2022年高考物理一轮复习夯实核心素养-电路的基本概念和规律（解析版）

9.1电路的基本概念和规律

物理观念科学思维科学探究科学态度

与责任

电流、电阻、等效电源方法、极限思长度的测将安全用

电动势，闭合维、数形结合思想量及其测电和节约

电路欧姆定量工具的用电的知

律，电功、电选用；测识应用于

学功率、焦耳定量金属丝实际生活

律的电阻

科率；用多

用电表测

素,

量电学中

养的物理

量；测量

电源的电

动势和内

阻

考情分析命题分析：本章内容在高考中的高频考点主要是电学实验的知识，

同时电路的相关知识也会考查，一般难度较小，常以选择题的形式

出题。而电学实验知识主要考查闭合电路欧姆定律、仪器的选取、

电路的设计与创新知识，有一定的难度，常以实验题的形式出题。

趋势预测：电路的分析与计算是本章的重点，要掌握欧姆定律的应

用问题、动态分析问题、故障判断问题、含容电路问题、电功和电

功率问题的处理方法，常考选择题；另外本章知识常与电场、电磁

感应、交变电流等知识综合，常考计算题。电学实验是每年高考的

必考内容，要熟练掌握电阻的测量，电流表、电压表、多用电表的

使用，测量电源电动势和内阻的方法及电学实验创新和改进的方法

与思路。

备考指导1.本专题研究部分电路与闭合电路，研究各种电路所加电压、电流

以及消耗的功率所遵循的规律

2.复习中应理清各个基本概念，熟记各公式的使用条件

3.由于本专题知识与实际生活密切联系，必须加强培养用物理知识

解决实际问题的能力，同时深刻理解并熟练掌握各相关实验的基本

原理，加强对基本仪器使用的复习以及对设计实验方法的迁移运用

必备知识清单

一、电流部分电路欧姆定律

1.电流.

(1)形成的条件：导体中有自由电荷;导体两端存在电压.

(2)标矢性：电流是标量，正电苞定向移动的方向规定为电流的方向.

qU

(3)两个表达式：①定义式：/=点②决定式：/=斤

2.部分电路欧姆定律

(1)内容：导体中的电流跟导体两端的电压成正比,跟导体的电阻成反比.

U

(2)表达式：1~R'

(3)适用范围：金属导电和电解质溶液导电，不适用于气态导体或半导体元件.

(4)导体的伏安特性曲线(/一⑺图线

01U

图I

I1

①比较电阻的大小：图线的斜率/=tan6»=-=-,图1中佑次2(选填"<”或

=")；

②线性元件：伏安特性曲线是直线的电学元件，适用于欧姆定律：

③非线性元件：伏安特性曲线是曲线的电学元件，不适用于欧姆定律.

二、电阻及电阻定律

1.电阻

(1)定义：导体对电流的阻碍作用，叫做导体的电阻.

U

(2)公式：R=],其中U为导体两端的电压，/为通过导体的电流.

(3)单位：国际单位是欧姆(。).

(4)决定因素：导体的电阻反映了导体阻碍电流的性质，其大小由导体本身决定，与加在导

体两端的电压和通过导体的电流无关.

2.电阻定律

(1)内容：导体电阻还与构成它的材料有关，同种材料的导体，其电阻R与它的长度/成正

比，与它的横截面积S成反比..

/

(2)公式：R=f飞

其中/是导体的长度，S是导体的横截面积，。是导体的电阻率,其国际单位是欧・米，符

号为Qm..

(3)适用条件：粗细均匀的金属导体或浓度均匀的电解质溶液.

3.电阻率

S

(1)计算式：p—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；

负温度系数半导体：电阻率随温度升高而遮4.

三、电功、电功率、电热及热功率

1.电功

(1)定义：导体中的恒定电场对自由电荷的电场力做的功.

(2)公式：邛(适用于任何电路).

(3)电流做功的实质：虫能转化成其他形式能的过程..

2.电功率

(1)定义：单位时间内电流所做的功，表示电流做功的快慢」

W

(2)公式：尸=7=四(适用于任何电路)•

3.焦耳定律

(1)电热：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：0=皿(适用于任何电路).

4.电功率尸=/。和热功率尸=产/?的应用

(1)不论是纯电阻电路还是非纯电阻电路，电流的电功率均为「电=必，热功率均为尸热=

PR..

U2

(2)对于纯电阻电路：尸电=「热=/。=产/?=下.

U2

(3)对于非纯电阻电路：P电=/u=2加+尸其他=融+尸其他之无+尸其他.

