（新課改省份專用）2020版高考物理一輪復(fù)習(xí) 第八章 第1節(jié) 電流 電阻 電功 電功率學(xué)案（含解析）.doc
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電流 電阻 電功 電功率 新課程標(biāo)準(zhǔn) 核心知識提煉 1.觀察并能識別常見的電路元器件，了解它們在電路中的作用。會使用多用電表。 2.通過實驗，探究并了解金屬導(dǎo)體的電阻與材料、長度和橫截面積的定量關(guān)系。會測量金屬絲的電阻率。 3.了解串、并聯(lián)電路電阻的特點。 4.理解閉合電路的歐姆定律。會測量電源的電動勢和內(nèi)阻。 5.理解電功、電功率及焦耳定律，能用焦耳定律解釋生產(chǎn)生活中的電、熱現(xiàn)象。 6.能分析和解決家庭電路中的簡單問題，能將安全用電和節(jié)約用電的知識應(yīng)用于日常生活實際。 常見的電路元器件 使用多用電表 電阻率 電阻定律 串、并聯(lián)電路的特點 閉合電路的歐姆定律 電功、電功率及焦耳定律 家庭電路中的簡單問題 實驗：長度的測量及其測量工具的選用 實驗：測量金屬的電阻率 實驗：測量電源的電動勢和內(nèi)阻 實驗：用多用電表測量電學(xué)中的物理量 第1節(jié) 電流 電阻 電功 電功率 一、電流及歐姆定律 1．電流的理解 (1)定義：電荷的定向移動形成電流。 (2)條件：①有可以自由移動的電荷；②導(dǎo)體兩端存在電壓。 (3)方向：電流是標(biāo)量，為研究問題方便，規(guī)定正電荷定向移動的方向為電流的方向。在外電路中電流由電源正極到負(fù)極，在內(nèi)電路中電流由電源極到極。[注1] (4)三個表達(dá)式 ①定義式：I＝，q為在時間t內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量。 ②微觀表達(dá)式：I＝nqSv，其中n為導(dǎo)體中單位體積內(nèi)自由電荷的個數(shù)，q為每個自由電荷的電荷量，S為導(dǎo)體的橫截面積，v為自由電荷定向移動的速率。 ③決定式：I＝，即歐姆定律。 2．歐姆定律 (1)內(nèi)容：導(dǎo)體中的電流I跟導(dǎo)體兩端的電壓U成正比，跟導(dǎo)體的電阻R成反比。[注2] (2)適用范圍：適用于金屬和電解液等純電阻電路。 二、電阻定律 1．電阻定律 (1)內(nèi)容：同種材料的導(dǎo)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(dǎo)體電阻還與構(gòu)成它的材料有關(guān)。 (2)表達(dá)式：R＝ρ。[注3] 2．電阻率 (1)計算式：ρ＝R。 (2)物理意義：反映導(dǎo)體的導(dǎo)電性能，是導(dǎo)體材料本身的屬性。 (3)電阻率與溫度的關(guān)系 金屬的電阻率隨溫度升高而增大，半導(dǎo)體的電阻率隨溫度升高而減小。 三、電功率、焦耳定律 1．電功 (1)定義：導(dǎo)體中的自由電荷在電場力作用下定向移動，電場力做的功稱為電功。 (2)公式：W＝qU＝IUt。 (3)電流做功的實質(zhì)：電能轉(zhuǎn)化成其他形式能的過程。[注4] 2．電功率 (1)定義：單位時間內(nèi)電流所做的功，表示電流做功的快慢。 (2)公式：P＝＝IU。 3．焦耳定律 (1)內(nèi)容：電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流的二次方成正比，跟導(dǎo)體的電阻及通電時間成正比。 (2)公式：Q＝I2Rt。[注5] 4．熱功率 (1)定義：單位時間內(nèi)的發(fā)熱量。 (2)表達(dá)式：P＝＝I2R。 【注解釋疑】 [注1] 電流既有大小也有方向，但它的運(yùn)算遵循代數(shù)運(yùn)算法則，是標(biāo)量。 [注2] 當(dāng)R一定時，I∝U；當(dāng)U一定時，I∝，但R由導(dǎo)體本身決定，與I、U無關(guān)。 [注3] 電阻定律表達(dá)式是電阻的決定式，而電阻的定義式為R＝，提供了一種測量電阻的方法。 [注4] 純電阻電路遵守歐姆定律，非純電阻電路不遵守歐姆定律。 [注5]在任何電路中，計算電功都可以用W＝UIt，計算電熱都可以用Q＝I2Rt。 [深化理解] 1．在理解公式時一定要注意定義式與決定式的區(qū)別，其中定義式或計算式有：I＝、R＝、ρ＝等，決定式有：I＝、I＝nqSv等。 2．公式W＝UIt可求解任何電路的電功，而W＝I2Rt＝t只適用于純電阻電路。 3．無論是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。 [基礎(chǔ)自測] 一、判斷題 (1)由R＝知， 導(dǎo)體的電阻與導(dǎo)體兩端電壓成正比，與流過導(dǎo)體的電流成反比。() (2)根據(jù)I＝，可知I與q成正比。() (3)由ρ＝知，導(dǎo)體的電阻率與導(dǎo)體的電阻和橫截面積的乘積成正比，與導(dǎo)體的長度成反比。() (4)公式W＝t＝I2Rt只適用于純電阻電路。(√) (5)19世紀(jì)，焦耳和楞次先后各自獨(dú)立發(fā)現(xiàn)電流通過導(dǎo)體時產(chǎn)生熱效應(yīng)的規(guī)律，即焦耳定律。(√) 二、選擇題 1．安培提出了著名的分子電流假說，根據(jù)這一假說，電子繞原子核運(yùn)動可等效為一環(huán)形電流。設(shè)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(yùn)動，關(guān)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 解析：選C 由電流的定義式I＝得電流大小為I＝＝，電流方向為正電荷定向移動的方向，由電子帶負(fù)電繞原子核順時針轉(zhuǎn)動可知環(huán)形電流方向為逆時針。故C正確。 2．[滬科版選修3－1 P67T2改編]有一根長1.22 m的導(dǎo)線，橫截面積為0.10 mm2。在它兩端加0.60 V電壓時，通過它的電流正好是0.10 A。則這根導(dǎo)線是由________制成的(下表是常溫下幾種材料的電阻率，單位為Ωm)( ) 銅 錳銅合金 鎳銅合金 鋁 1.710－8 4.410－7 5.010－7 2.910－8 A.銅絲 B．錳銅合金 C．鎳銅合金 D．鋁絲 解析：選C 由R＝及R＝ρ得ρ＝＝Ωm＝4.910－7 Ωm。所以導(dǎo)線是由鎳銅合金制成的。 3.[人教版選修3－1 P48T2]某同學(xué)對四個電阻各進(jìn)行了一次測量，把每個電阻兩端的電壓和通過它的電流在UI坐標(biāo)系中描點，得到了圖中a、b、c、d四個點。則這四個電阻值的大小關(guān)系是( ) A．Ra＞Rb＝Rc＞Rd B．Ra＜Rb＝Rc＜Rd C．Ra＞Rb＝Rd＞Rc D．Ra＜Rb＝Rd＜Rc 解析：選A 由R＝可知，UI圖像中，所描點與O點連線的斜率表示電阻的大小，由題圖可知Ra>Rb＝Rc>Rd。故A正確。 高考單獨(dú)對本節(jié)內(nèi)容進(jìn)行考查的頻率不大，但電流及其三個表達(dá)式、歐姆定律和電阻定律、伏安特性曲線、電功、電功率及焦耳定律這些知識是電學(xué)實驗的基礎(chǔ)，也是電磁感應(yīng)綜合問題必將涉及的內(nèi)容。 考點一 電流的理解及其三個表達(dá)式的應(yīng)用[基礎(chǔ)自修類] [題點全練] 1．[電解液導(dǎo)電問題] 如圖所示，在1價離子的電解質(zhì)溶液內(nèi)插有兩根碳棒A和B作為電極，將它們接在直流電源上，于是溶液里就有電流通過。若在t秒內(nèi)，通過溶液內(nèi)截面S的正離子數(shù)為n1，通過的負(fù)離子數(shù)為n2，設(shè)基本電荷為e，則以下說法中正確的是( ) A．正離子定向移動形成的電流方向從A→B，負(fù)離子定向移動形成的電流方向從B→A B．溶液內(nèi)由于正、負(fù)離子移動方向相反，溶液中的電流抵消，電流等于零 C．