高考物理总复习 第八章 恒定电流 第一节 欧姆定律、电阻定律、电功率及焦耳定律测试题.doc

第一节欧姆定律、电阻定律、电功率及焦耳定律学生用书p144【基础梳理】一、电流、欧姆定律1电流(1)定义：自由电荷的定向移动形成电流(2)方向：规定为正电荷定向移动的方向(3)三个公式定义式：i；微观式：inevs；i.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：适用于金属和电解液导电，适用于纯电阻电路二、电阻、电阻率、电阻定律1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阻碍作用的大小，r越大，阻碍作用越大2电阻定律(1)内容：同种材料的导体，其电阻与它的长度成正比，与它的横截面积成反比，导体的电阻还与构成它的材料有关(2)表达式：r3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：电阻率随温度的升高而增大半导体：电阻率随温度的升高而减小超导体：当温度降低到绝对零度附近时，某些材料的电阻率突然减小为零成为超导体三、电功、电功率、焦耳定律1电功(1)实质：电流做功的实质是电场力对电荷做正功，电势能转化为其他形式的能的过程(2)公式：wquuit，这是计算电功普遍适用的公式2电功率(1)定义：单位时间内电流做的功叫电功率(2)公式：pui，这是计算电功率普遍适用的公式3焦耳定律：电流通过电阻时产生的热量qi2rt，这是计算电热普遍适用的公式4热功率(1)定义：单位时间内的发热量(2)表达式：pi2r【自我诊断】 判一判(1)导体中只要有电荷运动就形成电流()(2)欧姆定律适用于金属导电和气体导电()(3)导体的电阻与导体两端的电压成正比，与通过导体的电流成反比()(4)电阻率是由导体本身决定的()(5)公式qi2rt适用于任何电路中电热的计算()(6)公式piu只适用于纯电阻电路中电功率的计算()提示：(1)(2)(3)(4)(5)(6) 做一做如图所示，厚薄均匀的矩形金属片，边长10 cm，5 cm，当a与b之间接入的电压为u时，电流为i11 a，若c与d间接入的电压为u时，其电流i2_提示：设金属片的厚度为m，则接a、b时r1；接c、d时，r2；所以，又电压不变，得i24i14 a.答案：4 a 想一想电动机正常工作时，电功率大于热功率，当电动机通电卡住不转时，则电功率与热功率满足什么关系？为什么？提示：相等，电动机通电卡住不转时相当于一个发热的纯电阻，故电功率与热功率相等部分电路欧姆定律的应用学生用书p145【知识提炼】1欧姆定律的“二同”(1)同体性：指i、u、r三个物理量必须对应同一段电路或同一段导体(2)同时性：指u和i必须是导体上同一时刻的电压和电流2对伏安特性曲线的理解(1)图甲中线a、b表示线性元件图乙中线c、d表示非线性元件(2)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，故rarb(如图甲所示)(3)图线c的电阻减小，图线d的电阻增大(如图乙所示)(4)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如图乙所示，r0.【典题例析】(多选)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所围面积大小审题指导解决这类问题的两点注意：(1)首先分清是iu图线还是ui图线(2)对线性元件：r；对非线性元件r，即非线性元件的电阻不等于ui图线某点切线的斜率解析由于灯泡的电阻在图线上的每一点都是r，由图线不难看出，随电压的增大，电流的增加变得越发缓慢(iu图线的斜率逐渐减小)，电阻变大，故a、b正确，c错误；小灯泡的功率pui，所以d正确答案abd1运用伏安特性曲线求电阻应注意的问题(1)如图所示，非线性元件的iu图线是曲线，导体电阻rn，即电阻等于图线上点(un，in)与坐标原点连线的斜率的倒数，而不等于该点切线斜率的倒数(2)iu图线中的斜率k，斜率k不能理解为ktan (为图线与u轴的夹角)，因坐标轴的单位可根据需要人为规定，同一电阻在坐标轴单位不同时倾角是不同的2电阻的伏安特性曲线的应用技巧(1)用iu图线来描述电阻的伏安特性时，图线上每一点对应一组u、i值，为该状态下的电阻值，ui为该状态下的电功率(2)如果iu图线为直线，图线斜率的绝对值为该电阻的倒数如果iu图线为曲线，则图线上某点切线斜率的绝对值不表示该点电阻的倒数，电阻的阻值只能用该点的电压和电流的比值来计算 【迁移题组】 迁移1对电流微观表达式的理解1(2015高考安徽卷)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.bcnev 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 迁移2对伏安特性曲线的理解2(2017高考上海卷)将四个定值电阻a、b、c、d分别接入电路，测得相应的电流、电压值如图所示其中阻值最接近的两个电阻是()aa和b bb和dca和c dc和d解析：选a.本题考查ui图象的意义根据r知，定值电阻的ui图线的斜率表示定值电阻的阻值在ui图中分别连接o与4个点，根据它们的倾斜度可知，a和b的阻值最接近，故选a. 迁移3伏安特性曲线在电路中的实际应用3(多选)(2018宿州高三质检)额定电压均为220 v的白炽灯l1和l2的ui特性曲线如图甲所示，现将和l2完全相同的l3与l1和l2一起按如图乙所示电路接入220 v电路中则下列说法正确的是()al2的额定功率约为99 wbl2的实际功率约为17 wcl2的实际功率比l3的实际功率小17 wdl2的实际功率比l3的实际功率小82 w解析：选abd.由l2的伏安特性曲线可得，在额定电压220 v 时的电流为0.45 a，则l2的额定功率为p额u额i额99 w，选项a正确；图示电路为l1和l2串联再与l3并联，所以l1和l2串联后两端的总电压为220 v，那么流过l1和l2的电流及两灯的电压满足i1i2，u1u2220 v，由l1和l2的ui图线可知，i1i20.25 a，u1152 v，u268 v，故灯l2的实际功率p2i2u217 w，故选项b正确；由于l3两端的电压为220 v，故p3p额99 w，则p3p282 w，故选项c错误，选项d正确对电阻定律的理解和应用学生用书p146【知识提炼】1电阻与电阻率的区别与联系(1)区别电阻是反映导体对电流阻碍作用大小的物理量，电阻大小与导体的长度、横截面积及材料等有关，电阻率是描述导体材料导电性能好坏的物理量，与导体长度、横截面积无关导体的电阻大，导体材料的导电性能不一定差；导体的电阻率小，电阻不一定小(2)联系电阻率是影响导体电阻大小的因素之一，导体的长度、横截面积一定时，导体材料的电阻率越大，导体的电阻越大导体的电阻、电阻率均与温度有关2电阻的决定式和定义式的区别公式rr区别电阻的决定式电阻的定义式说明了电阻的决定因素提供了一种测定电阻的方法，并不说明电阻与u和i有关只适用于粗细均匀的金属导体和浓度均匀的电解质溶液适用于任何纯电阻导体【跟进题组】1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，则其电阻之比为()a116 b161c14 d41解析：选b.设a、b原来电阻均为r，长度均为l，横截面积均为s.则r对a：ra4r对b：rbr故161，b正确2如图所示，某一导体的形状为长方体，其长、宽、高之比为abc532.在此长方体的上下左右四个面上分别通过导线引出四个接线柱1、2、3、4.在1、2两端加上恒定的电压u，通过导体的电流为i1；在3、4两端加上恒定的电压u，通过导体的电流为i2.求i1i2.