命题点精析(―)电流的理解和计算

三个电流表达式的比较

\公式适用范围字母含义公式含义

定一切电路q为时间t内通过导体2反映了/的大小，但不

tt

义横截面的电荷量1

能说/OC-

式

〃：导体单位体积内的

自由电荷数

微

4：每个自由电荷的电

从微观上看”、q、S、

观I=nqSv一切电路

荷量。决定了/的大小

式

S：导体横截面积

电荷定向移动速率

决

金属、：导体两端的电压/由U、R决定,/8

UU

定I=-1

RU,於一

电解液R：导体本身的电阻R

式

典型例题

【例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5、电流为/的电子束.已知电子的电荷量为

e、质量为机，则在刚射出加速电场时，一小段长为的电子束内的电子个数是（）

/A/Im/A/Im

A•方J荷

IIm1SNIItn

【答案】B

12eU

【解析】在加速电场中有6。=不〃7。2,得。=---.在刚射出加速电场时，一小段长为

m

A/q/A/Im

△/的电子束内电荷量为夕=/&=/一,则电子个数〃=-=——---,B正确.

veeJ2eU

【练n某些肿瘤可以用“质子疗法”进行治疗。在这种疗法中，为了能让质

子进入癌细胞，首先要实现质子的高速运动，该过程需要一种被称作“粒子加

速器”的装置来实现，质子先被加速到较高的速度，然后轰击肿瘤并杀死癌细

胞。如图所示，来自质子源的质子（初速度为零），经加速电压为。的加速器加

速后，形成细柱形的质子流。已知细柱形的质子流横截面积为s,其等效电流

为/；质子的质量为根，其电荷量为e,那么这束质子流内单位体积的质子数〃

是（）

【答案】D

1

【解析】质子在电场力作用下加速，加速后的速度为根据动能定理，则有一

2

解得

等效电流为/,单位体积的质子数为〃，根据微观表达式可得/=〃eSo

故D正确，A、B、C错误。

【练2】下列说法正确的是（）

A.电源的电动势在数值上等于电源在搬运单位正电荷时非静电力所做的功

B.电阻率是反映材料导电性能的物理量，仅与材料种类有关，与温度、压力和磁场等外

界因素无关

C.电流通过导体的热功率与电流大小成正比

Q

D.电容是表征电容器容纳电荷本领的物理量，由。=萱可知电容的大小是由0（带电荷量）

或U（电压）决定的.

【答案】A

【解析】电源的电动势在数值上等于电源搬运单位正电荷时非静电力所做的功，A正确；

电阻率是反映材料导电性能的物理量，不仅与材料种类有关，还与温度、压力和磁场等外

界因素有关，B错误：电流通过导体的热功率与电流大小的平方成正比，C错误；电容是

erS

表征电容器容纳电荷本领的物理量，由决定式C=一二可知电容的大小是由&（相对介电常

471kd

Q

教）、S（正对面积）及或极板间距）等因素决定的，只是电容的定义式，D错误.

命题点精析（二）电阻和电阻定律

1.电阻与电阻率的关系

面电阻率：反映导体材料的导电不

积性能好坏的物理量：度

___________________『

［电阻：反映导体对电京血碍作用大小的物理贵］

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。

2.电阻的决定式和定义式的区别.

R=pLU

公式SR=-

I

电阻的决定式电阻的定义式

提供了一种测定电阻的方法，并不

说明了电阻的决定因素

区别能说明电阻与。和/有关

只适用于粗细均匀的金属导体和浓

适用于任何纯电阻导体

度均匀的电解质溶液

【例2】用电器到发电站的距离为/,线路上的电流为/,己知输电线的电阻率为〃为使线路上

的电压降不超过。，那么，输电线横截面积的最小值为（）

pH2PliU2UI

A.—B.----C.-D.----

UUpHIp

【答案】B

U212pll

【解析】输电线的总长为2/,/?=—=/9—,则S=7P故B正确..

【练3】某同学拿了一根细橡胶管，里面灌满了盐水，两端用粗铜丝塞住管

口，形成一段封闭的长度为20cm的盐水柱，测得盐水柱的电阻大小为凡如

果盐水柱的电阻随长度、横截面积的变化规律与金属导体相同，则握住橡胶管

的两端把它均匀拉长至40cm,此时盐水柱的电阻大小为（）

1

A.RB.

