通过导体的电流I与电压U成正比，与电阻R成反比。(2)R表明了一种测量电阻的方法，不能错误地认为“电阻跟电压成正比，跟电流成反比”。2.伏安特性曲线(1)定义：用纵坐标表示电流I、横坐标表示电压U，画出的IU图象。(2)应用伏安特性曲线上每一点的纵、横坐标对应此时的电流值、电压值。IU图象中图线上某点与O点连线的斜率表示电阻的倒数，斜率越大，电阻越小。IU图象中图线上某点到I轴、U轴的垂线与坐标轴所围的面积对应此时的电功率。(3)两类图线(如图6所示)图6线性元件的伏安特性曲线(图甲中a、b)是过原点的直线，表明它的电阻是不变的。非线性元件的伏安特性曲线(图乙中c、d)是曲线，表明它的电阻是变化的。【例3】(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7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，则()图7A.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U0I0D.在A点，白炽灯的电阻可表示为解析白炽灯的电阻随电压的增大而增大，选项A错误；在A点，白炽灯的电阻可表示为，不能表示为tan 或tan ，故选项B错误，D正确；在A点，白炽灯的功率可表示为U0I0，选项C正确。答案CD1.(多选)如图8所示，图线a表示的导体的电阻为R1，图线b表示的导体的电阻为R2，则下列说法正确的是()图8A.R1R213B.把R1拉长到原来的3倍长后电阻等于R2C.将R1与R2串联后接于电源上，则功率之比P1P213D.将R1与R2并联后接于电源上，则电流之比I1I213解析根据IU图象知，图线的斜率表示电阻的倒数，所以R1R213，A项正确；根据公式R可得，把R1拉长到原来的3倍长后，横截面积减小为原来的，所以电阻变为原来的9倍，B项错误；串联电路电流相等，将R1与R2串联后接于电源上，电流比I1I211，根据公式PI2R可得，功率之比P1P213，C项正确；并联电路电压相等，电流比等于电阻之反比，将R1与R2并联后接于电源上，电压相等，电阻R1R213，所以电流比I1I231，D项错误。答案AC2.(多选)在如图9甲所示的电路中，L1、L2和L3为三个相同规格的小灯泡，这种小灯泡的伏安特性曲线如图乙所示，当开关S闭合后，电路中的总电流为0.25 A，则此时()图9A.L1的电阻为12 B.L1的电压为L2电压的2倍C.L1消耗的电功率为0.75 WD.L1、L2消耗的电功率的比值等于4 1解析电路中的总电流为0.25 A，L1中电流为0.25 A，由小灯泡的伏安特性曲线可知电压为3.0 V，L1消耗的电功率为PUI0.75 W，故选项C正确；根据并联电路规律，L2中电流为0.125 A，由小灯泡的伏安特性曲线可知电压大约为0.3 V，L1的电压大约为L2电压的10倍，故选项B错误；L1的电阻为R 12 ，故选项A正确；L2消耗的电功率为PUI0.30.125 W0.037 5 W，L1、L2消耗的电功率的比值大于41，故选项D错误。答案AC电阻的串、并联及电表的改装1.电阻的串、并联(1)串联电路串联电路的总电阻大于其中任一部分电路的电阻。若n个相同的电阻串联，总电阻R总nR。(2)并联电路并联电路的总电阻小于其中任一支路的电阻，且小于其中最小的电阻 。n个相同的电阻并联，总电阻等于其中一个电阻的，即R总R。两个电阻并联时的总电阻R，当其中任一个增大或减小时总电阻也随之增大或减小。由此知：多个电阻并联时，其中任一个电阻增大或减小，总电阻也随之增大或减小。(3)无论是串联电路，还是并联电路，或者是混联电路，其中任何一个电阻增大(或减小)，总电阻就增大(或减小)。