（江苏专用）2020版高考物理总复习第七章恒定电流第1讲电路的基本规律及应用教案.docx

电路的基本规律及应用高考导航考点内容要求高考命题实况高考战报201620172018电阻定律T8：直流电路的分析与计算T10：等效法测电阻，电表的选取、图象法处理实验数据T11：温控装置，热敏电阻，多用电表的使用，电路故障分析T8：闪光灯、含容电路分析T10：测量某干电池的电动势和内阻3年5考难度中等或偏难保B冲A电阻的串联与并联高频考点：电路分析、闭合电路的欧姆定律的应用等。实验部分。创新区域：实验器材的重组和原理的创新。实验思想方法的变化与创新。电流电源的电动势和内阻欧姆定律闭合电路欧姆定律电功电功率焦耳定律实验六：决定导线电阻的因素实验七：描绘小灯泡的伏安特性曲线实验八：测量电源的电动势和内阻实验九：练习使用多用电表第1讲电路的基本规律及应用知识排查欧姆定律1.电流(1)定义：单位时间里通过导体任一横截面的电荷量，叫做电流强度，简称电流。(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：InqSv；I。(4)成因：自由电荷的定向移动。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。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，其电阻跟它的长度成正比，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：R。3.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：电阻率随温度升高而增大；半导体：电阻率随温度升高而减小。电功率、焦耳定律1.电功(1)定义：导体中的自由电荷在电场力作用下定向移动，电场力做的功称为电功。(2)公式：WqUIUt。(3)电流做功的实质：电能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，表示电流做功的快慢。(2)公式：PIU。3.焦耳定律(1)电热：电流流过一段导体时产生的热量。(2)计算式：QI2Rt。4.热功率(1)定义：单位时间内的发热量。(2)表达式：PI2R。电阻的串联、并联串联电路并联电路电路图基本特点电压UU1U2U3UU1U2U3电流II1I2I3II1I2I3总电阻R总R1R2R3小题速练1.思考判断(1)规定正电荷定向移动方向为电流方向，所以，电流是矢量。()(2)根据I，可知I与q成正比。()(3)电流I随时间t变化的图象与横轴所围面积表示通过导体横截面的电荷量。()(4)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。()(5)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。()(6)公式WtI2Rt可适用于所有电路。()答案(1)(2)(3)(4)(5)(6)2.人教选修31P43第3题改编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。设电荷量为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.电流大小为，电流方向为顺时针B.电流大小为，电流方向为顺时针C.电流大小为，电流方向为逆时针D.电流大小为，电流方向为逆时针解析电子做圆周运动的周期T，由I得I，电流的方向与电子运动方向相反，故为逆时针，选项C正确。答案C3.人教版选修31P66第2题一个量程为0150 V的电压表，内阻为20 k，把它与一个大电阻串联后接在110 V电路的两端，电压表的读数是5 V。这个外接电阻是()A.240 B.420 kC.240 k D.420 答案B4.人教选修31P55第2题改编电热毯、电饭锅等是人们常用的电热式家用电器，他们一般具有加热和保温功能，其工作原理大致相同。如图1所示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。图1(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(U220 V)，设加热时用电器的电功率为400 W，保温时用电器的电功率为40 W，则R1和R2分别为多大？(3)若将图甲中的自动开关S换成理想的晶体二极管D，如图乙所示，其他条件不变，求该用电器工作1小时消耗的电能。解析(1)S闭合，处于加热状态S断开，处于保温状态。(2)由电功率公式得P1P2联立得R1121 R21 089 (3)二极管导通时处于加热状态，二极管截止时，用电器处在保温状态。WP1P20.22 kWh(或7.92105 J)。答案(1)S闭合，处于加热状态S断开，处于保温状态(2)121 1 089 (3)0.22 kWh(或7.92105 J)对电阻定律的理解和应用1.电阻与电阻率的区别(1)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，与导体材料种类和温度有关。