复习方略高考物理一轮复习 7.1电流 电阻 电功及电功率课件 沪科版选修31.ppt

第七章恒定电流第1讲电流电阻电功及电功率 知识点1电阻定律 电流 思维激活1 多选 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中的电流等于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b d 设正方形边长为l 厚度为d 则i 则i 相等 a错误 b正确 由i nqsv nqldv得l大的v就小 c错误 d正确 知识梳理 1 定向移动 正电荷 nqsv 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 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 阻碍作用 长度 横截面积 材料 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 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 导电性能 增大 减小 绝对零度 变为零 知识点2电功率 焦耳定律 思维激活2 如图所示为一未知电路 现测得两个端点a b之间的电阻为r 若在a b之间加上电压u 测得通过电路的电流为i 则该未知电路的电功率一定为 a i2rb c uid ui i2r 解析 选c 因为不知道a b间的电路是否为纯电阻电路 若为纯电阻 则电功率和热功率相等 即ui i2r 若为非纯电阻 ui为电功率 i2r为热功率 所以a b选项不一定正确 d项错误 c正确 知识梳理 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 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 微点拨 1 关于电流的两点说明 1 电流的方向是正电荷定向移动的方向 与负电荷定向移动的方向相反 2 公式i nqsv中n为单位体积内的自由电荷数 不是单位长度内的电荷数 v是电荷定向移动的速率 并不是传导速率或热运动速率 2 常用公式的四个易错易混点 1 当异种电荷反方向通过某一截面形成同向电流时 公式i 中 q q q 并非q q q 2 对公式 是由导体材料本身的性质决定的 不能认为 与rs成正比 与l成反比 3 r 是电阻的定义式 而r 是电阻的决定式 4 对纯电阻电路 p ui i2r 而对非纯电阻电路 p ui 而p i2r 考点1电流的三个公式三个公式的比较 对比分析 题组通关方案 典题1 多选 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减为原来的一半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 请写出有关的三个表达式 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 典题解析 选b 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 i nesv 所以v 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正确 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 通关1 1 1 拓展延伸 典题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r 再根据i 可得 v 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 2 如图所示是静电除尘器示意图 a接高压电源正极 b接高压电源负极 a b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 遇到烟气中的煤粉 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nmol电子 每昼夜能除尘mkg 试计算高压电源的平均电流i 已知电子电荷量为e 阿伏加德罗常数为na 一昼夜时间为t 解析 由于电离的气体中的电子和正离子同时导电 则流过电源的电荷量q跟煤粉吸附的电荷量q 的关系是q 而q mnnae 所以答案 加固训练 1 某电解池 如果在1秒钟内共有5 0 1018个二价正离子和1 0 1019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 0ab 0 8ac 1 6ad 3 2a 解析 选d 通过横截面的正离子的电量q1 1 6 10 19 2 5 0 1018c 通过横截面的负离子的电量q2 1 6 10 19 1 0 1019c 则q q1 q2 3 2c 根据i 故d正确 2 在显像管的电子枪中 从炽热的金属丝不断放出的电子进入电压为u的加速电场 设其初速度为零 经加速后形成横截面积为s 电流为i的电子束 已知电子的电荷量为e 质量为m 则在刚射出加速电场时 一小段长为 l的电子束内的电子个数是 解析 选b 设单位体积内电子数为n 对电子加速过程应用动能定理 eu mv2所以电子刚出电场时定向移动速度v 由电流的微观表达式i nsqv得 n l内的电子数为n n ls 故b正确 考点2电阻 电阻定律的应用1 对电阻率的理解 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1m 横截面积为1m2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 拓展延伸 2 r 与r 的比较 题组通关方案 典题2 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 1 16b 16 1c 1 4d 4 1 解题探究 1 导体被拉伸或绞合后 物理量 和 是不变的 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 典题解析 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 故所以ra rb 4r 16 1 通关1 1 1 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 