（江蘇專版）2020版高考物理一輪復習 第七章 第1節(jié) 電流 電阻 電功 電功率講義（含解析）.doc

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電流 電阻 電功 電功率 (1)由R＝知，導體的電阻與導體兩端電壓成正比，與流過導體的電流成反比。() (2)根據I＝，可知I與q成正比。() (3)由ρ＝知，導體的電阻率與導體的電阻和橫截面積的乘積成正比，與導體的長度成反比。() (4)公式W＝UIt及Q＝I2Rt適用于任何電路。(√) (5)公式W＝t＝I2Rt只適用于純電阻電路。(√) (1)1826年德國物理學家歐姆通過實驗得出歐姆定律。 (2)19世紀，焦耳和楞次先后各自獨立發(fā)現電流通過導體時產生熱效應的規(guī)律，即焦耳定律。 突破點(一)　電流的理解及其三個表達式的應用 [題點全練] 1．在示波管中，電子槍2 s內發(fā)射61013個電子，則示波管中電流大小約為(　　) A．4.810－6 A　　　　　 　B．31013 A C．9.610－6 A D．310－6 A 解析：選A　由題意知，2 s內發(fā)射的電荷量為q＝1.610－1961013 C＝9.610－6 C，根據電流的定義式I＝，得I＝ A＝4.810－6 A，A正確。 2．[多選](2019哈爾濱月考)一根粗細均勻的金屬導線，兩端加電壓為U時，通過導線的電流強度為I，導線中自由電子定向移動的平均速率為v；若導線均勻拉長，使其半徑變?yōu)樵瓉淼?，兩端電壓仍為U，則(　　) A．通過導線的電流強度為I B．通過導線的電流強度為I C．自由電子定向移動的平均速率為v D．自由電子定向移動的平均速率為v 解析：選BC　將導線均勻拉長，使其半徑變?yōu)樵瓉淼?，橫截面積變?yōu)樵瓉淼?，導線長度要變?yōu)樵瓉淼?倍，金屬導線電阻率不變，由電阻定律R＝ρ可知，導線電阻變?yōu)樵瓉淼?6倍；電壓U不變，由歐姆定律I＝可知，電流變?yōu)樵瓉淼模蔄錯誤，B正確。電流I變?yōu)樵瓉淼?，橫截面積變?yōu)樵瓉淼?，單位體積中自由移動的電子數n不變，每個電子所帶的電荷量e不變，由電流的微觀表達式I＝nevS可知，電子定向移動的速率變?yōu)樵瓉淼模蔆正確，D錯誤。 [題后悟通] 三個電流表達式的比較 公式 適用范圍 字母含義 公式含義 定義式 I＝ 一切電路 q為時間t內通過導體橫截面的電荷量 反映了I的大小，但不能說I∝q，I∝ 微觀式 I＝nqSv 一切電路 n：導體單位體積內的自由電荷數 q：每個自由電荷的電荷量 S：導體橫截面積 v：電荷定向移動速率 從微觀上看n、q、S、v決定了I的大小 決定式 I＝ 金屬、電解液 U：導體兩端的電壓 R：導體本身的電阻 I由U、R決定， I∝U　I∝ 突破點(二)　電阻、電阻定律的理解與應用 1．電阻與電阻率的區(qū)別 (1)電阻反映了導體對電流阻礙作用的大小，而電阻率則反映制作導體的材料導電性能的好壞。 (2)導體的電阻大，電阻率不一定大，它的導電性能不一定差；導體的電阻率小，電阻不一定小，即它對電流的阻礙作用不一定小。 (3)導體的電阻、電阻率均與溫度有關。 2．電阻的決定式和定義式的比較 公式 決定式 定義式 R＝ρ R＝ 區(qū)別 指明了電阻的決定因素 提供了一種測定電阻的方法，電阻與U和I無關 適用于粗細均勻的金屬導體和分布均勻的導電介質 適用于任何純電阻導體 相同點 都不能反映電阻的實質(要用微觀理論解釋) [典例]　[多選](2018江蘇啟東模擬)一根粗細均勻的金屬導線，在其兩端加上電壓U0時，通過導線的電流為I0，導線中自由電子定向移動的平均速率為v，若將導線均勻拉長，使它的橫截面半徑變?yōu)樵瓉淼?，再給它兩端加上電壓2U0，則(　　) A．通過導線的電流為 B．