(2)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。(3)导体的电阻、电阻率均与温度有关。2.公式R与R的比较比较项目RR意义电阻的决定式电阻的定义式理解说明导体的电阻由、l、S决定，即与l成正比，与S成反比提供了一种测量电阻的方法(伏安法)，不能认为R与U成正比，与I成反比适用范围只适用于粗细均匀的金属导体或浓度均匀的电解液适用于任何纯电阻导体【例1】(2018江苏省南通市高考全真模拟)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U时，棒内产生电流，则自由电子定向运动的平均速率为()图2A. B.C.neL D.解析电流的微观表达式InevS，又因为I，R，得出v，选项A正确。答案A【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()A.14 B.18C.116 D.161解析本题应根据电阻定律R、欧姆定律I和电流定义式I求解。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，在相同时间内通过它们的电荷量之比q1q2I1I2116。答案C导体变形后电阻的分析，应抓住以下三点(1)导体的电阻率不变。(2)导体的体积V不变，由VLS可知L与S成反比。(3)在、L、S都确定之后，应用电阻定律求解。部分电路欧姆定律及伏安特性曲线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3甲中，图线a、b表示线性元件，图乙中，图线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3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)。图3(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。【例3】(2018常州模拟)(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4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()图4A.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项正确；对应P点，小灯泡的电阻为R，B项正确，C项错误；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项正确。答案ABD伏安特性曲线问题的处理方法(1)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图象某点切线的斜率。(2)在电路问题分析时，IU(或UI)图象中的电流、电压信息是解题的关键，要将电路中的电子元件和图象有机结合。电功、电热、电功率和热功率纯电阻电路与非纯电阻电路的比较【例4】(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解析由于U48 V，I12 A，则P入IU576 W，故选项A正确；因P入P出I2r，r ，故选项B错误；由P出FvFfv，FFf63 N，故选项C错误，D正确。答案AD电功和电热的处理方法(1)首先要分清所研究的电路是纯电阻电路还是非纯电阻电路，正确选择计算公式。(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”寻找等量关系求解。电路的串联和并联1.简化串、并联电路的常用方法(1)等电势法：电流沿电势高电势低的方向流动，若两点之间等电势，则没有电流。(2)电流流向法：电流分叉的地方则为并联，否则为串联。2.电压表及大量程电流表(由表头改装而成)改装为电压表改装为大量程电流表原理串联电阻分压并联电阻分流改装原理图分压电阻或分流电阻UIg(RRg)所以RRgIgRg(IIg)R所以R改装后电表内阻RVRgRRgRARg【例5】(2016江苏单科)(多选)如图5所示的电路中，电源电动势为12 V，内阻为2 ，四个电阻的阻值已在图中标出，闭合开关S，下列说法正确的有()图5A.路端电压为10 VB.电源的总功率为10 WC.a、b间电压的大小为5 VD.a、b间用导线连接后，电路的总电流为1 A解析外电路的总电阻R 10 ，总电流I1 A，则路端电压UIR10 V，选项A正确；电源的总功率P总EI12 W，选项B错误；a、b间电压大小为Uab0.515 V0.55 V 5 V，选项C正确；a、b间用导线连接后，外电路的总电阻为R2 7.5 ，电路中的总电流I1.26 A，选项D错误。答案AC【例6】如图6所示，其中电流表A的量程为0.6 A，表盘均匀划分为30个小格，每一小格表示0.02 A；R1的阻值等于电流表内阻的；R2的阻值等于电流表内阻的2倍。