高考物理一轮复习 第七章 恒定电流 第1节 电流 电阻 电功 电功率.doc

第1节 电流 电阻 电功 电功率第七章 恒定电流全国卷考情分析基础考点常考考点(20132016考情统计)命题概率常考角度欧姆定律()电阻定律()电源的电动势和内阻()电功率、焦耳定律()以上4个考点未曾独立命题电阻的串联、并联 ()闭合电路的欧姆定律()16甲卷t17(6分)综合命题概率30%(1)欧姆定律、电阻定律、电阻的串、并联综合问题(2)闭合电路的动态分析、故障分析(3)焦耳定律、电路的能量分析(4)绘制并分析伏安特性曲线(5)伏安法测电阻(包括电表的内阻)、测定电源电动势和内阻(6)多用电表的使用及相关电路问题实验八：测定金属的电阻率(同时练习使用螺旋测微器)16甲卷t23(9分)，15卷t23(9分)，15卷t23(9分)，14卷t22(6分)综合命题概率80%实验九：描绘电珠的伏安特性曲线综合命题概率20%实验十：测定电源的电动势和内阻14卷t23(9分)综合命题概率40%实验十一：练习使用多用电表13卷t23(8分)，13卷t23(7分)综合命题概率50%第1节电流_电阻_电功_电功率(1)由r知， 导体的电阻与导体两端电压成正比，与流过导体的电流成反比。()(2)根据i，可知i与q成正比。()(3)由知，导体的电阻率与导体的电阻和横截面积的乘积成正比，与导体的长度成反比。()(4)公式wuit及qi2rt适用于任何电路。()(5)公式wti2rt只适用于纯电阻电路。()(1)1826年德国物理学家欧姆通过实验得出欧姆定律。(2)19世纪，焦耳和楞次先后各自独立发现电流通过导体时产生热效应的规律，即焦耳定律。突破点(一)电流的理解及其三个表达式的应用典题先试1(2017重庆模拟)某兴趣小组调查一条河流的水质情况，通过计算结果表明，被污染的河里一分钟内有相当于6 c的正离子和9 c的负离子向下游流去，则取样时这条河流的等效电流大小和方向分别是()a0.25 a顺流而下b0.05 a顺流而下c0.25 a逆流而上d0.05 a逆流而上解析：选d若正负离子移动方向相反，则通过横截面的总电荷量是两种离子电荷量绝对值之和，若正负离子向着同一个方向流动，则通过横截面的总电荷量等于正负离子的电荷量的代数和，所以在1 min内通过横截面的总电荷量应为q6 c9 c3 c，所以电流i0.05 a，方向与河水的流动方向相反，即电流的方向为逆流而上，d正确。2(2015安徽高考)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()a.b.cnev d.解析：选c由电流定义可知：inesv，由欧姆定律可得：uirnesvnelv，又e，故enev，选项c正确。3(2017新乡模拟)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电流强度为，电流方向为顺时针b电流强度为，电流方向为顺时针c电流强度为，电流方向为逆时针d电流强度为，电流方向为逆时针解析：选c由i得该环形电流为i，其方向与电子定向运动方向相反，为逆时针方向，故选项c正确。题后悟通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突破点(二)电阻、电阻定律的理解与应用1电阻与电阻率的区别(1)电阻反映了导体对电流阻碍作用的大小，而电阻率则反映制作导体的材料导电性能的好坏。(2)导体的电阻大，电阻率不一定大，它的导电性能不一定差；导体的电阻率小，电阻不一定小，即它对电流的阻碍作用不一定小。(3)导体的电阻、电阻率均与温度有关。2电阻的决定式和定义式的比较公式决定式定义式rr区别指明了电阻的决定因素提供了一种测定电阻的方法，电阻与u和i无关适用于粗细均匀的金属导体和分布均匀的导电介质适用于任何纯电阻导体相同点都不能反映电阻的实质(要用微观理论解释) 典例(多选)(2017益阳模拟)一根粗细均匀的金属导线，在其两端加上电压u0时，通过导线的电流为i0，导线中自由电子定向移动的平均速率为v，若将导线均匀拉长，使它的横截面半径变为原来的，再给它两端加上电压2u0，则()a通过导线的电流为b通过导线的电流为c导线中自由电子定向移动的速率为d导线中自由电子定向移动的速率为思路点拨本题应根据电阻定律r，结合欧姆定律i和电流的微观表达式inesv进行分析。解析将金属导线均匀拉长，因半径变为原来的一半，则横截面积变为原来的，其长度变为原来的4倍，根据电阻定律r分析可知，电阻变为原来的16倍，又电压变为2u0，根据欧姆定律i可知，电流变为，a正确，b错误；根据电流的微观表达式inevs，其中n、e不变，电流变为原来的，横截面积变为原来的，则自由电子定向移动的平均速率变为，c错误，d正确。