解析 选b 由电阻的定义式有r 结合电阻定律r 得s b正确 2 2014 山东省名校联考 欧姆不仅发现了欧姆定律 还研究了电阻定律 有一个长方体金属电阻 材料分布均匀 边长分别为a b c 且a b c 电流沿以下方向流过该金属电阻 其中电阻阻值最小的是 解析 选a 根据电阻定律r 电阻阻值最小的应该是截面积最大 长度最短 a图中 截面积最大 长度最短 故a图电阻阻值最小 选a 加固训练 1 多选 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不一定增大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b 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正确 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 因为r 即电阻不仅与电阻率有关 还与导体长度和横截面积有关 故d错误 2 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r 2000 由题图甲可知电解液长为l a 1m横截面积为s bc 0 02m2结合电阻定律r 得 40 m 答案 40 m 学科素养升华 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 因其由导体材料本身决定 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r 求解 考点3电功 电功率 电热的计算1 纯电阻电路 1 意义 某段电路中只含有电阻元件 如电炉 电饭锅 电烙铁 白炽灯 电暖器等 2 纯电阻电路的两个基本特点 遵循欧姆定律 i 电流通过纯电阻电路时 电流做功所消耗的电能全部转化为内能 电功等于电热 即w uit q i2rt p ui i2r 解题技巧 2 非纯电阻电路 1 意义 电路中除含有电阻外 还有把电能转化为除热能以外的其他形式能的用电器 如电动机 电解槽等 2 非纯电阻电路的特点 不遵循欧姆定律 在非纯电阻电路中u ir 电流通过电路时 电流做功消耗的电能除了转化为内能外 还要转化为其他形式的能 如机械能 化学能等 即w e其他 q p p热 p其他 题组通关方案 典题3 2014 广州模拟 在研究微型电动机的性能时 应用如图所示的实验电路 调节滑动变阻器r并控制电动机停止转动时 电流表和电压表的示数分别为0 50a和2 0v 重新调节r并使电动机恢复正常运转 此时电流表和电压表的示数分别为2 0a和24 0v 则这台电动机正常运转时输出功率为 a 32wb 44wc 47wd 48w 解题探究 1 电动机中有电流通过却不转动 此时电动机相当于 用电器 2 电动机正常工作时 则电动机属于 用电器 纯电阻 非纯电阻 典题解析 选a 当电动机停止转动时 此时电动机相当于一个纯电阻 所以由题中的两表读数 可以计算出电动机的内阻为r 代入数据得 r 4 重新调节r并使电动机恢复正常运转 根据题中的两表读数 计算出电动机的输出功率为p ui i2r 代入数据解得 p 32w b c d错误 a正确 通关1 1 1 小亮家有一台电风扇 内阻为20 额定电压为220v 额定功率为66w 将它接上220v电源后 发现因扇叶被东西卡住不能转动 则此时电风扇消耗的功率为 a 66wb 2420wc 11wd 不确定 解析 选b 当扇叶被东西卡住不能转动时 电路为纯电阻电路 所以电风扇消耗的功率也就是热功率 p 2420w b对 a c d错 2 2014 三亚模拟 有一只风扇 标有 u p 电动机线圈电阻为r 把它接入电压为u的电路中 以下几种计算电风扇发出热量的方法 正确的是 a b q ptc d 以上三种都可以 解析 选c 电风扇是非纯电阻用电器 计算电热只能用q i2rt 故c正确 a b d错误 加固训练 1 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r 0 5 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 0 1 0w 2w p热 i22r 1 02 0 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p热 答案 1 5w8w 2 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 5 110w 550w电动机的发热功率p1 i2r 52 0 6w 15w所以电动机的输出功率p出 p p1 535w 答案 5a550w535w 学科素养升华 非纯电阻问题的 三点注意 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 资源平台 电功 电热在实际生活中的应用电热毯是人们常用的电热式家用电器 它一般具有加热和保温功能 其工作原理大致相同 如图为某种电热式电器的简化电路图 主要元件有电阻丝r1 r2和自动开关s 1 当自动开关s闭合和断开时 用电器分别处于什么状态 2 用电器由照明电路供电 u 220v 设加热时用电器的电功率为400w 保温时用电器的电功率为40w 则r1和r2分别为多大 解析 1 当开关s闭合时 r2被短路 电路中只有r1 此时功率p1 当开关s断开时 r1 r2串联 此时功率为p2 显然有p1 p2 故s闭合时 用电器处于加热状态 s断开时 用电器处于保温状态 2 加热时有 p1 保温时有p2 代入数据解得 r1 121 r2 1089 答案 1 s闭合为加热 s断开为保温 2 121 1089 建模提能之8 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 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 2 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 3 常用的公式 导体内的总电荷量 q nlsq 电荷通过横截面d的时间 t 电流表达式 i nqsv 案例剖析 典题例证深度剖析来自质子源的质子 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 60 10 19c 这束