高考物理一轮复习 第7单元恒定电流第1讲　欧姆定律 电功和电功率课件 新人教版.ppt

第1讲欧姆定律电功和电功率 知识建构 模块建构 技能建构 模块建构 知识建构 技能建构 模块建构 知识建构 技能建构 一 电流 1 电流形成的条件 1 自由移动的电荷 2 导体两端有 电压 模块建构 知识建构 技能建构 2 电流 通过导体横截面的电荷量q跟通过这些电荷量所用的时间t的比值叫电流 即 i 模块建构 知识建构 技能建构 3 电流的微观表达式 粗细均匀的导体两端加一定的电压后 设导体的横截面积为s 导体每单位体积内的自由电荷数为n 每个自由电荷所带的电荷量为q 自由电荷沿导体定向移动的速率为v 则有 i nqvs 模块建构 知识建构 技能建构 4 单位 国际单位是安培 简称安 符号a 它是国际单位制中七个其本单位之一 1a 103ma 106 a 模块建构 知识建构 技能建构 5 电流的方向 电流是标量 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 在外电路中电流由高电势端流向低电势端 在电源内部由电源 负极流向正极 说明 a 电流的分类 直流 方向不随时间变化 交流 方向随时间变化 恒定电流 大小方向都不随时间变化 b 电流国际单位安培是国际基本单位 c i 中q是指时间t内通过导体某一横截面而不是单位横截面的电荷量 在电解液导电和气体导电中q应为通过该截面的正 负电荷量的绝对值之和 二 电阻 电阻率 模块建构 知识建构 技能建构 1 定义 导体两端的电压与通过导体中的电流的比值 1 电阻 模块建构 知识建构 技能建构 2 公式 定义式 r 决定式 电阻定律 导体的电阻跟导体的材料有关 在温度不变的情况下 同材料的电阻r跟它得长度成正比 跟它的横截面积成反比 r 国际单位 欧姆 符号 3 物理意义 导体的电阻反映了导体的导电性能 即导体对电流的阻碍作用的大小 r越大 阻碍作用越强 模块建构 知识建构 技能建构 1 计算式 2 电阻率 2 物理意义 反映材料导电性能的物理量 在数值上等于用这种材料制成的1m长 横截面积为1m2的导线的电阻值 模块建构 知识建构 技能建构 3 导体 半导体材料电阻率的特点 电阻率与导体的长度l 横截面积s无关 是导体材料本身的电学性质 由导体的材料决定 与电压电流无关 与温度的关系 金属 随温度的升高而增大 半导体 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时称为超导体 三 部分电路欧姆定律 模块建构 知识建构 技能建构 2 表达式 i 1 内容 通过导体的电流跟导体两端的电压成正比 跟导体的电阻成反比 模块建构 知识建构 技能建构 1 适用于金属导电和电解液导电 对气体导电不适用 3 适用范围 2 适用于纯电阻电路 不含电动机 电解槽的电路 模块建构 知识建构 技能建构 4 导体的伏安特性曲线 以电流为纵轴 电压为横轴画出导体上的电流随电压的变化曲线 如图甲 乙所示 1 线性元件 伏安特性曲线为直线的电学元件 图甲 模块建构 知识建构 技能建构 2 非线性元件 伏安特性曲线为曲线的电学元件 图乙 注意 a 对于非线性元件 欧姆定律不适用 b 通常用i u图象 或u i图象 描述导体或半导体的伏安特性 曲线上的每一个点对应一组u i值 与坐标原点连线的斜率的倒数 为该状态下的电阻值 ui为该状态下的电功率 四 电功 电热和电功率 模块建构 知识建构 技能建构 1 电功 电路中电场力移动电荷所做的功 1 电功 2 公式 w qu uit 3 电流做功的实质 电能转化为其他形式能的过程 模块建构 知识建构 技能建构 1 定义 电流流过一段导体时产生的热量 2 电热 2 计算式 q i2rt 焦耳定律 模块建构 知识建构 技能建构 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 模块建构 知识建构 技能建构 1 电功率 定义 单位时间内电流所做的功 表示电流做功的快慢 公式 p ui 3 电功率 热功率 模块建构 知识建构 技能建构 2 热功率 单位时间内的发热量 公式 p i2r 模块建构 知识建构 技能建构 3 额定功率和实际功率 额定功率 