C.2RD.4R

【答案】D

【解析】盐水柱的电阻随长度、横截面积的变化规律与金属导体相同，故遵守火

L

=p~,握住橡胶管的两端把它均匀拉长至40cm,长度变为原来的2倍，由修

,1L

=LS知，横裁面积变为原来的-，根据R=p-知，电阻变为原来的4倍，即为

2S

4火，故A、B、C错误，D正确。

摩412019年3月19日，复旦大学科研团队宣称已成功制备出具有较高电导

率的碑化铝纳米带材料，据介绍该材料的电导率是石墨烯的1000倍。电导率

c就是电阻率p的倒数，即。=L下列说法正确的是()

P

A.材料的电导率越小，其导电性能就越强

B.材料的电导率与材料的形状有关

C.电导率的单位是Q-1•m-1

D.电导率大小与温度无关

【答案】C

【解析】由题知，材料的电导率越小，电阻率越大，阻碍电流的本领越强，导电

性能越差，A错误；电导率与电阻率一样，与材料的长度、横截面积等无关，

而与材料本身及温度、压力等有关，B、D错误：电阻率的单位是。・m,则电

导率的单位是C正确。

命题点精析(三)伏安特性曲线的理解及应用

对伏安特性曲线的理解

定义用纵坐标表示电流/、横坐标表示电压。，画出的/一〃图像

(1)伏安特性曲线上每一点的纵、横坐标对应此时的电流值、电压值

。图像中图线上某点与。点连线的斜率表示电阻的倒数，斜率越

应用(2)/—

大，电阻越小

(3)/—U图像中图线上某点到/轴、U轴的垂线与坐标轴所围的面积对应

此时的电功率

二

上

U

甲乙

两类

（1）线性元件的伏安特性曲线（图甲中心6）是过原点的直线，表明它的电

图线

阻是不变的

（2）非线性元件的伏安特性曲线（图乙中c,、④是曲线，表明它的电阻是变

化的

【例3】（多选）两电阻&和%的伏安特性曲线如图所示.从图线可判断（）

A.两电阻阻值的关系是

B.电阻一定时，电流随着电压的增大而减小

C.电压相同时，通过品的电流较大

D.两电阻串联接入电路时，R消耗的功率小

【答案】CD

/1

【解析】/一。图象的斜率A=Q=1,即图象的斜率越大，电阻越小，故有A错

误；根据/一U图象可得电阻一定时，电流随电压的增大而增大，B错误：从/一"图象中

可得电压相同时，通过电阻尺的电流较大，C正确；两电阻串联接入电路时，通过两电阻

的电流相同，根据公式2=产尺可得电阻越大，消耗的电功率越大，故D正确.

【练5】小灯泡通电后其电流/随所加电压（/变化的图线如图所示，P为图线上一点，PN为

图线的切线，P。为。轴的垂线，PW为/轴的垂线，则下列说法中错误的是（）

A.随着所加电压的增大，小灯泡的电阻增大

U\

B.对应P点，小灯泡的电阻为R=».

U\

C.对应P点，小灯泡的电阻为

12~1\

D.对应尸点，小灯泡的功率为图中矩形PQOM所围的面积.

【答案】C.

【解析】

U

由题图可知，。越大，小灯泡的电阻越大，故选项A正确.R=7中的/与小灯泡所

处状态下的电压与电流相对应，故选项B正确，C错误.对应尸点，功率P=U1/2,与题

图中PQOM所围的面积相等，故选项D正确.

【练6】如图所示，这是某白炽灯的伏安特性曲线，图中。4连线与横轴的夹

角为圆/点的坐标为（“，/（））,其切线与纵轴交点的纵坐标为/”则（）

A.白炽灯的电阻随电压的增大而减小

B.对应/点，白炽灯的电阻可表示为tana

C.对应Z点，白炽灯的电功率可表示为UMo

D.对应/点，白炽灯的电阻可表示为二一

70-71

【答案】C.

【解析】由题图可知，随电压。增大通过灯泡的电流/增大，电压与电流的比值

U0

增大，灯泡电阻增大，故A错误；对应/点，白炽灯的电阻可表示为夫=万=

------,故B错误：对应/点，白炽灯的电功率可表示为P=U“o，故C正确;

tana

U0

由题图可知，4点的电压和电流分别为“）、10,则在2点灯泡电阻：/?=—,

U0

不能根据------求电阻，故D错误。

/0-/1

命题点精析（四）电功、电功率、电热、热功率

1.电功和电热、电功率和热功率的区别与联系

意义公式联系

电功电流在一段电路中所做的功W=UIt对纯电阻电路，电功等于电

热，W=Q-=Ult=PRh对非

纯电阻电路，电功大于电

电热电流通过导体产生的热量Q=RRt

热，W>Q

电功率单位时间内电流所做的功P=UI对纯电阻电路，电功率等于

热功率，尸电=尸热=u/=

RR：对非纯电阻电路，电功

热功率单位时间内导体产生的热量P=FR

率大于热功率，。电热

1例4］如图所示，有一个双量程电流表，其中小量程为0〜1Ao已知表头G

的满偏电流4=500mA,定值电阻4=20Q,&=180。，则表头G的内阻与

的值为（）

A.100QB.200Q

C.250QD.500Q

【答案】B

【解析】当与表头G并联的电阻越大时，量程越小，即当接线柱接两端时，量

程最小。由欧姆定律可知：（R+&）（/-/g）=/g&,代入数据解得：&=200。，

B正确。

【练7】定值电阻R、&、凡的阻值均为2C,在电路中所消耗的电功率的最

大值分别为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（）

A.22WB.12W

C.15WD.16W

【答案】B.

