2024高考物理一轮复习第八单元第1讲电流电阻电功及电功率学案新人教版

PAGE1-第1讲电流电阻电功及电功率一、考情分析1．高考对本单元内容的考查重点有电路的基本概念和规律、闭合电路的欧姆定律等学问，通常与电磁学学问综合考查，而电学试验在考查基本仪器的运用、试验原理的理解、试验数据的处理等学问的同时，既留意基础，又有创新，对应用方面的实力要求较高．2．电学试验考查学生的实力主要有：试验仪器的选择和分析、常见试验仪器的读数、试验步骤、电路图的设计、实物图连接、图象的应用分析、试验留意事项等．二、学问特点高考对本单元的考查重点是电路分析、计算以及动态问题分析，电路的故障分析，电学试验等，欧姆定律、焦耳定律往往与电磁感应现象相互交叉渗透；电功率、焦耳热的计算往往与现实生活联系较亲密．考查电路的基本概念，基本规律及电路的动态分析问题一般以选择题的形式出现．考查各种电学仪器的运用、各试验的方法和原理、仪器选择、电路的设计和连接、试验数据的处理及误差分析，以试验形式设置．三、复习方法正确理解电路的基础概念和基本规律，驾驭基本规律的运用范围和适用条件，驾驭电路分析和计算的基本方法；娴熟驾驭串、并联电路的特点，并能正确进行电压、电流、电阻、电功率等物理量的计算，会进行简洁的串、并联电路的分析计算．驾驭闭合电路欧姆定律的不同表达形式，并能够结合图象分析不同的电路综合问题；要娴熟驾驭基本仪器的运用方法，读数方法，常见仪器和电路的选取方法，仪器的连接方式，试验数据及误差分析方法等．第1讲电流电阻电功及电功率学问点一电流欧姆定律1．电流(1)定义：自由电荷的定向移动形成电流．(2)方向：规定正电荷定向移动的方向．(3)电流的大小：①定义式：I＝eq\f(q,t)；②微观式：I＝neSv；式中的n是单位体积内自由电荷数，v指电荷定向移动速率．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＝eq\f(U,R).(3)适用条件：适用于金属和电解液导电，适用于纯电阻电路．学问点二电阻定律1．电阻(1)定义式：R＝eq\f(U,I).(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＝ρeq\f(l,S).3．电阻率(1)计算式：ρ＝Req\f(S,l).(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：电阻率随温度上升而增大；半导体：电阻率随温度上升而减小．学问点三电功率、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：W＝qU＝IUt.(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：P＝eq\f(W,t)＝IU.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：Q＝I2Rt.4．热功率(1)定义：单位时间内的发热量．(2)表达式：P＝eq\f(Q,t)＝I2R.1．思索推断(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)依据I＝eq\f(q,t)，可知I与q成正比．(×)(3)电流I随时间t变更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＝eq\f(U,I)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．(×)2.如图所示，将左边的铜导线和右边的铝导线连接起来，已知截面积S铝＝2S铜．在铜导线上取一截面A，在铝导线上取一截面B，若在1s内垂直地通过它们的电子数相等，那么通过这两个截面的电流的大小关系是(A)A．IA＝IB B．IA＝2IBC．IB＝2IA D．