若用电流表A的表盘刻度表示流过接线柱1的电流值，则下列分析正确的是()图6A.将接线柱1、2接入电路时，每一小格表示0.04 AB.将接线柱1、2接入电路时，每一小格表示0.02 AC.将接线柱1、3接入电路时，每一小格表示0.06 AD.将接线柱1、3接入电路时，每一小格表示0.01 A解析当接线柱1、2接入电路时，R1与电流表并联，由于R1，可知流过R1的电流为流过电流表电流的2倍，所以1、2接线柱间的电流为通过电流表电流的3倍，所以每一小格是原来的3倍，即为0.06 A，所以A、B错误；当接线柱1、3接入电路时，电流表与R1并联，然后再与R2串联，串联电阻对电流无影响，与1、2接入电路的效果一样，所以每一小格表示0.06 A，C正确，D错误。答案C缜密思维能力的培养含有非理想电表的电路分析实际电路中电流表内阻不可能为零，电压表内阻也不会是无穷大，电表内阻对电路的影响有时不可忽略。近年来非理想电表对电路的影响、有关电路的计算及非理想电表的非常规接法的应用等问题也应该引起重视。【典例】两个定值电阻R1、R2串联接在U稳定于12 V的直流电源上，有人把一个内阻不是远大于R1、R2的电压表接在R1的两端，如图7所示，电压表示数为8 V，如果把它改接在R2的两端，则电压表的示数将()图7A.小于4 V B.等于4 VC.大于4 V而小于8 V D.等于或大于8 V解析当电压表并联在R1两端时，ab间的电阻是R1与电压表内阻RV并联后的等效电阻Rab，RabR1，Rab两端电压为8 V，R2两端电压为4 V，则Rab2R2，所以R12R2，由此可以推断，当不用电压表测量时，R2分得的电压小于4 V。当把电压表并在R2上时，bc间的电阻Rbc为R2和RV的并联电阻，RbcR2，因而bc间电压一定小于4 V。所以选项A正确。答案A在分析非理想电表问题时，要明确以下两点(1)电压表的示数等于通过电压表的电流与其自身内阻的乘积即UIVRV；电流表的示数等于其两端的电压与其自身内阻之比，即I。因此可以将非理想电表当作能显示其电压或电流的电阻看待。(2)当电路中存在非理想电压表时，相当于RV与被测电路并联，起分流作用，故读数比理想电压表偏小；当电路中接入非理想电流表时，相当于RA串联在被测电路中，起分压作用，故读数比理想电流表偏小。1.下列说法中正确的是()A.由R可知，电阻与电压、电流都有关系B.由R可知，电阻只与导体的长度和横截面积有关系C.各种材料的电阻率都与温度有关，金属的电阻率随温度的升高而减小D.所谓超导现象，就是当温度降低到接近绝对零度的某个临界温度时，导体的电阻率突然变为零的现象解析R是电阻的定义式，R与电压和电流无关，故A错误；而R是电阻的决定式，即电阻与、l、S都有关系，故B错误；电阻率都与温度有关，金属的电阻率随温度的升高而增大，故C错误；当温度降低到接近绝对零度的某个临界温度时，导体的电阻率突然变为零的现象叫超导现象，故D正确。答案D2.(2018宿迁市第三次模拟考试)飞机在空中飞行时，其表面因不断与空气摩擦而带电。某次飞行中，飞机0.5 s内带电荷量增加约17 C，此过程中形成的电流约为()A.34 mA B.34 AC.8.5 mA D.8.5 A解析根据电流的定义式I，其中q是某段时间内通过导体横截面的电荷量，可求得I34 A，B正确。答案B3.(2019南京市高三调研)大型强子对撞器LHC(Large Hadron Collider)是一座欧洲核子研究组织CERN的粒子加速器与对撞机，加速管中的单个质子具有的能量为7 TeV(71012电子伏)，此能量最接近()A.一只蜗牛爬行时的动能B.辽宁舰正常行驶时的动能C.手机充满1次电消耗的电能D.家用空调工作1 h消耗的电能解析质子具有的能量E71012 eV710121.61019 J1.12106 J，一只蜗牛的质量大约20 g，速度约为1 cm/s，动能Ekmv220103(0.01)2 J1106 J，所以质子具有的能量接近一只蜗牛爬行时的动能，A正确；辽宁舰的质量很大，显然其动能远大于质子具有的能量，B错误；如果是一个“3.7 V1 400 mAh”的电池，充满电时有电能E1.43 6003.7 J18 648 J，远大于质子具有的能量，C错误；家用空调的功率约为1 500 W，工作1 h消耗的电能E1 5003 600 J5.4106 J，D错误。答案A4.(2018盐城模拟)(多选)如图8所示，图线1表示导体A的电阻，设为R1，图线2表示导体B的电阻，设为R2，则下列说法正确的是()图8A.R1R213B.把A拉长为原来的3倍后其电阻等于B的电阻R2C.将A与B串联后接在电源上，二者消耗的功率之比P1P213D.将A与B并联后接于电源上，通过二者的电流之比I1I213解析根据IU图象知，图线的斜率表示电阻的倒数，所以R1R213，A项正确；根据公式R可得，把A拉长为原来的3倍后，横截面积减小为原来的，所以电阻变为原来的9倍，B项错误；串联电路电流相等，将A与B串联后接于电源上，根据公式PI2R可得，消耗的功率之比P1P213，C项正确；并联电路电压相等，电流之比等于电阻之反比，所以将A与B并联后接在电源上，通过二者的电流之比I1I231，D项错误。