2020高考物理一輪復習 第八章 第1講 電流 電阻 電功及電功率學案（含解析）.doc

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第1講　電流　電阻　電功及電功率 主干梳理 對點激活 知識點　　電流　歐姆定律?、? 1．電流 (1)形成電流的條件 ①導體中有能夠自由移動的電荷。 ②導體兩端存在電壓。 (2)電流的方向 與正電荷定向移動的方向相同，與負電荷定向移動的方向相反。 電流雖然有方向，但它是標量。 (3)定義式：I＝。 (4)微觀表達式：I＝nqSv。 (5)單位：安培(安)，符號A,1 A＝1 C/s。 2．歐姆定律 (1)內(nèi)容：導體中的電流I跟導體兩端的電壓U成正比，跟導體的電阻R成反比。 (2)公式：I＝。 (3)適用條件：適用于金屬導電和電解液導電，適用于純電阻電路。 (4)伏安特性曲線 ①定義：在直角坐標系中，用縱軸表示電流I，用橫軸表示電壓U，畫出IU的關系圖象，叫做導體的伏安特性曲線。 ②線性元件：伏安特性曲線是通過坐標原點的直線，這樣的電學元件叫做線性元件。如圖甲所示。 ③非線性元件：伏安特性曲線不是直線的電學元件叫做非線性元件。如圖乙所示。 知識點　　電阻定律　Ⅰ 1．電阻定律 (1)內(nèi)容：同種材料的導體，其電阻R與它的長度l成正比，與它的橫截面積S成反比；導體電阻還與構成它的材料有關。 (2)公式：R＝ρ。 (3)適用條件：粗細均勻的金屬導體或濃度均勻的電解液。 2．電阻率 (1)計算公式：ρ＝。 (2)物理意義：電阻率是反映材料導電性能優(yōu)劣的物理量。溫度一定時，某種材料的電阻率由這種材料的性質(zhì)決定，與導體的大小、形狀無關。 (3)電阻率與溫度的關系 ①金屬導體：電阻率隨溫度升高而增大。 ②半導體：電阻率隨溫度升高而減小。 ③超導體：當溫度降低到絕對零度附近時，某些材料的電阻率突然變?yōu)榱?，成為超導體。 ④一些合金：電阻率幾乎不受溫度的影響。 知識點　　電功率、焦耳定律?、? 1．電功 (1)定義：電流做的功。 (2)公式：W＝qU＝IUt(適用于任何電路)。 (3)單位：國際單位是焦耳(J)，常用單位是度(kWh)，1 kWh＝3.6106 J。 (4)電流做功的實質(zhì)：導體中的恒定電場對自由電荷的靜電力在做功。電流做功的過程就是電荷的電勢能轉(zhuǎn)化成其他形式的能的過程。 2．電功率 (1)定義：單位時間內(nèi)電流做的功叫做電功率。 (2)公式：P＝＝UI(適用于任何電路)。 (3)單位：國際單位是瓦特，簡稱瓦(W)，常用單位是千瓦(kW)，1 kW＝103 W。 (4)額定功率和實際功率 ①用電器正常工作條件下所加的電壓叫做額定電壓，額定電壓下消耗的功率是額定功率，即P額＝I額U額。 ②實際功率是指用電器在實際電壓下消耗的功率，即P實＝I實U實，P實不一定等于P額，若U實>U額，則P實>P額，用電器可能被燒毀。 3．焦耳定律 (1)內(nèi)容：電流通過導體產(chǎn)生的熱量跟電流的二次方成正比，跟導體的電阻及通電時間成正比。 (2)公式：Q＝I2Rt。 4．熱功率 (1)定義：單位時間內(nèi)的發(fā)熱量通常稱為熱功率。 (2)公式：P＝I2R。 (3)單位：國際單位是瓦特，簡稱瓦(W)。 一 思維辨析 1．電流是矢量，電荷定向移動的方向為電流的方向。(　　) 2．由R＝可知，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。(　　) 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適用于任何電路求電功。(　　) 5．公式Q＝I2Rt只適用于純電阻電路求電熱。(　　) 6．電流I隨時間t變化的圖象與橫軸所圍面積表示通過導體橫截面的電量。