不能确定解析：这个题目中有许多干扰项，例如两个截面的面积不相等、导线的组成材料不同等，但解题关键是通过两截面的电子数在单位时间内相等，依据I＝eq\f(q,t)可知电流相等．3.如图所示，厚薄匀称的矩形金属薄片边长为ab＝10cm，bc＝5cm，当将C与D接入电压恒为U的电路时，电流强度为2A，若将A与B接入电压恒为U的电路中，则电流为(A)A．0.5A B．1AC．2A D．4A解析：设金属薄片厚度为d′，依据电阻定律公式R＝ρeq\f(l,S)，有RCD＝ρeq\f(lbc,lab·d′)，RAB＝ρeq\f(lab,lbc·d′)，故eq\f(RCD,RAB)＝eq\f(1,2)×eq\f(1,2)＝eq\f(1,4)；依据欧姆定律，电压相同时，电流与电阻成反比．故两次电流之比为41，故其次次电流为0.5A，故选A.4．有一根长1.22m的导线，横截面积为0.10mm2.在它两端加0.60V电压时，通过它的电流正好是0.10A．则这根导线的材料是(下表是常温下几种材料的电阻率，单位为Ω·m)(C)铜锰铜合金镍铜合金铝1.7×10－84.4×10－75.0×10－72.9×10－8A.铜丝 B．锰铜合金C．镍铜合金 D．铝丝解析：由R＝eq\f(U,I)及R＝ρeq\f(l,S)得ρ＝eq\f(US,Il)＝eq\f(0.6×0.1×10－6,0.1×1.22)Ω·m＝4.9×10－7Ω·m.所以导线是由镍铜合金制成的．5．下图的四个图象中，最能正确地表示家庭常用的白炽灯在不同电压下消耗的电功率P与电压二次方U2之间函数关系的是(C)解析：白炽灯为纯电阻，其功率表达式为P＝eq\f(U2,R)，而U越大，电阻越大，图象上对应点与原点连线的斜率越小，C正确．考点1电流的理解与计算三个电流表达式的比较1．如图所示为一磁流体发电机示意图，A、B是平行正对的金属板，等离子体(电离的气体，由自由电子和阳离子构成，整体呈电中性)从左侧进入，在t时间内有n个自由电子落在B板上，则关于R中的电流大小及方向推断正确的是(A)A．I＝eq\f(ne,t)，从上向下 B．I＝eq\f(2ne,t)，从上向下C．I＝eq\f(ne,t)，从下向上 D．I＝eq\f(2ne,t)，从下向上解析：由于自由电子落在B板上，阳离子落在A板上，因此R中的电流方向为自上而下，电流大小I＝eq\f(q,t)＝eq\f(ne,t)，A正确．2.如图所示，在一价离子的电解质溶液内插有两根碳棒A和B作为电极，将它们接在直流电源上，于是溶液里就有电流通过．若在t时间内，通过溶液内截面S的正离子数为n1，通过的负离子数为n2，设元电荷为e，则以下说法中正确的是(D)A．正离子定向移动形成的电流方向为A→B，负离子定向移动形成的电流方向为B→AB．溶液内由于正、负离子移动方向相反，溶液中的电流抵消，电流等于零C．溶液内的电流方向为A→B，电流I＝eq\f(n1e,t)D．溶液内的电流方向为A→B，电流I＝eq\f(n1＋n2e,t)解析：电荷的定向移动形成电流，规定正电荷定向移动的方向为电流方向，负电荷定向移动的方向为电流的反方向，由图可知，电流方向是A→B，带电离子在溶液中定向移动形成电流，电流不为零，电流I＝eq\f(q,t)＝eq\f(n1e＋n2e,t)，故选项D正确，A、B、C错误．3.如图所示，有一根长为L、横截面积为S的金属棒，其材料的电阻率为ρ，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，自由电子定向移动的平均速率为v，则金属棒内的电场强度大小为(C)A.eq\f(mv2,2eL) B.eq\f(nv2Sm,e)C．ρnev D.eq\f(ρev,SL)解析：由电流定义可知I＝eq\f(q,t)＝eq\f(nvtSe,t)＝neSv，由欧姆定律可得U＝IR＝neSv·ρeq\f(L,S)＝ρneLv，又E＝eq\f(U,L)，故E＝ρnev，选项C正确．