通過導線的電流為 C．導線中自由電子定向移動的速率為 D．導線中自由電子定向移動的速率為 [思路點撥] 本題應根據電阻定律R＝ρ，結合歐姆定律I＝和電流的微觀表達式I＝neSv進行分析。 [解析]　將金屬導線均勻拉長，因半徑變?yōu)樵瓉淼囊话?，則橫截面積變?yōu)樵瓉淼?，其長度變?yōu)樵瓉淼?倍，根據電阻定律R＝ρ分析可知，電阻變?yōu)樵瓉淼?6倍，又電壓變?yōu)?U0，根據歐姆定律I＝可知，電流變?yōu)?，A正確，B錯誤；根據電流的微觀表達式I＝nevS，其中n、e不變，電流變?yōu)樵瓉淼?，橫截面積變?yōu)樵瓉淼?，則自由電子定向移動的平均速率變?yōu)椋珻錯誤，D正確。 [答案]　AD [方法規(guī)律]　導體變形后電阻的分析方法 某一導體的形狀改變后，討論其電阻變化應抓住以下三點： (1)導體的電阻率不變。 (2)導體的體積不變，由V＝lS可知l與S成反比。 (3)在ρ、l、S都確定之后，應用電阻定律R＝ρ求解。 [集訓沖關] 1．[多選]關于導體的電阻，下列說法中正確的是(　　) A．由R＝ρ可知，導體的電阻與長度l、電阻率ρ成正比，與橫截面積S成反比 B．通過導體的電流越大，則導體的電阻越??；通過導體的電流為零時，導體的電阻也為零 C．將一根粗細均勻的導線一分為二，則半根導線的電阻變?yōu)樵瓉淼亩种? D．電阻率大的導體，電阻一定很大 解析：選AC　根據電阻定律可知，導體的電阻與長度l、電阻率ρ成正比，與導體的橫截面積S成反比，A正確；導體的電阻只跟導體的幾何形狀和材料性質有關，跟導體中是否有電流通過及電流的大小均無關，B錯誤；將一根粗細均勻的導線從中間一分為二，半根導線的橫截面積沒有變，導線的電阻率也沒有變，只是長度變化了，根據公式R＝ρ計算可知，半根導線的電阻變?yōu)樵瓉淼亩种?，C正確；導體的電阻取決于導體的長度、橫截面積和電阻率，結合公式R＝ρ可知，電阻率大的導體，電阻不一定大，D錯誤。 2．[多選](2019成都月考)如圖所示，厚薄均勻的矩形金屬片，邊長ab＝2bc，當A與B之間接入的電壓為U1＝4 V時，電流為1 A，若C與D間接入的電壓為U2＝8 V時，下列說法正確的是(　　) A．當CD間接入電壓為U2＝8 V時，電阻為1 Ω B．當CD間接入電壓為U2＝8 V時，電阻為4 Ω C．當CD間接入電壓為U2＝8 V時，電流為2 A D．當CD間接入電壓為U2＝8 V時，電流為8 A 解析：選AD　設ab＝2bc＝2x，厚度為y，則當A與B之間接入的電壓為U1＝4 V時，電阻R1＝ρ＝ρ，此時的電阻R1＝＝ Ω＝4 Ω；若C與D間接入的電壓為U2＝8 V時，R2＝ρ＝R1＝1 Ω，電流I2＝＝ A＝8 A，故A、D正確，B、C錯誤。 突破點(三)　伏安特性曲線的理解及應用 1．定義：用縱坐標表示電流I、橫坐標表示電壓U，畫出的IU圖像。 2．圖線的意義 (1)由于導體的導電性能不同，所以不同的導體有不同的伏安特性曲線。 (2)伏安特性曲線上每一點的電壓坐標與電流坐標的比值，對應這一狀態(tài)下的電阻。 3．應用：IU圖像中圖線上某點與O點連線的斜率表示電阻的倒數，斜率越大，電阻越小。 4．兩類圖線 (1)線性元件的伏安特性曲線(圖甲中a、b)是過原點的直線，表明它的電阻是不變的。 (2)非線性元件的伏安特性曲線(圖乙中c、d)是曲線，表明它的電阻是變化的。 [典例]　[多選]如圖所示是電阻R的IU圖像，圖中α＝45，由此得出(　　) A．歐姆定律適用于該元件 B．電阻R＝0.5 Ω C．因IU圖像的斜率表示電阻的倒數，故R＝ D．在R兩端加上6.0 V的電壓時，每秒通過電阻橫截面的電荷量是3.0 C [思路點撥] 電阻R的IU圖像斜率的倒數等于電阻R，由數學知識分析電流與電壓的關系。對于電阻R，運用斜率求解，但不能根據直線傾角的正切的倒數求解。