2011届状元之路物理选3-17.1.ppt

第七章 恒定电流,7.1 电流、电阻、电功和电功率,知 识 精 要 一、电流 1形成电流的条件 (1)导体中要有能够自由移动的电荷 (2)导体两端存在电压 2电流的方向 与正电荷定向移动的方向相同，与负电荷定向移动的方向相反 电流虽然有方向，但它是标量,3电流 (1)定义式： . (2)微观表达式：InqSv，式中n为导体单位体积内的自由电荷数，q是自由电荷的电荷量，v是自由电荷定向移动的速率，S为导体的横截面积,五电功电热和电功率 1.电功 (1)电功:电流在一段电路上所做的功,等于这段电路两端的电压U电路中的电流I和通电时间t三者的乘积,即W=UIt. (2)电流做功的实质:电能转化为其他形式能的过程. 2.电热 (1)定义:电流流过一段导体时产生的热量. (2)计算式:Q=I2Rt(焦耳定律). (3)本质:电热是电流做功的过程中电能转化为内能多少的量度.,3.电功率 (1)定义:电流在一段电路上做功的功率等于电流I与这段电路两端的电压的乘积. (2)计算式:P=UI.,(3)额定功率和实际功率 额定电压额定功率是用电器的重要参数,分别表示用电器正常工作电压和在正常电压下用电器的功率,例:“220V,40 W”的白炽灯. 用电器在额定电压下工作,用电器的实际功率等于额定功率,即P实=P额. 用电器的工作电压不一定等于额定电压,用电器的实际功率不一定等于额定功率.,双 基 精 练 1.关于电流,下列说法中正确的是( ) A.导线内自由电子定向移动速率等于电流的传导速率 B.电子运动的速率越大,电流越大 C.电流是一个矢量,其方向就是正电荷定向运动的方向 D.在国际单位制中电流是一个基本物理量,其单位安培是基本单位 答案:D,解析:电荷在导体中定向移动形成电流,由电流的微观表达式I=neSv,可知电流的大小不仅和电荷定向移动的速率有关,故B错;电流的传导速率等于电场的传播速率,故A错;电流的方向是人为规定的,且只有正负两个方向,故电流是标量,故C错.,2.(2008广东理科基础)关于电阻率的说法正确的是( ) A.电阻率与导体的长度有关 B.电阻率与导体的材料有关 C.电阻率与导体的形状有关 D.电阻率与导体的横截面积有关 解析:电阻率与导体的材料和温度有关,与导体长度形状横 截面积等无关,故选项ACD都错,B对. 答案:B,3.下列关于电源的说法,正确的是( ) A.电源向外提供的电能越多,表示电动势越大 B.电动势就是电源两端的电压 C.电源的电动势与外电路有关,外电路电阻越大,电动势就越 大 D.电动势越大的电源,将其他形式的能转化为电能的本领越 大 答案:D,解析:电源向外提供的电能除与电动势有关之外,还与输出的电流通电时间有关,故A错误;只有当外电路断路时,电动势才等于电源两端的电压,故B错误;电源的电动势由电源自身的性质决定,与有无外电路无关,故选项C错误;电动势是反映电源把其他形式的能转化为电能本领的物理量,故选项D正确.,答案:BD,5.有三个用电器,分别为日光灯电烙铁和电风扇,它们的额定电压和额定功率均为“220 V,60 W”,现让它们在额定电压下工作相同时间,产生的热量( ) A.日光灯最多 B.电烙铁最多 C.电风扇最多 D.一样多 解析:电烙铁是纯电阻用电器,即以发热为目的,电流通过它就是用来产热,而日光灯和电风扇是非纯电阻电路,电流通过它们时产生的热量很少,电能主要转化为其他形式的能(光能和叶片动能),综上所述,只有B正确. 答案:B,疑 难 精 讲,疑难点一.你会推导电流的微观表达式吗?,疑难点二.在电流的微观表达式I=nqSv中的v是电荷的定向移动速率,它与电流的传导速率或电荷无规则热运动的速率是一回事吗? 名师在线:I=nqSv中的v是电荷的定向移动速率,不同于电流的传导速率和电荷无规则热运动的速率,它们之间的区别如下: (1)电流的定向移动速率是自由电荷沿某一方向运动的运动速率,金属导体中约为10-5 m/s. (2)电流的传导速率是电场的传播速率,等于光速,大小为3108 m/s. (3)自由电荷无规则热运动的速率约为105 m/s.,易错点一 表达式推导不彻底导致出错 自我诊断1横截面直径为d长度为l的导线,两端电压为U,当这三个量中一个量改变时,对自由电子定向运动的平均速率的说法正确的是( ) A.电压U加倍时,速率不变 B.导线长度l加倍时,速率不变 C.导线横截面直径d加倍时,速率不变 D.导线横截面直径d加倍时,速率加倍 答案:C,易错点二不善于应用图象解决问题导致出错 自我诊断2在如图1所示的电路中,电源电动势为3.0V,内阻不计,L1L2L3为3个相同规格的小灯泡,这种小灯泡的伏安特性曲线如图2所示,当开关闭合后,下列判断正确的是( ) 图1,图2,A.灯泡L1的电阻为12 B.通过灯泡L1的电流为灯泡L2电流的2倍 C.