【物理】2019届一轮复习人教版电流电阻电功及电功率学案 25页

第1讲　电流　电阻　电功及电功率 板块一　主干梳理·夯实基础 ‎【知识点1】　电流　电阻定律　Ⅰ ‎1.电流 ‎(1)形成电流的条件 ‎①导体中有能够自由移动的电荷。‎ ‎②导体两端存在电压。‎ ‎(2)电流的方向 与正电荷定向移动的方向相同，与负电荷定向移动的方向相反。‎ 电流虽然有方向，但它是标量。‎ ‎(3)定义式：I＝。‎ ‎(4)微观表达式：I＝nqSv。‎ ‎(5)单位：安培(安)，符号A,1 A＝1 C/s。‎ ‎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：适用于金属导电和电解液导电，适用于纯电阻电路。‎ ‎(4)伏安特性曲线 ‎①定义：在直角坐标系中，用纵轴表示电流I，用横轴表示电压U，画出IU的关系图象，叫做导体的伏安特性曲线。‎ ‎②线性元件：伏安特性曲线是通过坐标原点的直线，这样的电学元件叫做线性元件。如图甲所示。‎ ‎③非线性元件：伏安特性曲线不是直线的电学元件叫做非线性元件。如图乙所示。‎ ‎3．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；导体电阻还与构成它的材料有关。‎ ‎(2)公式：R＝ρ。‎ ‎(3)适用条件：粗细均匀的金属导体或浓度均匀的电解液。‎ ‎4.电阻率 ‎(1)计算公式：ρ＝。‎ ‎(2)物理意义：电阻率是反映材料导电性能优劣的物理量。温度一定时，某种材料的电阻率由这种材料的性质决定，与导体的大小、形状无关。‎ ‎(3)电阻率与温度的关系。‎ ‎①金属：电阻率随温度升高而增大。‎ ‎②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变为零，成为超导体。‎ ‎③一些合金：几乎不受温度的影响。‎ ‎【知识点2】　电功率、焦耳定律　Ⅰ ‎1.电功 ‎(1)定义：电流做的功。‎ ‎(2)公式：W＝qU＝IUt(适用于任何电路)。‎ ‎(3)单位：国际单位是焦耳(J)，常用单位是度(kW·h)，1_kW·h＝3.6×106_J。‎ ‎(4)电流做功的实质：导体中的恒定电场对自由电荷的静电力在做功。电流做功的过程就是电荷的电势能转化成其他形式的能的过程。‎ ‎2.电功率 ‎(1)定义：单位时间内电流做的功叫做电功率。‎ ‎(2)公式：P＝＝UI(适用于任何电路)。‎ ‎(3)单位：国际单位是瓦特，简称瓦(W)，常用单位是千瓦(kW)，1 kW＝103 W。‎ ‎(4)额定功率和实际功率 ‎①用电器正常工作条件下所加的电压叫做额定电压，额定电压时消耗的功率是额定功率，即P额＝I额·U额。‎ ‎②实际功率是指用电器在实际电压下消耗的功率，即P实＝I实·U实，P实不一定等于P额，若U实>U额，则P实>P额 ‎，用电器可能被烧毁。‎ ‎3.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。‎ 板块二　考点细研·悟法培优 考点1 对电流表达式的理解 [对比分析]‎ 例1　如图所示是一根粗细均匀的橡胶棒，其横截面积为S，由于与毛皮发生摩擦而均匀带负电，若已知该橡胶棒每米所带的电荷量为q，则当该棒沿轴线方向做速度为v的匀速直线运动时，形成的等效电流为(　　)‎ A.vq B. C．qvS D. ‎(1)请写出电流的定义式。‎ 提示：I＝。‎ ‎(2)根据题中符号写出t s内穿过导体横截面的电荷量Q。‎ 提示：Q＝qvt。‎ 尝试解答　选A。‎ I＝，其中Q＝qvt，所以I＝qv，故A正确。‎ 总结升华 电流微观表达式的相关说明 ‎(1)判断电流与其他量的变化关系，可以首先建立“柱状微元”模型，然后根据公式推导出电流的表达式，就能看出电流与其他量是否有关，以及随其他量的变化如何变化等。‎ ‎(2)利用电流的微观表达式应注意各物理量的意义。‎ 　(多选)一横截面积为S的铝导线，当有电压加在该导线上时，导线中的电流强度为I。设每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Δt时间内，通过导体横截面的自由电子数目可表示为(　　)‎ A.nvSΔt B．nvΔt C. D. 