由圖讀出電壓為U＝6 V時的電流，由q＝It求解每秒內通過電阻的電荷量。 [解析]　根據數學知識可知，通過電阻的電流與兩端電壓成正比，歐姆定律適用，故A正確；根據電阻的定義式R＝，得R＝ Ω＝2 Ω，故B錯誤；由于IU圖像中橫縱坐標的標度不同，故不能直接根據圖像與橫軸的夾角求電阻，故C錯誤；由題圖知，當U＝6 V時，I＝3 A，則每秒通過電阻橫截面的電荷量是q＝It＝31 C＝3.0 C，故D正確。 [答案]　AD [易錯提醒] (1)伏安特性曲線中，導體電阻等于線上點與原點連線斜率的倒數，而不等于該點切線斜率的倒數。 (2)無論線性元件還是非線性元件，只要是純電阻元件，電阻都可由R＝計算。 [集訓沖關] 1.[多選](2019玉溪月考)兩只電阻的伏安特性曲線如圖所示，則下列說法中正確的是(　　) A．兩電阻的阻值為R1大于R2 B．兩電阻串聯(lián)在電路中時，R1兩端電壓大于R2兩端電壓 C．兩電阻串聯(lián)在電路中時，R1消耗的功率小于R2消耗的功率 D．兩電阻并聯(lián)在電路中時，R1的電流大于R2的電流 解析：選CD　兩電阻為線性元件，故IU圖像的斜率的倒數表示電阻大小，即斜率越大，電阻越小，故R1Q 電功率與熱功率 P電＝UI，P熱＝I2R＝， P電＝P熱 P電＝UI，P熱＝I2R，P電>P熱 [典例]　有一小型直流電動機，把它接入U1＝0.3 V的電路中時，電動機不轉，測得流過電動機的電流為I1＝0.6 A；若把電動機接入U2＝3.0 V的電路中時，電動機正常工作，工作電流是I2＝1.0 A，求： (1)電動機正常工作時的輸出功率是多少？ (2)如果電動機正常工作時，轉子突然被卡住，此時電動機的發(fā)熱功率是多大？ [思路點撥]　 (1)當電動機不轉時，可視為純電阻，由歐姆定律求其內電阻。 (2)當電動機正常工作時，轉子突然被卡住，其電流不等于I2＝1.0 A，此時發(fā)熱功率由P＝計算。 [解析]　(1)當U1＝0.3 V，I1＝0.6 A時，電動機不轉，此時電動機為純電阻，故電動機的內電阻為r＝＝0.5 Ω。當U2＝3.0 V，I2＝1.0 A時，電動機正常工作，此時電動機為非純電阻，則電動機的輸出功率為P出＝U2I2－I22r＝2.5 W。 (2)當電動機正常工作被卡住時，電動機又為純電阻，其熱功率為P熱＝＝18 W。 [答案]　(1)2.5 W　(2)18 W [方法規(guī)律] (1)在任何電路中，P電＝UI、P熱＝I2R、W＝UIt、Q＝I2Rt都適用。 (2)處理非純電阻電路的計算問題時，要善于從能量轉化的角度出發(fā)，緊緊圍繞能量守恒定律，利用“電功＝電熱＋其他能量”找等量關系求解。 (3)在非純電阻電路中，t既不表示電功也不表示電熱，是沒有意義的。 [集訓沖關] 1．(2019鄭州四校聯(lián)考)把6個相同的電燈和兩個滑動變阻器連接成如圖甲、乙所示的兩個電路，調節(jié)滑動變阻器，兩組電燈均能正常發(fā)光。設圖甲、乙兩電路消耗的電功率分別為P1、P2，則(　　) A．P1＝3P2　　　　　　 　B．P1＝P2 C．P1＞3P2 D．P1＜3P2 解析：選A　設每個燈泡正常發(fā)光時，其電流為I，則題圖甲中總電流為3I，題圖乙中總電流為I，電路中的總的電壓相同，所以P1＝3IU，P2＝IU，則P1＝3P2，故A正確。 2．[多選](2018淮陰期中)如圖所示是某款理發(fā)用的電吹風的電路圖，它主要由電動機M和電熱絲R構成。當閉合開關S1、S2后，電動機驅動風葉旋轉，將空氣從進風口吸入，經電熱絲加熱，形成熱風后從出風口吹出。已知電吹風的額定電壓為220 V，吹冷風時的功率為120 W，吹熱風時的功率為1 000 W。關于該電吹風，下列說法正確的是(　　) A．電熱絲的電阻為55 Ω B．電動機的電阻約為403 Ω C．