(　　) 答案　1.　2.　3.　4.√　5.　6.√ 二 對點激活 1．(人教版選修3－1P43T3改編)安培提出了著名的分子電流假說，根據(jù)這一假說，電子繞核運動可等效為一環(huán)形電流。設電荷量為e的電子以速率v繞原子核沿順時針方向做半徑為r的勻速圓周運動，關于該環(huán)形電流的說法，正確的是(　　) A．電流大小為，電流方向為順時針 B．電流大小為，電流方向為順時針 C．電流大小為，電流方向為逆時針 D．電流大小為，電流方向為逆時針 答案　C 解析　電子做圓周運動的周期T＝，由I＝得I＝，電流的方向與電子運動方向相反，故為逆時針。 2．(人教版選修3－1P47說一說改編)如圖所示，是某晶體二極管的伏安特性曲線，下列說法正確的是(　　) A．加正向電壓時，二極管電阻較小，且隨著電壓的增大而增大 B．加反向電壓時，二極管電阻較大，無論加多大電壓，電流都很小 C．無論是加正向電壓還是加反向電壓，電壓和電流都不成正比，所以二極管是非線性元件 D．二極管加正向電壓時，電流隨電壓變化是一條直線 答案　C 解析　由圖知加正向電壓時，二極管電阻較小，但隨電壓增大電阻變小，A錯誤。加反向電壓時，二極管電阻較大，當反向電壓達到一定值，二極管會被擊穿，電流會變大，故B錯誤。二極管加正向電壓時，電流隨電壓變化是一條曲線，D錯誤，故正確選項為C。 3. (人教版選修3－1P55T3改編)四盞燈泡接成如圖所示的電路。a、c燈泡的規(guī)格為“220 V　40 W”，b、d燈泡的規(guī)格為“220 V　100 W”，各個燈泡的實際功率分別為Pa、Pb、Pc、Pd且都沒有超過它的額定功率。則這四盞燈泡實際消耗功率大小關系是(　　) A．Pa＝PcPb>Pd C．PaRb＝Rd，故Rab＝Rcd，由串聯(lián)電路的特點可知Uab＝Ucd，又因為Ua＝Ub，Uc＝Ud，故Pan2時，電流方向從A→B，電流I＝ C．當n1Re。 在圖乙中，圖線上的點與O點連線的斜率表示電阻倒數(shù)的大小，斜率越大，電阻越小，RdQ2 D．W1Q2，故W2>W1，U2>U1，故A項正確。 5. (2018河北保定模擬)如圖所示，一段長為a、寬為b、高為c(a>b>c)的長方體金屬導體，將其中的兩個對立面接入電路中時，最大的電阻為R，則最小的電阻為(　　) A． B． C． D．R 答案　A 解析　由電阻定律R＝ρ可知，橫截面積越小、導體越長電阻越大，橫截面積越大、導體越短電阻越小，故電阻最大時，橫截面積應該最小、導體最長，即將左右兩個面接入電路時電阻最大，為R＝ρ，解得ρ＝，當將上下兩個面接入電路時電阻最小，此時電阻r＝ρ＝＝，故A正確。 配套課時作業(yè) 　　時間：45分鐘　滿分：100分 一、選擇題(本題共11小題，每小題7分，共77分。其中1～7為單選，8～11為多選) 1. (2018河北石家莊質(zhì)檢)一根長為L、橫截面積為S的金屬棒，其材料的電阻率為ρ。棒內(nèi)單位體積自由電子數(shù)為n，電子的質(zhì)量為m，電荷量為e。在棒兩端加上恒定的電壓U時，棒內(nèi)產(chǎn)生電流，則自由電子定向運動的平均速率為(　　) A． B． C．neρL D． 答案　A 解析　電流的微觀表達式I＝neSv，又I＝，R＝ρ，得v＝，故選A。 2.兩根材料相同的均勻?qū)Ь€x和y串聯(lián)在電路中，兩導線沿長度方向的電勢變化情況分別如圖中的ab段和bc段圖線所示，則導線x和y的橫截面積之比為(　　) A．2∶1 B．1∶2 C．6∶1 D．1∶6 答案　B 解析　兩導線串聯(lián)，電流相等，I1＝I2，由U＝IR＝Iρ知UL圖象的斜率k＝，而Iρ相同，則＝＝，故B正確，A、C、D錯誤。 3. (2018杭州五校聯(lián)考)如圖所示為A、B兩電阻的UI圖象，關于兩電阻的描述正確的是(　　) A．