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额 i额u额 实际功率 用电器在实际电压下所消耗的功率 p实 i实u实 五 串 并联电路的规律 模块建构 知识建构 技能建构 1 电阻的串 并联 模块建构 知识建构 技能建构 3 无论电阻怎样连接 每一段电路的总耗电功率p总等于这段电路内各个电阻消耗电功率之和 说明 串联电路的总电阻大于电路中任意一个电阻 电路中任意一个电阻变大时 串联总电阻变大 2 并联电路的总电阻小于电路中任意一个电阻 任意一个电阻变大时 总电阻变大 模块建构 知识建构 技能建构 1 关于如图所示的电路 滑片a b滑动的过程中 rab由0 0 当滑片滑至ab的中点时 有rab 2 电阻网络的两个推论 模块建构 知识建构 技能建构 2 纯电阻电路中 在其他电阻不变的情况下 任何一个有效电阻增大都会引起总电阻变大 反之则变小 模块建构 知识建构 技能建构 1 如图所示的电解池接入电路后 在t秒内有n1个一价正离子通过溶液内某截面s 有n2个一价负离子通过溶液内某截面s 设e为元电荷 以下说法正确的是 a 当n1 n2时 电流为零 b 当n1 n2时 电流方向从a b 电流为i e c 当n1 n2时 电流方向从b a 电流为i e d 电流方向从a b 电流为i e 解析 由电流方向的规定可知 正 负电荷向相反方向定向移动所形成的电流的方向是相同的 所以电流应该是i e 电流方向按规定应是从a b d选项正确 答案 d 模块建构 知识建构 技能建构 2 下列四个图象中 最能正确地表示家庭常用的白炽灯泡在不同电压下消耗的电功率p与电压平方u2之间的函数关系的是 解析 白炽灯泡为纯电阻 其功率表达式 p 而u越大 电阻越大 图象上对应点与原点连线的斜率越小 故选项c正确 答案 c 模块建构 知识建构 技能建构 3 把六个相同的小灯泡接成如图甲 乙所示的电路 调节变阻器使灯泡正常发光 甲 乙两电路所消耗的功率分别用p甲和p乙表示 则下列结论中正确的是 a p甲 p乙b p甲 3p乙 c p乙 3p甲d p乙 3p甲 模块建构 知识建构 技能建构 乙电路的总电流i乙 i 所以由p ui得p甲 3p乙 应选b 答案 b 解析 设各灯泡正常工作时的电流为i 则甲电路的总电流i甲 3i 4 2011年广东广州模拟 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 44w c 47wd 48w 解析 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p ui i2r 代入数据解得 p 32w a正确 答案 a 模块建构 知识建构 技能建构 一 电流的理解 模块建构 知识建构 技能建构 例1在显像管内的电子枪中 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 b c d 模块建构 知识建构 技能建构 名师点金 取 l末端的截面 分析单位时间内通过此截面的电荷量 利用电流的定义式求解 模块建构 知识建构 技能建构 规范全解 电子加速后 eu mv2 v 设单位体积内的自由电子数为n 由电流微观表达式得 i nesv n n总 n ls 所以b选项正确 答案 b 方法概述 计算电流的三个公式的意义及适用范围如下 模块建构 知识建构 技能建构 模块建构 知识建构 技能建构 模块建构 知识建构 技能建构 模块建构 知识建构 技能建构 注意 公式i nqsv和i 是统一的 两公式分别从微观和宏观上解释了决定电流大小的因素 模块建构 知识建构 技能建构 例2用一稳压电源给装在一个圆管内的水银通电 电流为0 1a 若把水银全部倒在一个内径大一倍的管子里 那么通过水银的电流将是 a 1 6ab 0 8a c 0 4ad 3 2a 二 对电阻 电阻率的理解 模块建构 知识建构 技能建构 名师点金 体积一定的导体形状发生变化时 导体的长度与横截面积将发生变化 根据r 就可以找出改变前后导体的电阻关系 规范全解 由于水银内径增大一倍 由s r2知 圆管的横截面积增大为原来的4倍 由水银体积不变知 装水银部分管子的长度变为原来的 由r 知 r变为原来的 所以由i 得电流变为原来的16倍 即i 1 6a 故a正确 