2.电表的改装改装成电压表改装成电流表内部电路改装后的量程UIg(RRg)IIg量程扩大的倍数nn接入电阻的阻值 RRg(n1)RgR改装后的总电阻RxRgRnRgRx【例4】(2019河北衡水中学检测)如图10所示的电路中，电阻R1、R2、R3的阻值均为2 。电流表内阻不计，在B、C两点间加上6 V的电压时，电流表的示数为()图10A.0 B.1 A C.1.5 A D.2 A解析电流表内阻不计，则A、C两点相当于用导线连在一起，当在B、C两点间加上6 V的电压时，R2与R3并联，然后与R1串联，电流表测量的是通过电阻R2的电流。等效电路图如图所示。电路中的总电阻R总R13 ，干路中的电流为I总 A2 A，由于R2与R3相等，所以电流表的示数为1 A，B正确。答案B1.鲁科版选修31P64例题改编如图11是有两个量程的电压表，当使用a、b两个端点时，量程为010 V，当使用a、c两个端点时，量程为0100 V。已知电流表的内阻Rg为500 ，满偏电流Ig为1 mA，则电阻R1、R2的值()图11A.9 500 90 000 B.90 000 9 500 C.9 500 9 000 D.9 000 9 500 解析接a、b时，由串联电路特点有R总R1Rg得R1Rg9 500 。接a、c时，同理有R总R1R2Rg得R2RgR190 000 。答案A2.(多选)(2019山西孝义期末)如图12所示，甲、乙两电路都是由一个灵敏电流表G和一个变阻器R组成的，下列说法正确的是()图12A.甲表是电流表，R增大时量程增大B.甲表是电流表，R增大时量程减小C.乙表是电压表，R增大时量程增大D.乙表是电压表，R增大时量程减小解析由电表的改装原理可知，电流表应是G与R并联，改装后加在G两端的最大电压UgIgRg不变，所以并联电阻R越大，IIgIR越小，即量程越小，A错误，B正确；电压表应是G与R串联，改装后量程UIgRgIgR，可知R越大，量程越大，C正确，D错误。答案BC电功、电热、电功率和热功率1.纯电阻电路与非纯电阻电路的比较纯电阻电路非纯电阻电路实例白炽灯、电炉、电饭锅、电热毯、电熨斗及转子被卡住的电动机等工作中的电动机、电解槽、日光灯等能量转化电路中消耗的电能全部转化为内能WQ电路中消耗的电能除转化为内能外，还转化为其他形式的能WQ电功的计算WUItI2RttWUIt电热的计算QUItI2RttQI2Rt2.非纯电阻电路的分析思路：处理非纯电阻电路问题时，要善于从能量转化的角度出发，围绕能量守恒定律，利用“电功电热其他能量”分析、求解。【例5】(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，则()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104 ND.该车受到的阻力为63 N解析由于U48 V，I12 A，则PIU576 W，故选项A正确；因P入P出I2r，r 1.57 ，故选项B错误；由P出Fvfv，Ff63 N，故选项C错误，D正确。答案AD1.如图13所示是小王老师的电动车，它使用“48 V0.5 kW”电机，由4个“12 V20 Ah”的电池串联起来供电，车上前大灯的灯泡规格是“48 V20 W”，尾灯和4个转向灯的灯泡都是“48 V10 W”。小王老师晚值班后，骑上该车并开启前大灯和尾灯，以最大速度匀速骑行20分钟回到家。在此过程中，电动车消耗的电能至少是()图13A.6.36105 J B.6.84105 JC.3.6104 J D.8.4104 J解析E总0.5103 W2060 s(2010) W2060 s6.36105 J。