電阻A的阻值隨電流的增大而減小，電阻B的阻值不變 B．在兩圖線交點處，電阻A的阻值等于電阻B的阻值 C．在兩圖線交點處，電阻A的阻值大于電阻B的阻值 D．在兩圖線交點處，電阻A的阻值小于電阻B的阻值 答案　B 解析　隨著I增大，電阻A的UI圖線斜率越來越大，所以A的阻值隨電流的增大而增大，電阻B的阻值不變，故A錯誤；兩圖線的交點處電流和電壓均相同，由歐姆定律可知兩電阻的阻值大小相等，故B正確，C、D錯誤。 4.如圖所示是電阻R1和R2的伏安特性曲線，并且把第一象限分為Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ三個區(qū)域，現(xiàn)在把R1和R2并聯(lián)在電路中，消耗的電功率分別為P1和P2，并聯(lián)總電阻設為R。下列關于P1和P2的大小關系及R的伏安特性曲線應該在的區(qū)域正確的是(　　) A．特性曲線在Ⅰ區(qū)，P1P2 C．特性曲線在Ⅰ區(qū)，P1>P2 D．特性曲線在Ⅲ區(qū)，P1P2。故正確選項為C。 5．如圖所示電路中，a、b兩點與一個穩(wěn)壓直流電源相接，當滑動變阻器的滑片P向d端移動一段距離時，哪一個電路中的電流表讀數(shù)會變小(　　) 答案　B 解析　由圖知，P向d端滑動，A、C、D中連入電路的電阻變小，由題意知，a、b兩點的電壓恒定，故示數(shù)會變大；同理B中接入電路中的電阻變大，示數(shù)變小。 6．(2018廊坊期末)如圖甲，電路中電源電動勢為3.0 V，內(nèi)阻不計，L1、L2、L3為三個相同規(guī)格的小燈泡，小燈泡的伏安特性曲線如圖乙所示。當開關閉合后，下列說法中正確的是(　　) A．L1中的電流為L2中電流的2倍 B．L3的電阻約為1.875 Ω C．L3的電功率約為0.75 W D．L2和L3的總功率約為3 W 答案　B 解析　由圖象可知，燈泡兩端的電壓變化時，燈泡的電阻發(fā)生變化，L2和L3的串聯(lián)電阻并不是L1電阻的兩倍，根據(jù)歐姆定律知L1中的電流不是L2中電流的2倍，A錯誤；由于不計電源內(nèi)阻，所以L2和L3兩端的電壓均為1.5 V，由題圖乙可知此時燈泡中的電流為I＝0.8 A，電阻R3＝＝1.875 Ω，B正確；L3的電功率P＝UI＝1.50.8 W＝1.2 W，C錯誤；L2和L3的總功率P′＝2P＝2.4 W，D錯誤。 7．小芳家正在使用的電器有電燈、洗衣機、電冰箱，小芳從家里的總電能表中測得在時間t內(nèi)消耗的電能為W。設小芳家的供電電壓為U，總電流為I，上述電器的并聯(lián)總電阻為R，總功率為P。下列關系式正確的是(　　) A．P＝ B．W＝I2Rt C．P＝ D．I＝ 答案　C 解析　因為小芳家正在使用的家用電器有非純電阻用電器，所以消耗的電能沒有全部轉(zhuǎn)化為熱量，所以W＝Pt＝UIt，用電器使用過程中產(chǎn)生的熱量只是消耗的電能中的一部分，U>IR，W>I2Rt，C正確，A、B、D錯誤。 8.如圖所示，有一內(nèi)電阻為4.4 Ω的電解槽和一盞標有“110 V　60 W”的燈泡串聯(lián)后接在電壓為220 V的直流電源兩端，燈泡正常發(fā)光，則(　　) A．電解槽消耗的電功率為120 W B．電解槽的發(fā)熱功率為60 W C．電解槽消耗的電功率為60 W D．電路消耗的總功率為120 W 答案　CD 解析　I＝＝ A，P電解槽＝P燈＝60 W，故A錯誤，C正確；P熱＝I2R內(nèi)≈1.3 W，故B錯誤；P總＝P燈＋P電解槽＝120 W，故D正確。 9．一微型吸塵器的直流電動機內(nèi)阻一定，當加上0.3 V電壓時，通過的電流為0.3 A，此時電動機不轉(zhuǎn)，當加在電動機兩端的電壓為2.0 V時，電流為0.8 A，這時電動機正常工作，下列說法正確的是(　　) A．