解析：1、2两端加上恒定的电压u时，导体的长度是c，横截面积是ab；3、4两端加上恒定的电压u时，导体的长度是a，横截面积是bc，所以两种情况下导体的电阻之比为425，又由于两种情况下电压相等，由欧姆定律可得，i1i2254.答案：254电功、电功率和电热的计算学生用书p147【知识提炼】纯电阻电路与非纯电阻电路的比较【典题例析】一台电风扇，内阻为20 ，接上220 v电压后正常工作，消耗功率66 w，求：(1)电风扇正常工作时通过电动机的电流是多少？(2)电风扇正常工作时转化为机械能的功率是多少？转化为内能的功率是多少？电动机的效率是多少？(3)如果接上电源后，电风扇的扇叶被卡住，不能转动，这时通过电动机的电流以及电动机消耗的电功率和发热功率是多少？审题指导电动机不转时是纯电阻还是非纯电阻元件？电动机正常工作时呢？解析(1)因为p入iu所以i a0.3 a.(2)电风扇正常工作时转化为内能的功率为p内i2r0.3220 w1.8 w电风扇正常工作时转化为机械能的功率为p机p入p内66 w1.8 w64.2 w电风扇正常工作时的效率为100%97.3%.(3)电风扇的扇叶被卡住后通过电风扇的电流i a11 a电动机消耗的电功率piu11220 w2 420 w.电动机的发热功率p内i2r11220 w2 420 w.答案(1)0.3 a(2)64.2 w1.8 w97.3%(3)11 a2 420 w2 420 w非纯电阻电路的分析技巧在非纯电阻电路的计算中，要注意非纯电阻用电器两端的电压并非是全部加在用电器内阻上，只有在输出功率为零时(此时电路变为纯电阻电路)两者才相等但是，无论在纯电阻电路还是在非纯电阻电路中，发热功率都是i2r.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”寻找能量关系求解 【迁移题组】 迁移1纯电阻电路中的计算1如图所示，把两个相同的灯泡分别接在甲、乙电路中，甲电路两端的电压为8 v，乙电路两端的电压为16 v调节变阻器r1和r2使两灯泡都正常发光，此时变阻器消耗的功率分别为p1和p2，两电路中消耗的总功率分别为p甲和p乙，则下列关系中正确的是()ap甲p乙bp甲p乙cp1p2 dp1p2解析：选d.设灯泡额定电流为i, 则两灯泡都正常发光，电流均为额定电流i，甲电路中总电流i甲2i，乙电路中总电流i乙i，所以p甲u甲 i甲82i16i，p乙u乙i乙16i16i，p甲p乙，选项a、b均错误；r1消耗的功率p1p甲2p灯，r2消耗的功率p2p乙2p灯，故p1p2，选项c错误、d正确 迁移2非纯电阻电路中的计算2如图所示是一提升重物用的直流电动机工作时的电路图电动机内电阻r0.8 ，电路中另一电阻r10 ，直流电压u160 v，电压表示数uv110 v.(1)求通过电动机的电流；(2)求输入电动机的电功率；(3)若电动机以v1 m/s匀速竖直向上提升重物，求该重物的质量(g取10 m/s2)解析：(1)由电路中的电压关系可得电阻r的分压uruuv(160110)v50 v，流过电阻r的电流ir a5 a，即通过电动机的电流imir5 a.(2)电动机的分压umuv110 v，输入电动机的功率p电imum550 w.(3)电动机的发热功率p热ir20 w，电动机输出的机械功率p出p电p热530 w，又因p出mgv，所以m53 kg.答案：(1)5 a(2)550 w(3)53 kg学生用书p1481(2016高考全国卷)阻值相等的四个电阻、电容器c及电池e(内阻可忽略)连接成如图所示电路开关s断开且电流稳定时，c所带的电荷量为q1；闭合开关s，电流再次稳定后，c所带的电荷量为q2.q1与q2的比值为()a.bc. d解析：选c.电路中四个电阻阻值相等，开关s断开时，外电路的连接等效为图1，由于不计电池的内阻，设每个定值电阻的阻值为r，根据串、并联电路的特点可知，电容器两端的电压为u1ee；当开关s闭合后，外电路的连接等效为图2，则电容器两端的电压为u2ee，由qcu可知，c项正确2.