高中物理第八章第1讲电流电阻电功及电功率.ppt

第八章 恒 定 电 流 第1讲 电流 电阻 电功及电功率,知识点 1 电阻定律 1.电流 2.电阻 (1)定义式：R= 。 (2)物理意义：导体的电阻反映了导体对电流的_。,定向移动,正电荷,阻碍作用,3.电阻定律 (1)内容：同种材料的导体，其电阻跟它的_成正比，与它 的_成反比，导体的电阻与构成它的_有关。 (2)表达式：R= 。 4.电阻率 (1)计算式：= 。 (2)物理意义：反映导体的_，是表征材料性质的物理 量。,长度,横截面积,材料,导电性能,(3)电阻率与温度的关系。 金属：电阻率随温度升高而_。 半导体：电阻率随温度升高而_。 超导体：当温度降低到_附近时，某些材料的电阻 率突然_，成为超导体。,增大,减小,绝对零度,变为零,知识点 2 电功率、焦耳定律 1.电功 (1)定义：电路中_移动电荷做的功。 (2)公式：W=qU=_。 (3)电流做功的实质：_转化成其他形式能的过程。 2.电功率 (1)定义：单位时间内电流做的功，表示电流做功的_。 (2)公式:P=Wt=_。 3.焦耳定律 (1)电热:电流流过一段导体时产生的_。 (2)计算式:Q=_。,电场力,UIt,电能,快慢,UI,热量,I2Rt,(1)电荷定向移动的方向为电流的方向。( ) (2)电流微观表达式InqSv中v为光速。( ) (3)由 可知，电阻与电流、电压都有关系。( ) (4)由 知，导体电阻率与导体的电阻和横截面积的乘积 RS成正比，与导体的长度l成反比。( ) (5)电阻率是由导体材料本身决定的。( ) (6)电风扇属于纯电阻，其电功等于电热。( ) (7)对纯电阻可以用 计算电功率。( ),分析：规定正电荷定向移动的方向为电流的方向，(1)错；在 InqSv中,v为自由电荷定向移动的速率，不等于光速， (2)错； 为电阻的定义式，而不是决定式，R与U、I无关， (3)错；电阻率是由导体材料本身决定的，与导体本身的长度、 粗细无关，故(4)错，(5)对；电风扇由于要输出机械能，不是 纯电阻，其电流做的功要大于电热故(6)错；对纯电阻来说,欧 姆定律成立，把 代入P=UI可得 故(7)对。,考点 1 电流的三个公式(三年2考) 对比分析 【考点解读】三个公式的比较,【典例透析 1】截面直径为d、长为L的导线，两端电压为U，当这三个量中的一个改变时，对自由电子定向移动平均速率的影响，下列说法正确的是( ) A.电压U加倍时，自由电子定向移动的平均速率不变 B.导线长度L加倍时，自由电子定向移动的平均速率也加倍 C.导线截面直径d加倍时，自由电子定向移动的平均速率不变 D.导线截面直径d加倍时，自由电子定向移动的平均速率加倍,【解题探究】(1)请写出以下三个表达式： 电流的微观表达式：I=_； 电阻定律：R= ； 欧姆定律：I= 。 (2)根据以上三个表达式导出自由电子定向移动的速率表达式 为v= 。,neSv,【解析】选C。根据电流I的微观表达式、定义式以及电阻的决 定式可得： 所以 由此可知电压U加倍 时，自由电子定向移动的平均速率v加倍，A错误；导线长度L 加倍时，自由电子定向移动的平均速率减半，B错误；导线截 面直径d加倍时，自由电子定向移动的平均速率v不变，C正 确，D错误。,【互动探究】典例透析1中，若保持d、L、U不变，而换用其他 材料的导线，则自由电子的平均速率是否改变？ 【解析】由I=neSv和 再根据 可得： 故自 由电子的平均速率和导体单位体积内的自由电子数目n、导体 的电阻率有关。故换用其他材料的导线时，由于不同材料的 n和一般不同，所以自由电子的平均速率可能改变，也可能 不变。 答案：可能改变，也可能不变,【总结提升】电流微观表达式的相关说明 (1)判断某个量与其他量的变化关系,可以根据公式推导出该物理量的表达式,就能看出该物理量与其他量是否有关,以及随其他量的变化如何变化等。 (2)电流的微观表达式在金属导体、静电除尘、电视机显像管等问题中都有应用。,考点 2 电阻、电阻定律的应用(三年2考) 拓展延伸 【考点解读】 与 的比较,2.电阻率的理解 (1)电阻率可以用 计算，在数值上等于用某种材料制成 的长为1 m、横截面积为1 m2的导线的电阻值。 (2)电阻率与导体材料有关，与导体长度l、横截面积S无关。 (3)电阻率与温度有关。