答案　AC 解析　Δt内通过导体横截面的自由电子数目N＝nvΔtS，故A正确。由I＝得Q＝IΔt，则N＝＝，故C正确。‎ 考点2 电阻、电阻定律的应用 [拓展延伸]‎ ‎1.电阻与电阻率的区别 电阻是反映导体对电流阻碍作用大小的物理量。电阻率是反映制作导体的材料导电性能优劣的物理量。‎ ‎2.电阻率的理解 ‎(1)电阻率可以用ρ＝计算，在数值上等于用某种材料制成的长为1 m、横截面积为1 m2的导线的电阻值。‎ ‎(2)电阻率与导体材料有关，与导体长度l、横截面积S无关。‎ ‎(3)电阻率与温度有关。例如，金属材料的电阻率随温度的升高而增大。有些材料的电阻率几乎不受温度的影响，可制作标准电阻。‎ ‎3.两个公式的对比 例2　(多选)对于常温下一根阻值为R的均匀金属丝，下列说法中正确的是(　　)‎ A.常温下，若将金属丝均匀拉长为原来的10倍，则电阻变为10R B.常温下，若将金属丝从中点对折起来，电阻变为R C.给金属丝加上的电压逐渐从零增大到U，则任一状态下的比值不变 D.把金属丝温度降低到绝对零度附近，电阻率会突然变为零的现象称为超导现象 ‎(1)某质量一定的导线，形状改变后，体积改变吗？‎ 提示：不改变。‎ ‎(2)金属丝的电阻随温度如何变化？‎ 提示：温度越高，电阻越大。‎ 尝试解答　选BD。‎ 设原电阻R＝ρ，当l′＝10l时，由体积不变求得横截面积变成S′＝S，所以电阻变为R′＝ρ＝ρ＝100R，A错误；从中点对折起来，相当于两个阻值为R 的电阻并联，其总阻值为R，B正确；金属丝的电阻率ρ随温度升高而增大，当金属丝两端的电压逐渐增大时，由于电流的热效应会使电阻率ρ随温度升高而增大，因而R＝ρ＝将逐渐增加，C错误，D正确。‎ 总结升华 导体形变后电阻的分析方法 某一导体的形状改变后，讨论其电阻变化应抓住以下三点：‎ ‎(1)导体的电阻率不变，因其由导体材料本身决定。‎ ‎(2)导体的体积不变，由V＝lS可知l与S成反比。‎ ‎(3)在ρ、l、S都确定之后，应用电阻定律R＝ρ求解。‎ 　(1)如图甲所示，M和N是形状相同的玻璃容器，厚度相同，上、下表面为正方形，但M和N的尺寸不同，M、N的上表面边长关系为a1>a2。现将相同的电解液充入两容器且引出电极接入电路中形成的电流方向如图所示，M的电阻为R1，N的电阻为R2，则两导体电阻大小关系是(　　)‎ A.R1>R2‎ B.R1＝R2‎ C.R1P2‎ C.特性曲线在Ⅰ区，P1>P2‎ D.特性曲线在Ⅲ区，P1P2。故正确选项为C。‎ ‎4.[2017·云南统考] 如图为一玩具起重机的电路示意图。电源电动势为6 V，内电阻为0.5 Ω，电阻R＝2.5 Ω，当电动机以‎0.5 m/s的速度匀速向上提升一质量为‎320 g的物体时(不计一切摩擦阻力，g＝‎10 m/s2)，标有“3 V,0.6 W”的灯泡正好正常发光。则电动机的内阻为(　　)‎ A.1.25‎‎ Ω B．3.75 Ω C．5.625 Ω D．1 Ω 答案　A 解析　电动机输出功率P出＝mgv＝1.6 W，灯泡中电流IL＝＝‎0.2 A，干路电流I＝＝‎1 A，电动机中电流IM＝I－IL＝‎0.8 A，电动机的功率P＝IMUM＝IMU额＝IRM＋P出，计算得RM＝1.25 Ω，所以A项正确。‎ ‎5. 在电喷汽车的进气管道中，广泛地使用着一种叫“电热丝式空气流量传感器”的部件，其核心部分是一种用特殊的合金材料制作的电热丝。如图所示，当进气管道中的冷空气流速越大时，电阻R 两端的电压U0就变得越高，反之，电压U0就越低。这样管道内空气的流量就转变成了可以测量的电压信号，便于汽车内的电脑系统实现自动控制。如果将这种电热丝从汽车的进气管道中取出，放在实验室中测量这种电热丝，得到的伏安特性曲线正确的是(　　)‎ 答案　D 解析　设电热丝的电阻为R丝，则U0＝R，结合题意可知，U0越大，说明R丝越小，可见，电热丝温度越低，电阻值越小，故对应的伏安特性曲线为D。‎ ‎6.如图所示，是某晶体二极管的伏安特性曲线，下列说法正确的是(　　)‎ A.加正向电压时，二极管电阻较小，且随着电压的增大而增大 B.加反向电压时，二极管电阻较大，无论加多大电压，电流都很小 ‎ C.无论是加正向电压还是加反向电压，电压和电流都不成正比，所以二极管是非线性元件 D.