如图所示，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，负离子数为n2.设元电荷电荷量为e，则以下说法正确的是()a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：选d.溶液内正、负离子反方向移动，通过截面的电荷量为正、负离子电荷量绝对值之和，由电流的定义可算出，电流为，故选d.3(多选)假如某白炽灯的ui图象如图所示，图象上a点与原点的连线和横轴所成的角为，a点的切线与横轴所成的角为(横、纵坐标均为国际单位)，以下说法中正确的是()a白炽灯的电功率随电压u的增大而增大b白炽灯的电阻随电压u的增大而增大c在a点，白炽灯的电阻为tan d在a点，白炽灯的电阻为tan 解析：选ab.由题图可知，u增大，i增大，则电功率pui增大，a正确；根据电阻的定义式r知，电阻等于ui图线的斜率，观察题图可知电阻逐渐增大，b正确；由于是几何角，所以tan ，一般情况下tan ，故c、d错误4一个用半导体材料制成的电阻器d，其电流i随它两端电压u变化的关系图象如图甲所示，若将它与两个标准电阻r1、r2并联后接在电压恒为u的电源两端，3个用电器消耗的电功率均为p，现将它们连接成如图乙所示的电路，接在该电源的两端，设电阻器d和电阻r1、r2消耗的电功率分别是pd、p1、p2，则下列说法中正确的是()ap14p2 bpdcpdp2 dp14p2解析：选d.由于电阻器d与两个标准电阻r1、r2并联后接在电压恒为u的电源两端时，三者功率相同，则此时三者电阻相等当三者按照题图乙所示的电路连接时，电阻器d两端的电压小于u，由题图甲可知，电阻器d的电阻增大，则有rdr1r2，而rd与r2并联，电压相等，根据p，则有pdp2，c错误；由欧姆定律可知，电流idi2，又i1i2id，故i12i2，根据pi2r，则有p14p2，a错误、d正确；由于电阻器d与电阻r2的并联电阻rr1，所以d两端的电压小于，且d阻值变大，则pd，b错误学生用书p327(单独成册)(建议用时：60分钟)一、单项选择题1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()a.bc. d解析：选b.设电子刚射出电场时的速度为v，则eumv2，所以v.加速后形成横截面积为s、电流为i的电子束，由inesv，可得n，所以长度为l的电子束内的电子数nlsn.2某导体中的电流随其两端电压的变化如图所示，则下列说法中正确的是()a加5 v电压时，导体的电阻约是5 b加11 v电压时，导体的电阻约是1.4 c由图可知，随着电压的增大，导体的电阻不断减小d此导体为线性元件解析：选a.对某些导电器材，其伏安特性曲线不是直线，但曲线上某一点的值仍表示该点所对应的电阻值当导体加5 v电压时，电阻r15 ，a正确；当导体加11 v电压时，由题图知电流约为1.4 a，电阻r2大于1.4 ，b错误；当电压增大时，值增大，导体为非线性元件，c、d错误3一个内电阻可以忽略的电源，给一个绝缘的圆管子里装满的水银供电，电流为0.1 a，若把全部水银倒在一个内径大一倍的绝缘圆管子里，那么通过的电流将是()a0.4 a b0.8 ac1.6 a d3.2 a解析：选c.因电阻r，内径大一倍，截面积就变为原来的四倍，又因水银体积不变，所以长度l变为原来的，故电阻变为原来的，所以电流变为原来的16倍，为1.6 a.4(2018广州模拟)定值电阻r1、r2、r3的阻值均为2 ，在电路中所消耗的电功率的最大值分别为10 w、10 w、2 w，现将这三个电阻按照如图所示的方式连接，则这部分电路消耗的电功率的最大值为()a22 w b12 wc15 w d16 w解析：选b.