答案 a 模块建构 知识建构 技能建构 1 电阻与电阻率的区别 方法概述 1 电阻是反映导体对电流阻碍作用大小的物理量 电阻率是反映制作导体的材料导电性能好坏的物理量 2 导体电阻与电阻率无直接关系 即电阻大 电阻率不一定大 电阻率小 电阻不一定小 模块建构 知识建构 技能建构 2 两个公式的对比 模块建构 知识建构 技能建构 2 应用图象判断电阻时 要分清是u i图象还是i u图象 注意 1 利用r 和r 计算出来的电阻都是某一特定温度下的电阻 因为电阻率随温度而变化 模块建构 知识建构 技能建构 3 应用图象计算电阻时 绝对不能用r tan 或r 来计算 模块建构 知识建构 技能建构 变式训练1如图所示 a b分别表示由相同材料制成的两条长度相同 粗细均匀电阻丝的伏安特性曲线 下列判断中正确的是 a a代表的电阻丝较粗 b b代表的电阻丝较粗 c a电阻丝的阻值小于b电阻丝的阻值 d 图线表示的电阻丝的阻值与电压成正比 模块建构 知识建构 技能建构 规范全解 b图线的斜率大 表示电阻小 由电阻定律r 知 b的导线粗 b正确 a c不正确 电阻是导体本身的性质 与电阻两端的电压无关 d不正确 答案 b 模块建构 知识建构 技能建构 例3用两个相同的小量程电流表分别改装成了两个量程不同的大量程电流表 若把 分别采用并联或串联的方式接入电路 如图所示 则闭合开关后 下列有关电表的示数和电表指针偏转角度的说法正确的是 a 图甲中的 的示数相同 b 图甲中的 的指针偏角相同 三 串并联电路及电路结构分析 模块建构 知识建构 技能建构 c 图乙中的 的示数和偏角都不同 d 图乙中的 的指针偏角相同 名师点金 电流表改装后 其指针偏角仍与通过表头的电流成正比 刻度盘示数等于通过表头与分流电阻电流之和 电压表示数等于表头与分压电阻电压之和 模块建构 知识建构 技能建构 规范全解 图甲中流过表头的电流相同 故指针偏角相同 但由于 的量程不同 所以示数不同 故a错 b对 图乙中 中的电流相同 故示数相同 但两者表头中的电流不等 指针偏角不同 故c d错 答案 b 模块建构 知识建构 技能建构 1 电流表 电压表的改装 方法概述 1 电流表 表头 当线圈中有电流通过时 线圈在安培力作用下带动指针一起偏转 电流越大 指针偏转的角度越大 即i 表盘刻度是均匀的 电流表三个参数内阻rg 满偏电流ig与满偏电压ug的关系是ug igrg 模块建构 知识建构 技能建构 2 电压表及大量程电流表 由表头改装而成 模块建构 知识建构 技能建构 1 原则 无电流的支路除去 电势相等的各点合并 理想导线任意长短 理想电流表可以视为短路 理想电压表可视为断路 电表不能看做理想电表时 要考虑到电表内电阻对原电路的影响 可把电流表和电压表分别看做能显示电流值和电压值的电阻 电容器稳定时可以视为断路 2 电路图的简化 模块建构 知识建构 技能建构 2 方法 电流分支法 先将各节点用字母标上 判定各支路元件的电流方向 若无电流可假设在总电路两端加上电压后判定 按电流流向 自左到右将各元件 节点 分支逐一画出 加工整理即可 等势点排列法 标出节点字母 判断出各节点电势的高低 电路无电压时可先假设加上电压 将各节点按电势高低自左到右排列 再将各节点间的支路画出 然后加工整理即可 通常以上两种方法常常结合使用 模块建构 知识建构 技能建构 变式训练2如图甲所示 电阻r1 10 r2 3 r3 6 r4 4 电压u 24v 问 甲 模块建构 知识建构 技能建构 2 如果在a b间接一个内阻很小的电流表 它的读数是多少 1 若在a b间接入一个内阻很大的电压表 它的读数是多少 模块建构 知识建构 技能建构 规范全解 1 ab间接入电压表 由于ab间相当于断路 其等效电路如图乙所示 r3 r4串联又与r1并联 其等效电阻为 r134 5 r134与r2串联 由串联电路分压原理知 u2 u134 r2 r134 所以u2 u 9v u134 u 15v 又因为r3与r4串联 根据分压原理知u3 u134 9v 所以uab u2 u3 18v 乙 模块建构 知识建构 技能建构 2 ab间接入电流表 这时ab间相当于短路 电流表测量的是经r4和r3的电流之和 其等效电路如图丙所示 i4 a 6a 另一支路等效电阻为 r123 r1 10 12 i1 