R|=/?2=

【解析】由题意知/?3=2Q,P,m=10W,P2m=10W,P3m=2W,首先

分析两个并联电阻&、凡所允许消耗的最大功率。因为火2与心并联，则两端

U2

电压相等，由公式2=——知道，火2与火3所消耗的功率一样。已知火2与火3本身

R

允许的最大功率分别是10W和2W,所以火2、火3在该电路中的最大功率都是

2W,否则会超过当的最大功率。再分析凡在电路中允许的最大功率。把公

与&3看成一个并联电阻兴，则电路就是与/?'串联，而串联电路所流过的电

流一样，再由P：72/?知道，火|与此所消耗功率之比为R：旦，火2与火3的并联

R2R]

阻值"=一，即一=2,所以《消耗的功率是并联电阻兄的2倍，则凡消耗的

2R

功率是2X4W=8WV10W,所以这部分电路消耗的总功率最大为2W+2W

+8W=12Wo

【练8】某扫地机器人其内部电机的电阻为0.5Q,内置锂电池容量为9A•h,

额定功率为24W,额定电压为8V,则该机器人正常工作时()

A.额定工作电流是3A

B.额定工作电流是16A

C.扫地机器人电池充满电之后最长工作时间9h

D.扫地机器人每秒消耗电能为128J

【答案】A

P

【解析】额定工作电压为8V,额定功率为24W,根据"可得：/=—=3

U

Q9Ah

A,故A正确，B错误：题中“A・h”是电荷量的单位，则，=三=----=3

I3A

h,故C错误：根据少=尸/解得每秒消耗电能为此=P/=24X1J=24J,故D

错误。

核心素养大提升

I.非纯电阻电路的分析方法

(1)抓住两个关键量

确定电动机的电压UM和电流儿是解决所有问题的关键.若能求出UM、/M，就能确定电

动机的电功率P=UM/M，根据电流/M和电动机的电阻，•可求出热功率P，=/M2〃最后求

出输出功率产出=尸一P,..

（2）坚持“躲着”求解UM、IM

首先，对其他纯电阻电路、电源的内电路等，利用欧姆定律进行分析计算，确定相应的电

压或电流.然后，利用闭合电路的电压关系、电流关系间接确定非纯电阻电路的工作电压

UM和电流IM-

（3）应用能量守恒定律分析：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.

【例5】（多选）如图所示，电源电动势E=3V,小灯泡L的规格为“2V0.4W”，开关S接

1,当滑动变阻器调到火=4C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（）

A.电源内阻为1C

B.电动机的内阻为4。

C.电动机正常工作电压为IV

D.电源效率约为93.3%

【答案】AD

U2P

【解析】小灯泡正常工作时的电阻研=/=10。，流过小灯泡的电流/=不=0.2A,当开

E

关S接1时，R总=7=15。，电源内阻r=R总一/?一&=1。，A正确；当开关S接2时，

电动机M两端的电压％=E—〃~U=0.8V,电动机为非纯电阻用电器，电动机内阻RM内

UME-Ir2.8V

W―=4C,电源效率〃=----X100%=--------'X100%~93.3%,D正确.

IE3V

【练9】一只电饭煲和一台洗衣机并联接在输出电压为220V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5.0A,通过洗衣机电动机的

电流是0.50A,则下列说法中正确的是()

A.电饭煲的电阻为44C,洗衣机电动机线圈的电阻为440。

B.电饭煲消耗的电功率为1555W,洗衣机电动机消耗的电功率为155.5W.

C.1min内电饭煲消耗的电能为6.6X104J,洗衣机电动机消耗的电能为6.6X1(Pj

D.电饭煲发热功率是洗衣机电动机发热功率的10倍

【答案】C

【解析】

U

由于电饭煲是纯电阻元件，所以凡=1=44C,P=Uh=l100W,其在1min内消耗

的电能巧=U/〃=6.6X104J,.

U

洗衣机电动机为非纯电阻元件，所以能4万，尸2=52=110W,

其在1min内消耗的电能%=UZ2f=6.6X1