答案A2.如图14所示为某家庭使用的智能电饭锅的铭牌。假定该家庭用此电饭锅每天煮饭两次，每次在额定功率下工作30分钟，电价1 kWh为0.54元。则该电饭锅()图14A.工作时的额定电流为0.41 AB.保温时的电流为0.2 AC.每次煮饭需消耗电能4.5 kWhD.一年因煮饭而产生的电费约为177元解析由题中所给信息知：额定电流I A4.1 A，选项A错误；保温时电流I A0.14 A，选项B错误；每次煮饭消耗电能E1900103 kW h0.45 kWh，选项C错误；一年因煮饭而产生的电费0.4523650.54元177.39元，选项D正确。答案D课时作业(时间：35分钟)基础巩固练1.如图1所示为一磁流体发电机示意图，A、B是平行正对的金属板，等离子体(电离的气体，由自由电子和阳离子构成，整体呈电中性)从左侧进入，在t时间内有n个自由电子落在B板上，则关于R中的电流大小及方向判断正确的是()图1A.I，从上向下 B.I，从上向下C.I，从下向上 D.I，从下向上解析由于自由电子落在B板上，阳离子落在A板上，因此R中的电流方向为自上而下，电流大小I，A正确。答案A2.(多选)(2019福建宁德模拟)如图2所示，电源电动势E3 V，小灯泡L的规格为“2 V0.4 W”，开关S接1，当滑动变阻器调到R4 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()图2A.电源内阻为1 B.电动机的内阻为4 C.电动机正常工作电压为1 VD.电源效率约为93.3%解析小灯泡正常工作时的电阻RL10 ，流过小灯泡的电流I0.2 A，当开关S接1时，R总15 ，电源内阻rR总RRL1 ，A正确；当开关S接2时，电动机为非纯电阻，小灯泡L和电动机M均正常工作，电动机内阻不可能是4 ，故B错误；电动机M两端的电压UMEIrU0.8 V，C错误；电源的效率93.3%，D正确。答案AD3.如图3所示，a、b、c为不同材料做成的电阻，b与a的长度相等，b的横截面积是a的两倍；c与a的横截面积相等，c的长度是a的两倍。当开关闭合后，三个理想电压表的示数关系是U1U2U3112。关于这三种材料的电阻率a、b、c，下列说法正确的是()图3A.a是b的2倍 B.a是c的2倍C.b是c的2倍 D.c是a的2倍解析设a的长度为L，横截面积为S，因为R，而R，a、b串联，所以1，即1，即b2a；同理，所以，故ac，由上述可知b2c，选项C正确。答案C4.如图4所示，其中电流表A的量程为0.6 A，表盘均匀划分为30个小格，每一小格表示0.02 A；R1的阻值等于电流表内阻的；R2的阻值等于电流表内阻的2倍。若用电流表A的表盘刻度表示流过接线柱1的电流值，则下列分析正确的是()图4A.将接线柱1、2接入电路时，每一小格表示0.04 AB.将接线柱1、2接入电路时，每一小格表示0.02 AC.将接线柱1、3接入电路时，每一小格表示0.06 AD.将接线柱1、3接入电路时，每一小格表示0.01 A解析当接线柱1、2接入电路时，R1与电流表并联，由于R1，可知流过R1的电流为流过电流表电流的2倍，所以1、2接线柱间的电流为通过电流表电流的3倍，所以每一小格是原来的3倍，即为0.06 A，所以A、B错误；当接线柱1、3接入电路时，电流表与R1并联，然后再与R2串联，串联电阻对电流无影响，与1、2接入电路的效果一样，所以每一小格表示0.06 A，C正确，D错误。答案C5.如图5所示，P为一块半圆形薄电阻合金片，先将它按图甲方式接在电极A、B之间，然后将它再按图乙方式接在电极C、D之间，设AB、CD之间的电压是相同的，则这两种接法电阻大小关系为()图5A.R甲R乙 B.R甲R乙C.R甲2R乙 D.R甲4R乙解析将四分之一圆形薄合金片看成一个电阻，设为r，图甲中等效为两个电阻并联，R甲，图乙中等效为两个电阻串联，R乙2r，所以R甲R乙，所以B正确。