考点2电阻定律和欧姆定律1．电阻与电阻率的区分(1)电阻反映了导体对电流阻碍作用的大小，而电阻率则反映制作导体的材料导电性能的好坏．(2)导体的电阻大，电阻率不肯定大，它的导电性能不肯定差；导体的电阻率小，电阻不肯定小，即它对电流的阻碍作用不肯定小．(3)导体的电阻、电阻率均与温度有关．2．电阻的确定式和定义式的比较公式确定式定义式R＝ρeq\f(l,S)R＝eq\f(U,I)区分指明白电阻的确定因素供应了一种测定电阻的方法，电阻与U和I无关适用于粗细匀称的金属导体和分布匀称的导电介质适用于任何纯电阻导体相同点都不能反映电阻的实质(要用微观理论说明)(多选)一根粗细匀称的金属导线，在其两端加上电压U0时，通过导线的电流为I0，导线中自由电子定向移动的平均速率为v，若将导线匀称拉长，使它的横截面半径变为原来的eq\f(1,2)，再给它两端加上电压2U0，则()A．通过导线的电流为eq\f(I0,8)B．通过导线的电流为eq\f(I0,16)C．导线中自由电子定向移动的速率为eq\f(v,4)D．导线中自由电子定向移动的速率为eq\f(v,2)【审题关键点】本题应依据电阻定律R＝ρeq\f(l,S)，结合欧姆定律I＝eq\f(U,R)和电流的微观表达式I＝neSv进行分析．【解析】将金属导线匀称拉长，因半径变为原来的一半，则横截面积变为原来的eq\f(1,4)，其长度变为原来的4倍，依据电阻定律R＝ρeq\f(l,S)分析可知，电阻变为原来的16倍，又电压变为2U0，依据欧姆定律I＝eq\f(U,R)可知，电流变为eq\f(I0,8)，A正确，B错误；依据电流的微观表达式I＝nevS，其中n、e不变，电流变为原来的eq\f(1,8)，横截面积变为原来的eq\f(1,4)，则自由电子定向移动的平均速率变为eq\f(v,2)，C错误，D正确．【答案】AD高分技法1．(多选)如图所示，R1和R2是同种材料、厚度相同、表面为正方形的导体，但R1的尺寸比R2的尺寸大．在两导体上加相同的电压，通过两导体的电流方向如图所示，则下列说法中正确的是(BD)A．R1中的电流小于R2中的电流B．R1中的电流等于R2中的电流C．R1中自由电荷定向移动的速率大于R2中自由电荷定向移动的速率D．R1中自由电荷定向移动的速率小于R2中自由电荷定向移动的速率解析：设正方形的边长为L、厚度为d，则I＝eq\f(U,R)，R＝ρeq\f(L,S)＝ρeq\f(L,L·d)＝eq\f(ρ,d)，得I＝eq\f(Ud,ρ)，故R1、R2中的电流相等，A错误，B正确；由I＝nqSv＝nqLdv得，L大则v小，C错误，D正确．2．用如图所示的电路可以测量电阻的阻值．图中Rx是待测电阻，R0是定值电阻，G是灵敏度很高的电流表，MN是一段匀称的电阻丝．闭合开关，变更滑动头P的位置，当通过电流表G的电流为零时，测得MP＝l1，PN＝l2，则Rx的阻值为(C)A.eq\f(l1,l2)R0 B.eq\f(l1,l1＋l2)R0C.eq\f(l2,l1)R0 D.eq\f(l2,l1＋l2)R0解析：通过电流表G的电流为零时，P点的电势与R0和Rx连接点的电势相等，即U0＝UMP，依据欧姆定律有U0＝eq\f(UMN,R0＋Rx)R0，UMP＝eq\f(UMN,Rl1＋Rl2)Rl1，则eq\f(R0,R0＋Rx)＝eq\f(Rl1,Rl1＋Rl2)，由此得eq\f(R0,Rx)＝eq\f(Rl1,Rl2)，依据电阻定律得，电阻丝的电阻R∝l，故eq\f(R0,Rx)＝eq\f(l1,l2)，所以Rx＝eq\f(l2,l1)R0，正确选项为C.考点3导体伏安特性的理解和应用1．图线的意义(1)由于导体的导电性能不同，所以不同的导体有不同的伏安特性曲线．(2)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．2．