電動機內(nèi)阻為1 Ω B．電動機內(nèi)阻為2.5 Ω C．電動機正常工作時的效率為60% D．電動機正常工作時的效率為50% 答案　AC 解析　當給電動機加0.3 V電壓時，電動機不轉(zhuǎn)，則線圈直流電阻r＝1 Ω，當給電動機加2.0 V電壓時，電動機正常工作，電動機功率P＝UI＝1.6 W，發(fā)熱功率Pr＝I2r＝0.64 W，機械功率P′＝P－Pr＝0.96 W，故效率η＝＝60%，C正確。 10．金屬材料的電阻率有以下特性：一般而言，純金屬的電阻率較小，合金的電阻率較大；金屬的電阻率隨溫度的升高而增大，有的金屬的電阻率隨溫度變化而顯著變化，有的合金的電阻率幾乎不受溫度的影響。根據(jù)以上信息，判斷下列說法中正確的是(　　) A．連接電路的導線一般用合金來制作 B．電爐的電阻絲一般用合金來制作 C．電阻溫度計一般是用電阻率幾乎不受溫度影響的合金制成的 D．標準電阻一般是用電阻率幾乎不受溫度影響的合金制成的 答案　BD 解析　為了減小導線上的損耗，連接電路的導線一般要用純金屬制作，故A項錯誤。通常電爐的電阻絲的阻值很大且阻值幾乎不隨溫度變化而變化，故一般用合金制作，故B項正確。電阻溫度計需要能體現(xiàn)出溫度的變化，所以應該用電阻率隨溫度變化而顯著變化的金屬材料來制作，故C項錯誤。標準電阻的阻值幾乎不受溫度影響，所以一般用電阻率幾乎不受溫度影響的合金制作，故D項正確。 11．某起重機的電動機輸入電壓為380 V，當起重機以0.1 m/s的速度勻速吊起總質(zhì)量為5.7103 kg的貨物時，測得電動機的電流為20 A，g取10 m/s2。則下列說法正確的是(　　) A．電動機的內(nèi)阻為19 Ω B．電動機的內(nèi)阻為4.75 Ω C．電動機的輸出功率為7.6103 W D．電動機的工作效率為75% 答案　BD 解析　由UI＝mgv＋I2r，可得電動機的內(nèi)阻為r＝4.75 Ω，B正確，A錯誤；電動機的輸出功率為mgv＝5.7103 kg10 m/s20.1 m/s＝5.7103 W，C錯誤；電動機的工作效率為η＝100%＝75%，D正確。 二、非選擇題(本題共2小題，共23分) 12. (10分)如圖所示，在相距40 km的A、B兩地架兩條輸電線，電阻共為800 Ω，如果在A、B間的某處發(fā)生短路，這時接在A處的電壓表示數(shù)為10 V，電流表的示數(shù)為40 mA，求發(fā)生短路處距A處有多遠？ 答案　12.5 km 解析　設發(fā)生短路處距A處為x， 根據(jù)歐姆定律I＝可得： A端到短路處的兩根輸電線的總電阻 Rx＝＝ Ω＝250 Ω， 根據(jù)電阻定律可知：Rx＝ρ， A、B兩地間輸電線的總電阻為R總＝ρ， 由上式得＝， 解得x＝l＝40 km＝12.5 km。 13. (13分)如圖所示，A為電解槽，M為電動機，N為電爐子，恒定電壓U＝12 V，電解槽內(nèi)阻rA＝2 Ω，當S1閉合，S2、S3斷開時，示數(shù)為6 A；當S2閉合，S1、S3斷開時，示數(shù)為5 A，且電動機輸出功率為35 W；當S3閉合，S1、S2斷開時，示數(shù)為4 A。求： (1)電爐子的電阻及發(fā)熱功率； (2)電動機的內(nèi)阻； (3)在電解槽工作時，電能轉(zhuǎn)化為化學能的功率為多少。 答案　(1)2 Ω　72 W　(2)1 Ω　(3)16 W 解析　(1)電爐子為純電阻元件，由歐姆定律得： R＝＝ Ω＝2 Ω 其發(fā)熱功率為： P＝UI1＝126 W＝72 W。 (2)電動機為非純電阻元件，由能量守恒定律得： UI2＝IrM＋P輸出 所以：rM＝＝ Ω＝1 Ω。 (3)電解槽為非純電阻元件，由能量守恒定律得： P化＝UI3－IrA 所以P化＝(124－422) W＝16 W。