例如，金属材料的电阻率随温度的升 高而增大。半导体材料的电阻率随温度的升高而减小。有些材 料的电阻率几乎不受温度的影响，可制作标准电阻。,【典例透析 2】(2013广州模拟)有两根完全相同的金属裸导 线A和B,如果把导线A均匀拉长到原来的2倍,导线B对折后绞合 起来,然后分别加上相同的恒定电压,则其电阻之比为( ) A.116 B.161 C.14 D.41 【解题探究】(1)导体被拉伸或绞合后不变的两个物理量是_ _和_。 (2)若A、B导线原来的电阻为R,则 均匀拉长到原来的2倍后,A的电阻RA=_; 对折绞合后,B的电阻RB= 。,导,体的电阻率,导体的体积,4R,【解析】选B。某导体的形状改变后，由于质量和材料不变， 则总体积不变、电阻率不变，当长度l和面积S变化时，应用 V=Sl来确定S、l在形变前后的关系，分别用电阻定律即可求出 l、S变化前后导体的电阻关系。 一根给定的导线体积不变，若均匀拉长为原来的2倍，则 横截面积为原来的 设A、B导线的原长为l，横截面积为S， 电阻为R，则：lA=2l， SB=2S， 故 所以,【总结提升】导体形变后电阻的分析方法 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V=lS可知l与S成反比。 (3)在、l、S都确定之后，应用电阻定律 求解。,【变式训练】某用电器与供电电源距离L，线路上的电流为I， 若要求线路上的电压降不超过U，已知输电导线的电阻率为, 那么，该输电导线的横截面积的最小值是( ) B. D. 【解析】选B。由电阻的定义式有 结合电阻定律 得 B正确。,【变式备选】如图甲为一测量电解液电阻率的玻璃容器,P、Q为电极,设a=1m,b=0.2m,c=0.1m,当里面注满某电解液,且P、Q加上电压后,其U-I图线如图乙所示,当U=10V时,求电解液的电阻率是多少?,【解析】由题图乙可求得电解液的电阻为 由题图甲可知电解液长为l=a=1 m 横截面积为S=bc=0.02 m2 结合电阻定律 得 答案：40 m,考点 3 电功与电热(三年2考) 解题技巧 【考点解读】,【典例透析 3】(2013深圳模拟)有一个小型直流电动机,把它 接入电压为U1=0.2V的电路中时,电动机不转,测得流过电动机 的电流是I1=0.4A;若把电动机接入U2=2.0V的电路中,电动机正 常工作,工作电流是I2=1.0A,求电动机正常工作时的输出功率 多大?如果在电动机正常工作时,转子突然被卡住,此时电动机 的发热功率是多大? 【解题探究】试分析电动机何时为纯电阻,何时为非纯电阻: (1)电动机不转时为_; (2)电动机正常工作时为_。,纯电阻,非纯电阻,【解析】U1=0.2V时,电动机不转,此时电动机为纯电阻,故电动 机线圈内阻 U2=2.0V时,电动机正常工作。 此时电动机为非纯电阻,则由电功率与热功率各自的定义式,得 P电=U2I2=2.01.0W=2W。 P热=I22r=1.020.5W=0.5W。 所以由能量守恒可得电动机的输出功率 P出=P电-P热=2W-0.5W=1.5W。 此时若电动机突然被卡住,则电动机又为纯电阻,其热功率 答案：1.5W 8W,【总结提升】非纯电阻问题的“三大注意” (1)无论是纯电阻还是非纯电阻,电功均为W=UIt,电热均为Q=I2Rt。 (2)处理非纯电阻的计算问题时,要善于从能量转化的角度出发,紧紧围绕能量守恒,利用“电功=电热+其他能量”寻找等量关系求解。 (3)非纯电阻在一定条件下可当作纯电阻处理,如电动机卡住不转时即为纯电阻。,【变式训练】如图所示,有一个提升重物用的直流电动机,电阻为r=0.6,电路中的固定电阻R=10,电路两端的电压U=160V,理想电压表的示数U=110V,则通过电动机的电流是多少,电动机的输入功率和输出功率又各是多少?,【解析】由电路图可知,电阻R与电动机串联,所以电流相等,对 电阻R根据欧姆定律得: 电动机的输入功率P=IU=5110W=550W 电动机的发热功率P1=I2r=520.6W=15W 所以电动机的输出功率P出=P-P1=535W。 答案：5A 550W 535W,【备选例题】 【典例透析】家用电器即使没有使用,只要插头插在电源上处于待机状态,也会消耗电能。