2020版物理新攻略总复习课标通用版课件：第八章 01-第1讲　欧姆定律、电阻定律、电功率及焦耳定律

1、栏目索引 第第1 1讲欧姆定律、电阻定律、讲欧姆定律、电阻定律、 电功率及焦耳定律电功率及焦耳定律 栏目索引总纲目录 一 电流、欧姆定律 二 电阻、电阻率、电阻定律 三 电功、电功率、焦耳定律 基基 础础 过过 关关 栏目索引总纲目录 考点一 电流 电阻 电阻定律 考点二 部分电路欧姆定律 伏安特性曲线 考点三 电功 电功率 焦耳定律 考考 点点 突突 破破 栏目索引基础过关 基础过关 一、电流、欧姆定律一、电流、欧姆定律 1.电流电流 (1)电流的形成:电荷的定向移动形成电流。 (2)电流的方向:正电荷定向移动的方向规定为电流的方向。 (3)三个公式:a.定义式:I=;b.微观式:I=nqv

2、S;c.决定式:I=。 q t U R 栏目索引基础过关 2.欧姆定律欧姆定律 (1)欧姆定律: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。表达式为:I=。 (2)欧姆定律的适用范围 a.金属导电和电解液导电(对气体导电不适用)。 b.纯电阻电路(不含电动机、电解槽等器件的电路)。 U R 栏目索引基础过关 二、电阻、电阻率、电阻定律二、电阻、电阻率、电阻定律 1.电阻电阻:反映了导体对电流的阻碍作用的大小,R=。 U I 2.电阻定律电阻定律 (1)内容:同种材料的导体,其电阻R与它的长度l成正比,与它的横 截面积S成反比,导体电阻与构成它的材料有关。 (2)表达式R=。

3、 l S 栏目索引基础过关 3.电阻率电阻率 (1)物理意义:反映制作导体的材料导电性能好坏的物理量,是导 体材料本身的属性。 (2)电阻率与温度的关系 a.金属的电阻率随温度的升高而增大。 b.半导体的电阻率随温度的升高而减小。 c.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。 栏目索引基础过关 三、电功、电功率、焦耳定律三、电功、电功率、焦耳定律 1.电功电功 (1)定义:电路中电场力移动自由电荷做的功。 (2)公式:W=qU=UIt。 (3)电流做功的实质:电能转化成其他形式的能。 2.电功率电功率 (1)定义:单位时间内电流所做的功叫做电功率。表示电流

4、做功的 快慢。 (2)公式:P=UI。 W t 栏目索引基础过关 3.焦耳定律焦耳定律 (1)内容:电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比,跟导 体的电阻及通电时间成正比。 (2)公式:Q=I2Rt。 4.热功率热功率 (1)定义:单位时间内的发热量。 (2)表达式:P=I2R。 Q t 栏目索引基础过关 1.判断下列说法对错。 (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Q=I2Rt适用于任何电路中电热的计算。() (

5、6)公式P=IU只适用于纯电阻电路中电功率的计算。( ) 栏目索引基础过关 2.用电器到发电厂的距离为l,线路上的电流为I,已知输电线的电阻率为 。为使线路上的电压降不超过U,那么,输电线的横截面积的最小值为 (B) A.B.C.D. l R 2lI U U lI 2Ul I 栏目索引基础过关 3.(多选)一横截面积为S的铝导线,当有电压加在该导线上时,导线中的 电流为I。设单位体积的导线中有n个自由电子,电子的电荷量为e,此时 电子定向移动的速度为v,则在t时间内,通过导线横截面的自由电子数 目可表示为(AC) A.nvStB.nvtC.D. I t e I t Se 栏目索引基础过关 4.

6、(2016浙江10月选考,11,3分)如图为一种服务型机器人,其额定功率为4 8W,额定工作电压为24V,机器人的锂电池容量为20Ah。则机器人 (C) A.额定工作电流为20A B.充满电后最长工作时间为2h C.电池充满电后总电荷量为7.2104C D.以额定电流工作时每秒消耗能量为20J 栏目索引考点突破 考点一电流电阻电阻定律考点一电流电阻电阻定律 考点突破 1.三个电流表达式的比较三个电流表达式的比较 公式公式适用范围适用范围字母含义字母含义公式含义公式含义 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I=nqSv一切电路n:导体单

7、位体积内的自由电荷数 q:每个自由电荷的电荷量 S:导体的横截面积 v:电荷定向移动的速率 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,IU,I q t q t 1 t U R 1 R 栏目索引考点突破 2.电阻与电阻率的区别与联系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。 栏目索引考点突破

8、(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。 栏目索引考点突破 3.电阻定义式和决定式的比较电阻定义式和决定式的比较 公式公式定义式:R=决定式:R= 适用条件适用条件 (1)金属(粗细均匀)、电解液(浓度均 匀) (2)纯电阻电路 导电材料 公式含义公式含义 反映了R的大小,不能说RU、 R R的决定式,R由、l、S共同决定 注意注意导体电阻阻值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 U I l S U I 1 I 栏目索引考点突破 1.安培提出了著名的分

9、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,下列说法正确的是(C) 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 2 ve r ve r 2 ve r D.电流大小为,电流方向为逆时针 ve r 栏目索引考点突破 解析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,故电流方向为逆时针。 2 r v e T2 ve r 栏目索引考点突破 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