答案ad方法规律导体变形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。集训冲关1.(2017保定模拟)如图所示，一段长为a、宽为b、高为c(abc)的长方体金属导体，将其中的两个对立面接入电路中时，最大的电阻为r，则最小的电阻为()a.b.c. dr解析：选a根据电阻定律知，最大电阻为r，最小电阻为r，故a正确。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()a14 b18c116 d161解析：选c对于第一根导线，均匀拉长到原来的2倍，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。3.(2017莱芜模拟)某个由导电介质制成的电阻截面如图所示，导电介质的电阻率为，制成内外半径分别为a和b的半球壳层形状(图中阴影部分)，半径为a、电阻不计的球形电极被嵌入导电介质的球心成为一个引出电极，在导电介质的外层球壳上镀上一层电阻不计的金属膜成为另外一个电极，设该电阻的阻值为r。下面给出r的四个表达式中只有一个是合理的，你可能不会求解r，但是你可以通过一定的物理分析，对下列表达式的合理性做出判断。根据你的判断，r的合理表达式应为()ar brcr dr解析：选b根据r，从单位上看，答案中，分子应是长度单位，而分母应是面积单位，只有a、b符合单位，c、d错误；再代入特殊值，若ba，球壳无限薄，此时电阻为零，因此只有b正确，a错误。突破点(三)伏安特性曲线的理解及应用1定义：用纵坐标表示电流i、横坐标表示电压u，画出的iu图像。2图线的意义(1)由于导体的导电性能不同，所以不同的导体有不同的伏安特性曲线。(2)伏安特性曲线上每一点的电压坐标与电流坐标的比值，对应这一状态下的电阻。3应用：iu图像中图线上某点与o点连线的斜率表示电阻的倒数，斜率越大，电阻越小。4两类图线(1)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。(2)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。典例(多选)(2017常州模拟)小灯泡通电后其电流i随所加电压u变化的图线如图所示，p为图线上一点，pn为图线在p点的切线，pq为u轴的垂线，pm为i轴的垂线，则下列说法中正确的是()a随着所加电压的增大，小灯泡的电阻增大b对应p点，小灯泡的电阻为rc对应p点，小灯泡的电阻为rd对应p点，小灯泡的功率为图中矩形pqom所围的面积大小解析iu图线的斜率逐渐减小，说明电阻逐渐增大，a正确；对应p点，小灯泡的电阻为r，b正确，c错误；对应p点，小灯泡的功率为pi2u1，此值恰为图中矩形pqom所围面积的大小，d正确。答案abd易错提醒(1)伏安特性曲线中，导体电阻等于线上点与原点连线斜率的倒数，而不等于该点切线斜率的倒数。(2)无论线性元件还是非线性元件，只要是纯电阻元件，电阻都可由r计算。集训冲关1(2017宜昌模拟)如图所示，a、b分别表示由相同材料制成的两条长度相同、粗细均匀的电阻丝的伏安特性曲线，下列判断中正确的是()aa代表的电阻丝较粗bb代表的电阻丝较粗ca电阻丝的阻值小于b电阻丝的阻值d图线表示电阻丝的阻值与电压成正比解析：选b图线的斜率表示电阻的倒数，故rarb，c错误；由r知a的横截面积较小，a错误，b正确；由图像知导体的电阻与电压无关，d错误。2.(多选)如图所示是电阻r的iu图像，图中=45，由此得出()a通过电阻的电流与两端电压成正比b电阻r0.5 c因iu图像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：选ad由欧姆定律可知通过该定值电阻的电流与电压成正比，a正确；电阻r2 ，b、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，d正确。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所示。图像上a点与原点的连线与横轴成角，a点的切线与横轴成角，则()a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：选cd白炽灯的电阻随电压的增大而增大，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b错误，d正确；在a点，白炽灯的功率可表示为u0i0，c正确。