二极管加正向电压时，电流随电压变化是一条直线 答案　C 解析　由图知加正向电压时，二极管电阻较小，但随电压增大电阻变小，A错误。加反向电压时，二极管电阻较大，当反向电压达到一定值，二极管会被击穿，电流会突然变得很大，故B错误。二极管加正向电压时，电流随电压变化是一条曲线，D错误，正确选项为C。‎ ‎7. 电位器是变阻器的一种。如图所示，如果把电位器与灯泡串联起来，利用它改变灯泡的亮度，下列说法正确的是 (　　)‎ A.串接A、B使滑动触头顺时针转动，灯泡变暗 B.串接A、C使滑动触头逆时针转动，灯泡变亮 C.串接A、C使滑动触头顺时针转动，灯泡变暗 D.串接B、C使滑动触头顺时针转动，灯泡变亮 答案　AD 解析　根据电位器结构和连线可知：串接A、B使滑动触头顺时针转动时，回路电阻增大，回路电流减小，灯泡变暗，A正确；串接A、C时，滑动触头不能改变回路电阻，灯泡亮度不变，故B、C错误；串接B、C 使滑动触头顺时针转动时，回路电阻减小，回路电流增大，灯泡变亮，D正确。‎ ‎8. 如图所示是某导体的IU图线，图中α＝45°，下列说法正确的是(　　)‎ A.通过该导体的电流与其两端的电压成正比 B.此导体的电阻R＝2 Ω C.IU图线的斜率表示电阻的倒数，所以R＝cot45°＝1.0 Ω D.在该导体两端加6.0 V电压时，每秒通过导体截面的电荷量是‎3.0 C 答案　ABD 解析　据IU图知，通过该导体的电流与其两端电压成正比，R＝＝2 Ω，当U＝6.0 V时，I＝＝‎3 A，q＝It＝‎3.0 C，故A、B、D正确，电阻不能用cot45°求，因为横纵坐标标度不同。‎ ‎9.某起重机的电动机输入电压为380 V，当起重机以‎0.1 m/s的速度匀速吊起总质量为5.7×‎103 kg的货物时，测得电动机的电流为‎20 A，g取‎10 m/s2。则下列说法正确的是(　　)‎ A.电动机的内阻为19 Ω B.电动机的内阻为4.75 Ω C.电动机的输出功率为7.6×103 W D.电动机的工作效率为75%‎ 答案　BD 解析　由UI＝mgv＋I2r，可得电动机的内阻为r＝4.75 Ω，选项B正确、A错误；电动机的输出功率为mgv＝5.7×‎103 kg×‎10 m/s2×‎ ‎0.1 m‎/s＝5.7×103 W，选项C错误；电动机的工作效率为η＝×100%＝75%，选项D正确。‎ ‎10.如图所示电路中，a、b两点与一个稳压直流电源相接，当滑动变阻器的滑片P向d端移动一段距离时，哪一个电路中的电流表读数会变大(　　)‎ 答案　ACD 解析　由图知，P向d滑动，A、C、D中连入电路的电阻变小，示数会变大，A、C、D正确；P向d滑动，B中连入电路的电阻变大，示数会变小，B错误。‎ 二、非选择题(本题共2小题，共30分)‎ ‎11. (14分)如图所示，在相距‎40 km的A、B两地架两条输电线，电阻共为800 Ω，如果在A、B间的某处发生短路，这时接在A处的电压表示数为10 V，电流表的示数为40 mA，求发生短路处距A处有多远？‎ 答案　‎‎12.5 km 解析　设发生短路处距A处为x，根据欧姆定律I＝可得：A端到短路处的两根输电线的总电阻Rx＝＝ Ω＝250 Ω，根据电阻定律可知：Rx＝ρ，A、B两地间输电线的总电阻为R总＝ρ，由上式得 eq f(Rx,R总)＝，解得x＝l＝×‎40 km＝‎12.5 km。‎ ‎12．(16分)如图所示，A为电解槽，M为电动机，N为电炉子，恒定电压U＝12 V，电解槽内阻rA＝2 Ω，当S1闭合，S2、S3断开时，示数为 ‎6 A；当S2闭合，S1、S3断开时，示数为‎5 A，且电动机输出功率为35 W；当S3闭合，S1、S2断开时，示数为‎4 A。求：‎ ‎(1)电炉子的电阻及发热功率；‎ ‎(2)电动机的内阻；‎ ‎(3)在电解槽工作时，电能转化为化学能的功率为多少。‎ 答案　(1)2 Ω　72 W　(2)1 Ω　(3)16 W 解析　(1)电炉子为纯电阻元件，由欧姆定律得：‎ R＝＝ Ω＝2 Ω 其发热功率为：‎ P＝UI1＝12×6 W＝72 W。‎ ‎(2)电动机为非纯电阻元件，由能量守恒定律得：‎ UI2＝IrM＋P输出 所以：rM＝＝ Ω＝1 Ω。‎ ‎(3)电解槽为非纯电阻元件，由能量守恒定律得：‎ P化＝UI3－IrA 所以P化＝(12×4－42×2) W＝16 W。‎