a 2a i3 i1 2a 0 67a 所以电流表的读数为iab i3 i4 6 67a 答案 1 18v 2 6 67a 丙 模块建构 知识建构 技能建构 例4有一直流电动机 把它接入电压为0 2v的电路时 电动机不转 测得流过电动机的电流是0 4a 若把电动机接入电压为2 0v的电路中 电动机正常工作 工作电流是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 电动机的发热功率是多少 四 电功与电热及电功率与热功率 模块建构 知识建构 技能建构 名师点金 当电动机转子不转时 电动机无机械能输出 故电能全部转化成内能 相当于纯电阻电路 欧姆定律成立 当电动机转动时一部分电能转化成机械能输出 但因线圈有电阻 故又在该电阻上产生内能 输入的电功率p电 p热 p机 模块建构 知识建构 技能建构 规范全解 接u 0 2v电压 电动机不转 电流i 0 4a 根据欧姆定律 线圈电阻 r 0 5 当接u 2 0v电压时 电流i 1 0a 故输入电功率p电 u i 2 0 1 0w 2 0w 热功率p热 i 2r 12 0 5w 0 5w 故输出功率即机械功率 p机 p电 p热 2 0 0 5 w 1 5w 如果正常工作时 转子被卡住 则电能全部转化成内能 故其发热功率p热 w 8w 答案 1 5w8w 模块建构 知识建构 技能建构 1 纯电阻电路与非纯电阻电路的比较 方法概述 模块建构 知识建构 技能建构 说明 1 在非纯电阻电路中 t既不能表示电功 也不能表示电热 因为欧姆定律不再成立 2 不要认为有电动机的电路一定是非纯电阻电路 当电动机不转动时 仍为纯电阻电路 欧姆定律仍适用 电能全部转化为内能 只有在电动机转动时为非纯电阻电路 u ir 欧姆定律不再适用 大部分电能转化为机械能 模块建构 知识建构 技能建构 1 首先判断电路是纯电阻电路 还是非纯电阻电路 2 解决电功 电热这类问题的基本思路 2 若是非纯电阻电路关键是分析清楚电能转化为什么形式的能 然后再确定选什么公式计算电功或电功率 模块建构 知识建构 技能建构 高考真题1 2011年高考 海南物理卷 图甲是改装并校准电流表的电路图 已知表头的量程ig 600 a 内阻为rg 是标准电流表 要求改装后的电流表量程i 60ma 完成下列填空 模块建构 知识建构 技能建构 2 在电表改装完成后的某次校准测量中 表的示数如图乙所示 由此读出流过电流表的电流为ma 此时流过分流电阻rp的电流为ma 保留1位小数 1 图甲中分流电阻rp的阻值应为 用ig rg和i表示 模块建构 知识建构 技能建构 解析提示 改装后的电流表示数等于通过表头电流与通过分流电阻的电流之和 满偏时通过分流电阻的电流为i ig 命题分析 根据电表的改装与校准考查了学生对闭合电路欧姆定律的理解应用能力 模块建构 知识建构 技能建构 规范全解 1 将量程小的电流表改装成量程大的电流表需要并联一个分流电阻 电流表与分流电阻的电流关系为 故分流电阻的阻值为 模块建构 知识建构 技能建构 2 电流表读数为49 5ma 流过表头的电流i1与流过分流电阻的电流i2之比为 又因为i1 i2 49 5 解得i2 49 0ma 答案 1 2 49 549 0 模块建构 知识建构 技能建构 考向预测1如图所示描绘了两个电阻的伏安特性曲线 由图中可知 若将这两个电阻并联接入电路中 则通过r1 r2的电流比是 a 1 2b 3 1 c 6 1d 1 6 解析 由图可知 图线斜率即为电阻值 r1 2 r2 再根据并联电路特点 i1r1 i2r2 解得i1 i2 r2 r1 1 6 答案 d 模块建构 知识建构 技能建构 高考真题2 2011年高考 全国理综卷 通常一次闪电过程历时约0 2s 0 3s 它由若干个相继发生的闪击构成 每个闪击持续时间仅40 s 80 s 电荷转移主要发生在第一个闪击过程中 在某一次闪电前云地之间的电势差约为1 0 109v 云地间距离约为1km 第一个闪击过程中云地间转移的电荷量约为6c 闪击持续时间约为60 s 假定闪电前云地间的电场是均匀的 根据以上数据 下列判断正确的是 a 闪电电流的瞬时值可达到1 105a b 整个闪电过程的平均功率约为1 1014w c 闪电前云地间的电场强度约为1 106v m d