答案AC活页作业(时间：35分钟)一、单项选择题1.关于电阻率，下列说法不正确的是()A.有些材料的电阻率随温度的升高而减小B.电阻率大的导体，电阻一定大C.用来制作标准电阻的材料的电阻率几乎不随温度的变化而变化D.电阻率与导体的长度和横截面积无关解析有些材料的电阻率随温度的升高而减小，如半导体材料，A项正确；电阻与电阻率、长度和横截面积都有关，故电阻率大的导体，电阻不一定大，B项错误；有些合金的电阻率几乎不受温度变化的影响，可以用来制成标准电阻，C项正确；电阻率是描述材料导电能力的物理量，材料的电阻率由材料本身性质决定，受温度影响，与导体长度和横截面积无关，D项正确。答案B2.下图中的四个图象中，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之间函数关系的是()解析白炽灯泡为纯电阻，其电功率P，但随着电压和灯泡工作时间的增加，灯丝电阻会增大，PU2图象会向下弯曲，故选项C正确。答案C3.(2019徐州三中月考)A、B两盏电灯的额定电压都是110 V，额定功率PA100 W，PB40 W，若接在电压是220 V的下列电路上，则使两盏电灯均能正常发光，且电路中消耗的电功率最小的是()解析由P得，RARB。对于A选项中电路，由于RA110 V，UA110 V，无法满足题目要求；对于B选项中电路，由于RA110 V，UA110 V，无法满足题目要求；对于C选项中电路，B灯与滑动变阻器并联，并联电阻可能等于RA，所以可能有UAUB110 V，两灯可以正常发光；对于D选项中电路，若变阻器的有效电阻等于A、B的并联电阻，则UAUB110 V，两灯可以正常发光。比较C、D选项中两个电路，由于C选项中电路的变阻器功率为P1(IAIB)110 V，而D选项中电路的变阻器功率为P2(IAIB)110 V，所以C选项中电路消耗的功率最小，故选项C正确。答案C4.(2019江苏省苏州市高三模拟考试)某同学用如图1电路测量电阻Rx的阻值，当电压表的示数为4.8 V时，电流表示数为1.2 mA。他发现根据这组数据得到的测量结果和电阻Rx铭牌标记相差很大。仔细观察电表表盘，了解到电压表内阻为6 k，则Rx的阻值应为()图1A.12 k B.6.67 k C.6 k D.4 k解析根据欧姆定律得出流过电压表的电流为0.8 mA，则流过Rx的电流为0.4 mA，待测电阻为Rx12 k，选项A正确。答案A5.(2018淮安、宿迁市学业质量检测)两根用同种材料制成的电阻丝甲和乙，甲电阻丝的长度和直径分别为l和d；乙电阻丝的长度和直径分别为2l和2d。将甲、乙两根电阻丝分别接入电路时，如果两电阻丝消耗的电功率相等，则加在两根电阻丝上的电压的比值应满足()A.1 B.C. D.2解析2，所以加在两根电阻丝上的电压的比值应满足，故C项正确。二、多项选择题6.如图2所示是电阻R的IU图象，图中45，由此得出()图2A.通过电阻的电流与两端电压成正比B.电阻R0.5 C.因IU图象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解析由IU图象可知，图线是一条过原点的倾斜直线，即I和U成正比，A正确；而电阻R 2 ，B错误；由于纵、横坐标的标度不一样，故不能用tan 计算斜率表示电阻的倒数，C项错误；在R两端加上6.0 V电压时I A3.0 A，每秒通过电阻横截面的电荷量qIt3.01 C3.0 C，选项D正确。答案AD7.(2018盐城市高三第三次模拟)电热水器金属内胆出水口加接一段曲长管道，在电热水器漏电且接地线失效时，能形成“防电墙”，保障人的安全。如图3所示，当热水器漏电且接地线失效时，其金属内胆与大地间电压为220 V，由于曲长管道中水具有电阻(简称“隔电电阻”)，因而人体两端的电压不高于12 V，下列说法正确的是()图3A.曲长管道应选用导电性能好的材料制成B.曲长管道应选用不易导电的材料制成C.“隔电电阻”大于“人体电阻”，且两者串联D.热水器漏电且接地线失效时，“防电墙”使人体内无电流通过解析如果管道导电性能好，则管道中的水不能起到电阻作用，故管道应选用不易导电的材料制成，A错误，B正确；由图可知，“隔电电阻”和“人体电阻”两者串联，且人体分压12 V，则隔电电阻分压208 V，故“隔电电阻”大于“人体电阻”，C正确，D错误。答案BC8.如图4所示，两只相同的白炽灯D1、D2串联后接在电压恒定的电路中，若D1的灯丝断了，经过搭丝后(搭丝后灯泡电阻减小)，然后与D2串联，重新接入原来的电路。假设在此过程中灯丝电阻温度变化的因素可忽略不计，且每只灯泡两端的电压均未超过其额定电压，则此时每只灯泡所消耗的功率与原来各自的功率相比，有()图4A.D1的功率变大 B.D1的功率变小C.D2的功率变大 D.D2的功率变小解析因D1的灯丝搭接后，其电阻R1变小，由I可知I变大，由P2I2R2知D2的功率变大；由P1I2R1，由数学知识可知：当R1时，即R1R2，D1灯丝未断时，P1最大，D1灯丝搭接后R1减小，故功率P1变小，所以B、C正确，A、D错误。答案BC9.(2018扬州检测)如图5