根据下表提供的数据,估算这些电器待机1天耗电约为( ) A.0.3度 B.0.6度 C.0.9度 D.1.2度,【规范解答】选A。1度=3.6106J,这些电器待机一天耗电W=Pt=(4+1+4+2)243600J=9.5105J=0.3度。故A正确,B、C、D错误。,“柱体微元”模型求解电流大小 1.模型构建 带电粒子在外加电场的作用下,形成定向移动的粒子流,从中取一圆柱形粒子流作为研究对象即为“柱体微元”模型。 2.模型条件 (1)外加电压为恒定电压; (2)带电粒子流仅带一种电荷; (3)带电粒子在柱体内做定向移动。,3.模型特点 (1)柱体的长 l 柱体的横截面积 S (2)带电粒子在柱体内做匀加速直线运动。 4.处理思路 (1)选取一小段粒子流为柱体微元。 (2)运用相关物理规律,结合柱体微元和整体对象的关联性进行分析计算。,【典例】来自质子源的质子(初速度为零),经一加速电压为800kV的直线加速器加速,形成电流强度为1mA的细柱形质子流。已知质子电荷量e=1.6010-19C。这束质子流每秒打到靶上的个数为多少?假定分布在质子源到靶之间的加速电场是均匀的,在质子束中与质子源相距L和4L的两处,各取一段极短的相等长度的质子流,其中的质子数分别为N1和N2,则N1N2等于多少?,【深度剖析】质子流每秒打到靶上的质子数由 可知 建立如图所示的“柱体微元”模型，设质子经过距质子源L和 4L处时的速度分别为v1、v2，在L和4L处作两个长为L(极短) 的柱体微元。因L极短，故L和4L处的两个柱体微元中的质子 的速度可分别视为v1、v2。对于这两个柱体微元，设单位体积 内质子数分别为n1和n2，由 可知I1=n1eSv1， I2=n2eSv2，作为串联电路，各处的电流相等，所以I1=I2， 故,根据动能定理，分别有 可得 所以有 因此，两柱体微元中的质子数 之比 答案：6.251015个 21,【名师指津】在利用“柱体微元”模型求解电流大小时应注意模型的建立。 如图所示,粗细均匀的一段导体长为l,横截面积为S,导体单位 体积内的自由电荷数为n,每个自由电荷的电荷量为q,当导体两 端加上一定的电压时,导体中的自由电荷沿导体定向移动的速 率为v。 (1)导体内的总电荷量:Q=nlSq。 (2)电荷通过横截面D的时间: (3)电流表达式:,【变式训练】如图所示，一根横截面积 为S的均匀长直橡胶棒上均匀带有负电 荷，设棒单位长度内所含的电荷量为q， 当此棒沿轴线方向做速度为v的匀速直线运动时，由于棒的运 动而形成的等效电流大小为( ) A.Vq B. C.qvS D. 【解析】选A。在垂直棒的运动方向选取一横截面，设棒长为 l，则棒上所有电荷通过这一横截面所用的时间 由电流的 定义式 可得： 故A正确。,【双基题组】 1.某电解池,如果在1秒钟内共有5.01018个二价正离子和 1.01019个一价负离子通过某横截面,那么通过这个横截面的 电流是( ) A.0 A B.0.8 A C.1.6 A D.3.2 A 【解析】选D。通过横截面的正离子的电量q1=1.610-192 5.01018C。通过横截面的负离子的电量q2=-1.610-191.0 1019C,则q=|q1|+|q2|=3.2C,根据 故D正确。,2.(2013杭州模拟)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一定增大 C.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 【解析】选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,故B错误;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,故D错误。,3.(2013济南模拟)如图所示,R1和R2是同种 材料、厚度相同、表面为正方形的导体,但 R1的尺寸比R2的尺寸大。在两导体上加相同 的电压,通过两导体的电流方向如图,则下列 说法中正确的是( ) A.R1中的电流小于R2中的电流 B.R1中的电流大于R2中的电流 C.R1中自由电荷定向移动的速率大于R2中自由电荷定向移动的速率 D.R1中自由电荷定向移动的速率小于R2中自由电荷定向移动的速率,【解析】选D。设正方形边长为L、厚度为d，则 则