突破点(四)电功、电功率及焦耳定律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电动机、电解槽、日光灯等电功与电热wuit，qi2rttwqwuit，qi2rtwq电功率与热功率p电ui，p热i2r，p电p热p电ui，p热i2r，p电p热典例有一小型直流电动机，把它接入u10.3 v的电路中时，电动机不转，测得流过电动机的电流为i10.6 a；若把电动机接入u23.0 v的电路中时，电动机正常工作，工作电流是i21.0 a，求：(1)电动机正常工作时的输出功率是多少？(2)如果电动机正常工作时，转子突然被卡住，此时电动机的发热功率是多大？思路点拨(1)当电动机不转时，可视为纯电阻，由欧姆定律求其内电阻。(2)当电动机正常工作时，转子突然被卡住，其电流不等于i21.0 a，此时发热功率由p计算。解析(1)当u10.3 v，i10.6 a时，电动机不转，此时电动机为纯电阻，故电动机的内电阻为r0.5 。当u23.0 v，i21.0 a时，电动机正常工作，此时电动机为非纯电阻，则电动机的输出功率为p出u2i2i22r2.5 w。(2)当电动机正常工作被卡住时，电动机又为纯电阻，其热功率为p热18 w。答案(1)2.5 w(2)18 w方法规律(1)在任何电路中，p电ui、p热i2r、wuit、qi2rt都适用。(2)处理非纯电阻电路的计算问题时，要善于从能量转化的角度出发，紧紧围绕能量守恒定律，利用“电功电热其他能量”找等量关系求解。(3)在非纯电阻电路中，t既不表示电功也不表示电热，是没有意义的。集训冲关1(2017天津六校联考)电阻r和电动机m串联接到电路中，如图所示，已知电阻r跟电动机线圈的电阻值相等，开关接通后，电动机正常工作。设电阻r和电动机m两端的电压分别为u1和u2，经过时间t，电流通过电阻r做功为w1，产生热量为q1，电流通过电动机做功为w2，产生热量为q2，则有()au1u2，q1q2bu1u2，q1q2cw1w2，q1q2 dw1w2，q1q2解析：选a由于电阻r跟电动机线圈的电阻值相等，开关接通后，根据焦耳定律，二者产生的热量相等，q1q2。电流通过电动机做功w2大于电流通过电阻r做功w1，即w1w2。电动机m两端的电压大于电阻两端电压，即u1u2。所以选项a正确。2一台小型电动机在3 v电压下工作，用此电动机提升重力为4 n的物体时，通过电动机的电流是0.2 a。在30 s内可将该物体匀速提升3 m。若不计除电动机线圈生热之外的能量损失，求：(1)电动机的输入功率；(2)在开始提升物体后的30 s内，电动机线圈所产生的热量；(3)电动机线圈的电阻。解析：(1)电动机的输入功率p入iu0.23 v0.6 w。(2)电动机提升物体的机械功率p机fvmg0.4 w由能量守恒定律得p入p机p热故p热p入p机(0.60.4)w0.2 w所以电动机线圈产生的热量qp热t0.230 j6 j。(3)根据焦耳定律qi2rt可得线圈电阻r 5 。答案：(1)0.6 w(2)6 j(3)5 生活中的用电器生活中，人们在家中会使用很多用电器，如电饭锅、空调、冰箱、电风扇、电吹风等，这些用电器有的可以视为纯电阻，有的则不是纯电阻，现举例如下： 1一只电饭煲和一台洗衣机并联接在输出电压为220 v的交流电源上(其内电阻可忽略不计)，均正常工作。用电流表分别测得通过电饭煲的电流是5.0 a，通过洗衣机电动机的电流是0.50 a，则下列说法中正确的是()a电饭煲的电阻为44 ，洗衣机电动机线圈的电阻为440 b电饭煲消耗的电功率为1 555 w，洗衣机电动机消耗的电功率为155.5 wc1 min内电饭煲消耗的电能为6.6104 j，洗衣机电动机消耗的电能为 6.6103 jd电饭煲发热功率是洗衣机电动机发热功率的10倍解析：选c由于电饭煲是纯电阻元件，所以r144 ，p1ui11 100 w，其在1 min内消耗的电能 w1ui1t6.6104 j，洗衣机为非纯电阻元件，所以r2，p2ui2110 w，其在1 min 内消耗的电能 w2ui2t6.6103 j，其热功率p热p2，所以电饭煲发热功率不是洗衣机电动机发热功率的10倍。2为了生活方便，电热水壶已进入千家万户，如果将一电热水壶接在220 v的电源两端，经时间t0电热水壶的开关自动切断，假设热量的损失不计、加热丝的阻值不受温度的影响。