答案B6.如图6所示，两个截面不同、长度相等的均匀铜棒接在电路中，两端电压为U，则()图6A.通过两棒的电流不相等B.两棒的自由电子定向移动的平均速率相同C.两棒内的电场强度不同，细棒内场强E1小于粗棒内场强E2D.细棒的电压U1大于粗棒的电压U2解析由于两棒串联，所以电流相等，A错误；由InqSv可知，两棒电流相等，而两棒横截面积不同，两棒的自由电子定向移动的平均速率不同，B错误；由R可知，细棒的电阻大，由串联分压原理可知细棒的电压U1大于粗棒的电压U2，又由E可知细棒内场强E1大于粗棒内场强E2，所以C错误，D正确。答案D7.(2019浙江湖州等三地联考)如图7所示，电动机与小灯泡串联接入电路，电动机正常工作。此时流过小灯泡的电流为I1，它两端的电压为U1，电阻为R1，消耗的功率为P1；流过电动机的电流为I2，它两端的电压为U2，电动机内阻为R2，消耗的功率为P2。则下列等式正确的是()图7A. B. C. D.解析串联电路中I1I2，由于电动机不是纯电阻元件，欧姆定律不再适用，所以，与关系不确定，故A、B错误；由PUI可知C正确；由于P1IR1，但P2IR2，故D错误。答案C8.(多选)R1和R2是材料相同、厚度相同、上下表面都为正方形的导体，但R1的尺寸比R2大得多，把它们分别连接在如图8所示电路的A、B两端，接R1时电压表的读数为U1，接R2时电压表的读数为U2，则下列判断正确的是()图8A.R1R2 B.R1R2 C.U1U2 D.U1U2解析电流从导体的横截面流过，由电阻定律R，可见电阻与边长a无关，选项A正确；因外电阻相同，故路端电压相等，选项D正确。答案AD9.(多选)如图9所示是电阻R的IU图象，图中45，由此得出()图9A.通过电阻的电流与两端电压成正比B.电阻R0.5 C.因IU图象的斜率表示电阻的倒数，故R1.0 D.在R两端加上6.0 V的电压时，每秒通过电阻横截面的电荷量是3.0 C解析由欧姆定律可知通过该定值电阻的电流与电压成正比，选项A正确；电阻R 2 ，选项B错误；由于IU图线中纵横坐标单位长度表示数值不同，所以R，选项C错误；在R两端加上6.0 V电压时，I3 A，每秒通过导体横截面的电荷量qIt3.0 C，选项D正确。答案AD10.(多选)某一热敏电阻其阻值随温度的升高而减小。在一次实验中，将该热敏电阻与一小灯泡串联，通电后其电流I随所加电压U变化的图线如图10所示，M为两元件的伏安特性曲线的交点。关于热敏电阻和小灯泡，下列说法中正确的是()图10A.图中图线a是小灯泡的伏安特性曲线，图线b是热敏电阻的伏安特性曲线B.图中图线b是小灯泡的伏安特性曲线，图线a是热敏电阻的伏安特性曲线C.图线中的M点，表示该状态小灯泡的电阻大于热敏电阻的阻值D.图线中M点对应的状态，小灯泡的功率与热敏电阻的功率相等解析小灯泡灯丝温度会随着通电电流增大而升高，阻值也随着增大，所以图中b是小灯泡的伏安特性曲线，则图线a是热敏电阻的伏安特性曲线，A错误，B正确；两图线的交点M，表示此状态两元件不仅电流相同，电压也相同，所以此时两者阻值相同，功率也相同，C错误，D正确。答案BD综合提能练11.(2019江苏南通调研)智能手机电池“快速充电技术”可以使用户在短时间内完成充电，比如对一块额定电压3.7 V、容量1 430毫安时的电池充电，可以在半小时内将电池充到满容量的75%。结合本段文字和你所学知识，关于“快速充电技术”，你认为下列叙述中比较合理的是()A.这里所提到的“毫安时”指的是一种能量单位B.这