由题意知r1r2r32 ，p1m10 w，p2m10 w，p3m2 w，首先分析两个并联电阻r2、r3所允许消耗的最大功率因为r2与r3并联，则两端电压相等，由公式p知道，r2与r3所消耗的功率一样已知r2与r3本身允许的最大功率分别是10 w和2 w，所以r2、r3在该电路中的最大功率都是2 w，否则会超过r3的最大功率再分析r1在电路中允许的最大功率把r2与r3看成一个并联电阻r，则电路就是r1与r串联，而串联电路所流过的电流一样，再由pi2r知道，r1与r所消耗功率之比为r1r，r2与r3的并联阻值r，即2，所以r1消耗的功率是并联电阻r的两倍，则r1消耗的功率是24 w8 w10 w，所以这部分电路消耗的总功率最大为2 w2 w8 w12 w.5某一导体的伏安特性曲线如图ab段(曲线)所示，关于导体的电阻，以下说法正确的是()ab点的电阻为12 bb点的电阻为40 c导体的电阻因温度的影响改变了1 d导体的电阻因温度的影响改变了9 解析：选b.a点电阻ra 30 ，b点电阻rb 40 ，故a错误、b正确rrbra10 ，故c、d错误6如图所示是某款理发用的电吹风的电路图，它主要由电动机m和电热丝r构成当闭合开关s1、s2后，电动机驱动风叶旋转，将空气从进风口吸入，经电热丝加热，形成热风后从出风口吹出已知电吹风的额定电压为220 v，吹冷风时的功率为120 w，吹热风时的功率为1 000 w关于该电吹风，下列说法正确的是()a电热丝的电阻为55 b电动机的电阻为 c当电吹风吹冷风时，电热丝每秒钟消耗的电能为1 000 jd当电吹风吹热风时，电动机每秒钟消耗的电能为1 000 j解析：选a.根据题述，电吹风的额定电压为220 v，吹冷风时的功率为120 w，吹热风时的功率为1 000 w，可知电热丝功率为880 w，由p可得电热丝的电阻为r55 ，电动机为非纯电阻电器，r电动 ，选项a正确，b错误；当电吹风吹冷风时，电热丝每秒钟消耗的电能为0，当电吹风吹热风时，电动机每秒钟消耗的电能为120 j，选项c、d错误二、多项选择题7.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ui曲线如图所示图象上a点与原点的连线与横轴成角，a点的切线与横轴成角，则()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，选项a错误；在a点，白炽灯的电阻可表示为，选项b错误，d正确；在a点，白炽灯的电功率可表示为u0i0，选项c正确8在如图所示的电路中，输入电压u恒为8 v，灯泡l标有“3 v，6 w”字样，电动机线圈的电阻rm1 .若灯泡恰能正常发光，下列说法正确的是()a电动机的输入电压是5 vb流过电动机的电流是2 ac电动机的效率是80%d整个电路消耗的电功率是10 w解析：选ab.灯泡恰能正常发光，说明灯泡电压为3 v，电流为2 a，电动机的输入电压是8 v3 v5 v，流过电动机的电流是i2 a，选项a、b正确；电动机内阻消耗功率i2rm4 w，电动机输入功率为52 w10 w，输出功率为6 w，效率为60%，整个电路消耗的电功率是10 w6 w16 w，选项c、d错误9在如图甲所示的电路中，l1、l2、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()al1两端的电压为l2两端电压的2倍bl1消耗的电功率为0.75 wcl2的电阻为12 dl1、l2消耗的电功率的比值大于4解析：选bd.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l1两端的电压为3.0 v，l1消耗的电功率为p1u1i10.75 w，选项b正确；根据并联电路规律可知，l2中的电流为0.125 a，由小灯泡的伏安特性曲线可知其两端电压大约为0.3 v，故l1两端的电压约为l2两端电压的10倍，选项a错误；由欧姆定律可知，l2的电阻为r2 2.4 ，选项c错误；l