则()a如果将电热水壶接在110 v的电源两端，需经2t0的时间电热水壶的开关自动切断 b如果将电热水壶接在110 v的电源两端，需经16t0的时间电热水壶的开关自动切断c如果将电热水壶接在55 v的电源两端，需经4t0的时间电热水壶的开关自动切断d如果将电热水壶接在55 v的电源两端，需经16t0的时间电热水壶的开关自动切断解析：选d根据公式qt可知，煮沸一壶水所需的热量为qt0，当电压变为原来的时，所需热量没变，因此时间要变为原来的4倍，即4t0，a、b错误；当电压变为原来的时，时间要变为原来的16倍，即16t0，c错误，d正确。3(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：选ad电动机的输入功率为p入ui4812 w576 w，a正确；电动机的发热功率为qi2rp入p出，代入数据解得：r1.6 ，b错误；由v大20 km/h m/s，根据p出fv大解得f63 n，且当该车速度最大时，ff63 n，故c错误，d正确。反思领悟分析生活中的用电器问题的两条思路1了解用电器的结构，含有电动机且正常工作的为非纯电阻；不含电动机或含电动机但电动机不转的则为纯电阻。2从能量转化角度来区分，如消耗的电能全部转化为电热则为纯电阻；如消耗的电能有一部分转化为其他能量，则为非纯电阻。对点训练：电流的理解及其三个表达式的应用1.如图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()ai，从上向下bi，从上向下ci，从下向上 di，从下向上解析：选a由于自由电子落在b板上，则a板上落上阳离子，因此r中的电流方向为自上而下，电流大小i。a项正确。2(多选)(2017枣庄检测)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所示，则下列说法中正确的是()ar1中的电流小于r2中的电流br1中的电流等于r2中的电流cr1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dr1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bd设正方形的边长为l、厚度为d，则i，r，得i，故r1、r2中的电流相等，a错误，b正确。由inqsvnqldv得，l大则v小，c错误，d正确。3(多选)(2017石家庄月考)如图所示为一水平绝缘盘，盘边缘均匀地固定着带负电的电荷，从上向下看，盘面沿逆时针方向匀速转动，则对该过程中形成的电流的理解正确的是()a如果仅将盘边缘固定的总电荷量加倍，则其形成的电流也加倍b如果仅将盘面转动的角速度加倍，则其形成的电流也加倍c如果仅增大盘的半径，则其形成的电流也增大d如果仅增大盘的半径，则其形成的电流减小解析：选ab转盘形成的等效电流为i，如t不变，q变为原来的2倍，则电流也加倍，a正确；如q不变，加倍，则t变为原来的，则电流加倍，b正确；如果仅增大盘的半径，q、t均不变，则电流不变，故c、d错误。对点训练：电阻、电阻定律的理解与应用4.(多选)如图是横截面积、长度均相同的甲、乙两根电阻丝的ri图像。现将甲、乙串联后接入电路中，则()a甲电阻丝两端电压比乙电阻丝两端电压小b甲电阻丝的电阻率比乙电阻丝的电阻率大c在相同时间内，电流通过乙电阻丝产生的焦耳热较少d甲电阻丝消耗的电功率比乙电阻丝消耗的电功率小解析：选bc将甲、乙串联接入电路中，电流相等，由题图知，甲电阻大于乙电阻，由电阻定律知甲电阻丝的电阻率大于乙电阻丝的电阻率，b正确；由i知甲两端的电压比乙大，a错误；根据qi2rt，知乙产生的焦耳热少，c正确；由pi2r知甲消耗的电功率比乙大，d错误。5(2017温州联考)两根材料相同的均匀导线x和y，x长为l，y长为2l，串联在电路中，沿导线长度方向电势变化如图所示，则两导线的横截面积之比为()a23 b13c12 d31解析：选b由题图可知导线x和y两端的电压之比为，其电流相同，则电阻之比，由r可得，b正确。6.如图所示为均匀的长方形薄片合金电阻板abcd，ab边长为l1，ad边长为l2。当端点、或、接入电路时，导体的电阻分别为r1、r2，则r1r2为()al1l2 bl2l1cl12l22 dl22l12解析：选c设电阻板厚度为h，由电阻定律有r1，r2，所以r1r2l12l22，故c正确。对点训练：伏安特性曲线的理解及应用7(多选)(2017杭州五校联考)如图所示为a、b两电阻的伏安特性曲线，关于两电阻的描述正确的是()a电阻a的电阻值随电流的增大而增大，电阻b阻值不变b在两图线交点处，电阻a的阻值等于电阻bc在两图线交点处，电阻a的阻值大于电阻bd在两图线交点处，电阻a的阻值小于电阻b解析：选ab由题图可知，电阻b的斜率不变，电阻a的斜率在逐渐增大，而在ui图像中，图像的斜率表示电阻值大