灯泡L1消耗的电功率为0.75 W D.灯泡L2消耗的电功率为0.30 W 答案:ACD,题型一 电流的定义和微观表达式,【例1】 有一横截面积为S的铜导线,流经其中的电流为I,设每单位体积的导线中有 n个自由电子,电子的电荷量为q,此时电子的定向移动速率为v,在t时间内,通过导体横截面的自由电子数目可表示为( ),答案:C,解析:根据电流的定义式可知,在t内通过导线横截面的电荷量Q=It ,所以在这段时间内通过的自由电子数为 ,所以C项正确,D项错. 由于自由电子定向移动的速率是v,因此在时间t内,位于以横截面S为底长l=vt的这段导线内的自由电子都能通过横截面(如图所示).这段导线的体积V=Sl=Svt,所以t内通过横截面S的自由电子数为N=nV=nSvt,选项AB均错.,创新预测1 如图是静电除尘器示意图, A接高压电源正极,B接高压电源的负极, AB之间有很强的电场,空气被电离为电子 和正离子,电子奔向正极A的过程中,遇到 烟气的煤粉,使煤粉带负电,吸附到正极 A上,排出的烟就成为清洁的了.已知每 千克煤粉会吸附n mol电子,每昼夜能除 m kg,计算高压电源的电流I.电子电荷量设为e,阿伏加德罗常数为NA,一昼夜时间为t.,题型二 对电阻定律的理解和应用 【例2】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,把另一根对折后并合在一起,然后给它们分别加上相同的电压,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 答案:C,解析:导线的体积不变,当把第一根金属线均匀拉长到原来的2倍时,其横截面积减小为原来的一半,根据电阻定律R=l/S,则电阻变为原来的4倍. 当把第二根金属线对折后并合在一起时,其长度减半,横截面积加倍,所以电阻变为原来的1/4. 显然,两根金属线的电阻之比为161. 根据电流的定义得q=It,结合欧姆定律,当给它们分别加上相同的电压时,在相同时间内通过它们的电荷量之比为 q1q2=I1I2=R2R1=116. 正确选项是C.,创新预测2 如图 (a)为一测量电解液电阻率的玻璃容器,PQ为电极,设a=1 m,b=0.2 m,c=0.1 m,当里面注满某电解液,且PQ加上电压后,其U-I图线如图 (b)所示,当U=10 V时,求电解液的电阻率是多少.,题型三 电功和电热的计算 【例3】 有一个小型直流电动机,把它接入电压为U1=0.2 V的电路中时,电动机不转,测得流过电动机的电流是I1=0.4 A;若把电动机接入U2=2.0 V的电路中,电动机正常工作,工作电流是I2=1.0 A.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? 答案:1.5 W 8W,方法总结:(1)对于非纯电阻电路,欧姆定律已不成立,电功电热电功率热功率要分别用不同的公式进行计算. (2)不能简单地认为只要有电动机的电路就是非纯电阻电路,当电动机不转时消耗的电能全部转化为内能,这时电动机相当于一个纯电阻.,创新预测3 (2009滨州模拟)有一内电阻为4.4 的电解槽和一盏标有“110 V 60 W”的灯泡串联后接在电压为220 V的直流电路两端,灯泡正常发光,则( ) A.电解槽消耗的电功率为120 W B.电解槽的发热功率为60 W C.电解槽消耗的电功率为60 W D.电路消耗的总功率为60 W 答案:C,题型四 额定功率与实际功率的计算 【例4】(2009烟台模拟) 下面列出不同品牌的电视机电风扇空调机和电冰箱铭牌上的主要项目:,根据铭牌上提供的信息,试判断下列说法正确的是( ) A.正常工作时电风扇中流过的电流最小 B.正常工作时电风扇消耗的电功率最小 C.在24小时内正常使用的电冰箱比连续运转的电风扇耗电多 D.在24小时内正常使用的电冰箱比连续运转的电风扇耗电少 答案:ABD,解析:由P=UI得空调机的额定功率P空=1 364 W,所以正常工作时电风扇消耗的电功率最小,电流也最小,故AB均对; 由于在24小时内电冰箱的耗电量W=0.8 kWh,而电风扇的耗电量W=Pt=6524 Wh=1.56 kWh,所以C错,D对.,方法总结:(1)用电器正常工作的条件: 用电器两端的实际电压等于其额定电压. 用电器中的实际电流等于其额定电流. 用电器的实际功率等于其额定功率. 由于以上三个条件中的任何一个得到满足时,其余两个条件必同时满足,因此它们是用电器正常工作的等效条件,灵活选用等效条件,往往能够简化解题过程.,(2)用电器接入电路时的规定: 纯电阻用电器接入电路中,若无特别说明,应认为其电阻不变. 用电器的实际功率超过额定功率时,认为它将被烧毁,不考虑其安全事故. 