當電吹風吹熱風時，電熱絲每秒鐘消耗的電能為120 J D．當電吹風吹熱風時，電動機每秒鐘消耗的電能為120 J 解析：選AD　電動機和電熱絲并聯(lián)，當吹熱風時，電熱絲消耗的功率為P＝P熱－P冷＝1 000 W－120 W＝880 W，由P＝可知R＝＝ Ω＝55 Ω，故A正確；電動機為非純電阻電路，故不能用P＝求，所以電阻值不等于 Ω≈403 Ω，故B錯誤；當電吹風吹熱風時，電熱絲每秒鐘消耗的電能為W＝Pt＝8801 J＝880 J，故C錯誤；無論電吹風吹熱風還是冷風，電動機功率都是不變的，當電吹風吹熱風時，電動機每秒鐘消耗的電能為120 J，故D正確。 生活中的用電器 生活中，人們在家中會使用很多用電器，如電飯鍋、空調、冰箱、電風扇、電吹風等，這些用電器有的可以視為純電阻，有的則不是純電阻，請結合以下各題自主領悟： 1．一只電飯煲和一臺洗衣機并聯(lián)接在輸出電壓為220 V的交流電源上(其內電阻可忽略不計)，均正常工作。用電流表分別測得通過電飯煲的電流是5.0 A，通過洗衣機電動機的電流是0.50 A，則下列說法中正確的是(　　) A．電飯煲的電阻為44 Ω，洗衣機電動機線圈的電阻為440 Ω B．電飯煲消耗的電功率為1 555 W，洗衣機電動機消耗的電功率為155.5 W C．1 min內電飯煲消耗的電能為6.6104 J，洗衣機電動機消耗的電能為 6.6103 J D．電飯煲發(fā)熱功率是洗衣機電動機發(fā)熱功率的10倍 解析：選C　由于電飯煲是純電阻元件，所以R1＝＝44 Ω，P1＝UI1＝1 100 W，其在1 min內消耗的電能 W1＝UI1t＝6.6104 J，洗衣機為非純電阻元件，所以R2≠，P2＝UI2＝110 W，其在1 min 內消耗的電能 W2＝UI2t＝6.6103 J，其熱功率P熱≠P2，所以電飯煲發(fā)熱功率不是洗衣機電動機發(fā)熱功率的10倍。 2．[多選](2018溫州期中)如圖為一種服務型機器人，其額定功率為56 W，額定工作電壓為28 V。機器人的鋰電池容量為20 Ah。則機器人(　　) A．電阻為12 Ω B．充滿電后最長工作時間為2 h C．電池充滿電后總電荷量為7.2104 C D．以額定電流工作時每秒消耗能量為56 J 解析：選CD　機器人為非純電阻電路，根據題給條件無法求出其電阻，故A錯誤；根據P＝UI可知，額定電流應該為I＝＝ A＝2 A，機器人的鋰電池容量為20 A?h，即當在額定電流2 A下工作時，能夠工作最長時間為10 h，故B錯誤；電池充滿電后的總電荷量為q＝It＝203 600 C＝7.2104 C，故C正確；在額定電流下工作時機器人功率為56 W，即每秒消耗56 J電能，故D正確。 3．[多選]下表列出了某品牌電動自行車及所用電動機的主要技術參數，不計其自身機械損耗。若該車在額定狀態(tài)下以最大運行速度行駛，則(　　) 自重 40 kg 額定電壓 48 V 載重 75 kg 額定電流 12 A 最大行駛速度 20 km/h 額定輸出功率 350 W A．電動機的輸入功率為576 W B．電動機的內電阻為4 Ω C．該車獲得的牽引力為104 N D．該車受到的阻力為63 N 解析：選AD　電動機的輸入功率為P入＝UI＝4812 W＝576 W，A正確；電動機的發(fā)熱功率為Q＝I2r＝P入－P出，代入數據解得：r＝1.6 Ω，B錯誤；由v大＝20 km/h＝ m/s，根據P出＝Fv大解得F＝63 N，且當該車速度最大時，F＝f＝63 N，故C錯誤，D正確。 分析生活中的用電器問題的兩條思路 1．了解用電器的結構，含有電動機且正常工作的為非純電阻；不含電動機或含電動機但電動機不轉的則為純電阻。 2．從能量轉化角度來區(qū)分，如消耗的電能全部轉化為電熱則為純電阻；如消耗的電能有一部分轉化為其他能量，則為非純電阻。