10、倍,导线B对折后绞合起来,则其电阻之比为(B) A.1 16B.16 1C.1 4D.4 1 栏目索引考点突破 解析解析设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:RA=4R 对B:RB=R 故=16 1,B正确。 l S 2 / 2 l S / 2 2 l S 1 4 A B R R 栏目索引考点突破 3.(多选)(2019湖南益阳期末)一根粗细均匀的金属导线,在其两端加上电 压U时,通过导线的电流为I,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2 U,则(AD) A.通过导线的电流为 B.通过导线的电流为

11、 C.导线中自由电子定向移动的速率为 1 2 8 I 16 I 4 v D.导线中自由电子定向移动的速率为 2 v 栏目索引考点突破 解析解析若将导线均匀拉长,使它的横截面半径变为原来的,则横 截面积变为原来的,导线长度变为原来的4倍,根据电阻定律R=,可 知电阻变为原来的16倍,再给它两端加上电压2U,通过导线的电流为, 选项A正确,选项B错误;根据电流的微观式,通过导线的电流为I时,有I= neSv,当通过导线的电流为时,有=nev1,可知v1=,选项C错误,选项D 正确。 1 2 1 4 L S 8 I 8 I 8 I 4 S 2 v 栏目索引考点突破 考点二部分电路欧姆定律伏安特性曲线

12、考点二部分电路欧姆定律伏安特性曲线 1.欧姆定律的欧姆定律的“二同二同” (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对伏安特性曲线的理解 (1)如图,图线a、b表示线性元件的I-U图线,图线c、d表示非线性元件的 I-U图线;对于线性元件R=,对于非线性元件:R=。 U I U I U I U I 栏目索引考点突破 (2)I-U图线的斜率表示电阻的倒数,斜率越大,电阻越小,故RaU额,则P实P额,用电器可能被烧坏。 栏目索引考点突破 例例2一台电风扇,内阻为20,接上220V电压后正常

13、工作,消耗功率66W, 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? 栏目索引考点突破 解析解析(1)因为P入=IU 所以I=A=0.3A (2)电风扇正常工作时转化为内能的功率为 P内=I2R=0.3220W=1.8W 电风扇正常工作时转化为机械能的功率为 P机=P入-P内=66W-1.8W=64.2W

14、 P U 入 66 220 答案答案(1)0.3A(2)64.2W1.8W97.3% (3)11A2420W2420W 栏目索引考点突破 电风扇正常工作时的效率为 =97.3% (3)电风扇的扇叶被卡住后通过电风扇的电流 I=A=11A 电动机消耗的电功率 P=IU=11220W=2420W 电动机的发热功率 P内=I2R=11220W=2420W W W 机 总 P P 机 入 64.2W 66W U R 220 20 栏目索引考点突破 考向考向1纯电阻电路中电功率的计算纯电阻电路中电功率的计算 1.(2019广东广州质检)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

15、值分别为10W、10W、2W,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 (B) A.22WB.12WC.15WD.16W 栏目索引考点突破 解析解析由题意知R1=R2=R3=2,P1=10W,P2=10W,P3=2W,首先分析 两个并联电阻R2、R3所允许的最大消耗功率。因为R2与R3并联,则两端 电压相等,由公式P=知,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10W和2W,所以R2、R3在该电路中的最大功率 都是2W,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

16、联,而串联电路 所流过的电流一样,再由P=I2R知,R1与R所消耗的功率之比为R1 R,R2与 2 U R 栏目索引考点突破 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的功率是24W=8WIR,欧姆定律不再适用,大 部分的电能转化为机械能。 2.2.分析生活中的用电器问题的两条思路分析生活中的用电器问题的两条思路 (1)了解电路中用电器的结构。含有电动机且正常工作的电路为非纯电阻电路;不含电动机、电解 槽等非纯电阻器件或含电动机但电动机不转动的电路则可视为纯电阻电路。 (2)从能量转化角度来分析。如电路中用电器消耗的电能全部转化为电热,则电路为纯电阻电路;如 电

17、路中的用电器消耗的电能有一部分转化为其他形式的能量,则电路为非纯电阻电路。 2 U R 方法技巧方法技巧 栏目索引热点题型探究 串并联电路特点的分析与计算串并联电路特点的分析与计算 热点题型探究 例例3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(C) A.B.C.D. 2 5 1 2 3 5 2 3 栏目索引热点题型探究 栏目索引热点题型探究 解析解析当开关S断开时等效电路如图1所示,电容器C两端的电压U= E,所带的电荷量Q1=CU=CE;当开关S闭合时等效电路如图2所示,电 容器C两端的电压U=E,所带的电荷量Q2=CE。所以=,C项正确。 1 5 1 5 1 3 1 3 1 2 Q Q 3 5 图1图2 栏目索引热点题型探究 1.(多选)如图所示,电源电动势E=3V,小灯泡L上标有“2V0.4W”,开关 S接1,当变阻器调到R=4时,小灯泡L正常发光;现将开关S接2,小灯泡L和 电动机M均正常工作,则(AD) A.电源内阻为1 B.电动机的内阻为4 C.电动机正常工作时电压为1V D.电源效率约为93.3% 栏目索引热点题型探究 解析解析小灯泡的额定电流为I=A=0.2A,电阻为RL=10, 当开关S接1时E=I(RL+R+