没有注明额定值的用电器(如用于限流的变阻器等)接入电路时,认为其工作的物理量均小于其额定值,能安全使用.,创新预测4 淋浴用水的流速约为10 L/min,合适的水温约为50 C,用水的时间约为4 min,电热淋浴器有两种设计,一种是淋浴时电流直接对流动的水加热;另一种则有水箱,待水箱中的水温升到合适的温度后再淋浴,加热前的水温以20 C计. (1)请根据上面提供的数据说明上述两种方案中的哪种设计不适合大多数家庭的供电电路.,(2)如果水箱中的水恰好够一个人淋浴用,供电电路允许的电流最大为10 A,电加热的效率为80%,这种条件下把水箱中的水加热到50 C最少需要多长时间?已知水的比热容c=4.2103 J/(kg),水的密度=1.0103 kg/m3.,解析:(1)一定时间t内,电流的焦耳热Q1=IUt, 这段时间内水温上升T所需的热量Q2=c(vt)T, 假设焦耳热全部用来使水温升高,则有Q1=Q2. 解以上各式可得: . 如果考虑到热量散失,实际电流会比这个数值更大,目前家庭电路所能承载的最大电流很少有超过10 A的,所以第一种设计不适合家庭用电.,(2)水箱的水量m=vt=40 kg,使水箱中水温升至50 C时所需的热量Q2=cmT, 电流在时间t内提供的焦耳热Q1=IUt, 由于加热效率 =0.8,所以有Q1=Q2, 解以上各式可得: . 答案:(1)第一种设计不适合家庭用电 (2)47.7 min,高 效 作 业 一选择题 1.下列有关电现象的说法中正确的是( ) A.导体中没有电流时,导体内的自由电荷也是运动的 B.欧姆定律适用于一切导体 C.W=UIt适用于一切电功的计算 D.热敏电阻阻值都是随温度的升高而增大的 答案:AC,解析:导体中没有电流时,导体中的自由电荷,例如金属导体中的电子,在围绕原子核做高速运转,但是不能做定向移动.欧姆定律适用于金属导电和电解质溶液导电,但是对气体导电和半导体导电不适用.热敏电阻一般是由半导体材料制成的,有些半导体材料的特点是温度升高,电阻值减小.,2.我国北京正负电子对撞机的储存环是周长为240 m的近似圆形轨道.当环中的电流为10 mA时(设电子的速度是光速的1/10),则在整个环中运行的电子数目为(电子电荷量e=1.6010-19 C)( ) A.51011 B.51010 C.1102 D.1104 答案:A,3.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 上的电压损失不超过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( ) 答案:B,4.如图所示电路中,三个电阻R1R2R3的阻值相同,它们允许消耗的最大功率分别为10 W10 W4 W,此电路中允许消耗的最大功率为( ) A.24 W B.16 W C.12 W D.15 W 答案:D,解析:因R1R2R3的阻值相同,通过R1的电流一定是R2(或R3)的2倍,R1消耗的电功率一定是R2(或R3)的4倍,根据题给数据,用R1允许消耗的最大功率10 W来计算出电路允许消耗的最大功率.因R2R3并联,其并联电阻的阻值是R1阻值的一半,根据并联电路和功率分配关系,该电路消耗的最大功率是P=(10+5) W=15 W.,5.在如图1所示电路中,AB为粗细均匀长为L的电阻丝,以AB上各点相对A点的电压为纵坐标,各点离A点的距离x为横坐标,则U随x变化的图线应为图2中的( ) 答案:A,6.如图所示,厚度均匀的矩形金属薄片边长ab=10 cm,bc=5 cm.当将A与B接入电压为U的电路中时,电流为1A;若将C与D接入同一电路中,则电流为( ) A.4 A B.2 A C. A D. A 答案:A,7.把六个相同的小灯泡接成如图(a)、(b)所示的电路,调节变阻器使灯泡正常发光,(a)(b)两电路所消耗的功率分别用Pa和Pb表示,则下列结论中正确的是( ),A.Pa=Pb B.Pa=3Pb C.Pb=3Pa D.Pb3Pa 答案:B 解析:设各灯泡正常工作时的电流为I,则(a)电路的总电流为Ia=3I,(b)电路的总电流为Ib=I,所以由P=UI得Pa=3Pb,应选B.,8.两根材料相同的均匀导线A和B,其长度分别为L和2L,串联在电路中时沿长度方向电势的变化如图7-1-13所示,则A和B导线的横截面积之比为( ) A.23 B.13 C.12 D.31 答案:B,9.如图所示的电路中,电阻R1R2R3的阻值均为2 ,电流表内阻不计,在BC两点间加上6 V的电压时,电流表的读数为( ) A.0 B.1 A C.1.5 A D.2 A 答案:B,解析:在BC两点间加上6 V的电压时,R2与R3并联,然后与R1串联,电流表的示数是流过电阻R2的电流大小.计算可得,流过R1的干路电流为6 V/(3 )=2 A,各个电阻相等,所以电流表示数为1 A,B正确.,10.