两类图线如图甲所示，电路中电源电动势为3.0V，内阻不计，L1、L2、L3为三个相同规格的小灯泡，小灯泡的伏安特性曲线如图乙所示．当开关闭合后，下列说法中正确的是()A．L1中的电流为L2中电流的2倍B．L3的电阻约为1.875ΩC．L3的电功率约为0.75WD．L2和L3的总功率约为3W【解析】由于不计电源内阻，所以L1两端电压为3V，L2和L3两端的电压均为U＝1.5V，由题图乙可知此时通过L1的电流为1.0A，通过L2和L3的电流为I＝0.8A，所以L1中的电流不是L2中电流的2倍，A错误；L3的电阻R＝eq\f(U,I)＝1.875Ω，B正确；L3的电功率P＝UI＝1.5×0.8W＝1.2W，C错误；L2和L3的总功率P′＝2P＝2.4W，D错误．【答案】B高分技法(1)I­U图象叫做导体的伏安特性曲线，U­I图象是元件两端的电压与流过它的电流之间的关系图象．(2)U­I(或I­U)图象为曲线时，图线上某点与O点连线的斜率表示电阻(的倒数)，但图线的斜率没有实际意义．3.某一导体的伏安特性曲线如图中AB(曲线)所示，关于导体的电阻，以下说法正确的是(B)A．B点的电阻为12ΩB．B点的电阻为40ΩC．工作状态从A变更到了B时，导体的电阻因温度的影响变更了1ΩD．工作状态从A变更到了B时，导体的电阻因温度的影响变更了9Ω解析：依据电阻的定义式可以求出A、B两点的电阻分别为RA＝eq\f(3,0.1)Ω＝30Ω，RB＝eq\f(6,0.15)Ω＝40Ω，所以ΔR＝RB－RA＝10Ω，故B正确，A、C、D错误．4.(多选)小灯泡通电后其电流I随所加电压U变更的图线如图所示，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(ABD)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R＝eq\f(U1,I2)C．对应P点，小灯泡的电阻为R＝eq\f(U1,I2－I1)D．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图线上的点与原点连线的斜率渐渐减小，说明电阻渐渐增大，A正确；对应P点，小灯泡的电阻为R＝eq\f(U1,I2)≠eq\f(U1,I2－I1)，B正确，C错误；对应P点，小灯泡的功率为P＝I2U1，此值恰为图中矩形PQOM的面积，D正确．考点4电功与电热的计算1．纯电阻电路与非纯电阻电路的比较纯电阻电路非纯电阻电路实例白炽灯、电炉、电饭锅、电热毯、电熨斗及转子被卡住的电动机等工作中的电动机、电解槽、日光灯等能量转化电路中消耗的电能全部转化为内能W＝Q电路中消耗的电能除转化为内能外，还转化为其他形式的能W>Q电功的计算W＝UIt＝I2Rt＝eq\f(U2,R)tW＝UIt电热的计算Q＝UIt＝I2Rt＝eq\f(U2,R)tQ＝I2Rt2.非纯电阻电路的分析思路：处理非纯电阻电路问题时，要擅长从能量转化的角度动身，围绕能量守恒定律，利用“电功＝电热＋其他能量”分析、求解．(多选)如图所示是某始终流电动机提升重物的示意图，重物质量m＝50kg，电源供应应电动机的电压为U＝110V，不计各种摩擦，当电动机以v＝0.9m/s的恒定速率向上提升重物时，通过电动机的电流为I＝5.0A，重力加速度g取10m/s2，则()A．电动机的输入功率为550WB．电动机提升重物的功率为550WC．电动机提升重物的功率为450WD．电动机的线圈电阻为22Ω【分析】(1)重物匀速上升，拉力F＝mg，故提升重物的功率P＝Fv＝mgv.(2)电动机的输入功率＝提升重物的功率＋热功率．【解析】电动机的输入功率P入＝UI＝110×5.0W＝550W，A对；提升重物的功率P出＝mgv＝50×10×0.9W＝450W，B错，C对；由P入＝P出＋P热和P热＝I2R线得R线＝eq\f(P入－P出,I2)＝eq\f(550－450,25)Ω＝4Ω，D错．【答案】AC高分技法非纯电阻电路中