溶液內(nèi)的電流方向從A→B，電流I＝ D．溶液內(nèi)的電流方向從A→B，電流I＝ 解析：選D 電荷的定向移動形成電流，規(guī)定正電荷定向移動的方向為電流方向，由題圖所示可知，溶液中的正離子從A向B運(yùn)動，負(fù)離子由B向A移動，負(fù)電荷由B向A移動相當(dāng)于正電荷由A向B移動，因此電流方向是A→B，帶電離子在溶液中定向移動形成電流，電流不為零，故選項A、B錯誤；溶液中電流方向是A→B，電流I＝＝，故選項C錯誤，D正確。 2．[電流微觀表達(dá)式] 如圖所示，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)單位體積內(nèi)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時，棒內(nèi)產(chǎn)生電流，自由電子定向運(yùn)動的平均速率為v，則金屬棒內(nèi)的電場強(qiáng)度大小為( ) A. B. C．ρnev D. 解析：選C 由電流定義可知：I＝＝＝neSv。由歐姆定律可得：U＝IR＝neSvρ＝ρneLv，又E＝，故E＝ρnev，選項C正確。 3．[“柱體微元”模型問題] 在長度為l、橫截面積為S、單位體積內(nèi)自由電子數(shù)為n的金屬導(dǎo)體兩端加上電壓，導(dǎo)體中就會產(chǎn)生勻強(qiáng)電場。導(dǎo)體內(nèi)電荷量為e的自由電子在電場力作用下先做加速運(yùn)動，然后與做熱運(yùn)動的陽離子碰撞而減速，如此往復(fù)……，所以，我們通常將自由電子的這種運(yùn)動簡化成速率為v(不隨時間變化)的定向運(yùn)動。已知阻礙電子運(yùn)動的阻力大小與電子定向移動的速率v成正比，即Ff＝kv(k是常量)，則該導(dǎo)體的電阻應(yīng)該等于( ) A. B. C. D. 解析：選B 電子定向移動，由平衡條件得，kv＝e，則U＝，導(dǎo)體中的電流I＝neSv，電阻R＝＝，選項B正確。 [名師微點] 利用“柱體微元”模型求解電流的微觀問題時，注意以下基本思路： 設(shè)柱體微元的長度為L，橫截面積為S，單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)為n，每個自由電荷的電荷量為q，電荷定向移動的速率為v，則 (1)柱體微元中的總電荷量為Q＝nLSq。 (2)電荷通過橫截面的時間t＝。 (3)電流的微觀表達(dá)式I＝＝nqvS。 考點二 歐姆定律和電阻定律的理解與應(yīng)用[基礎(chǔ)自修類] [題點全練] 1．[電阻定律的應(yīng)用] 兩根材料相同的均勻?qū)Ь€x和y，其中，x長為l，y長為2l，串聯(lián)在電路中時沿長度方向的電勢φ隨位置的變化規(guī)律如圖所示，那么，x和y兩導(dǎo)線的電阻和橫截面積之比分別為( ) A．3∶1 1∶6 B．2∶3 1∶6 C．3∶2 1∶5 D．3∶1 5∶1 解析：選A 由題圖可知，兩導(dǎo)線兩端的電壓之比為3∶1，電流相同，則電阻之比為3∶1，由電阻定律R＝ρ得橫截面積S＝，橫截面積之比＝＝＝，A正確。 2．[歐姆定律的應(yīng)用] 利用如圖所示的電路可以測量電阻的阻值。圖中Rx是待測電阻，R0是定值電阻，G是靈敏度很高的電流表，MN是一段均勻的電阻絲。閉合開關(guān)，改變滑動頭P的位置，當(dāng)通過電流表G的電流為零時，測得MP＝l1，PN＝l2，則Rx的阻值為( ) A.R0 B.R0 C.R0 D.R0 解析：選C 通過電流表G的電流為零時，P點的電勢與R0和Rx連接點的電勢相等，即U0＝UMP，根據(jù)歐姆定律有U0＝R0，UMP＝Rl1，則＝，由此得＝，根據(jù)電阻定律得，電阻絲的電阻R∝l，故＝，所以Rx＝R0，正確選項為C。 3．[電阻定律、歐姆定律的綜合應(yīng)用] 如圖甲為一測量電解液電阻率的玻璃容器，P、Q為電極，設(shè)a＝1 m，b＝0.2 m，c＝0.1 m。當(dāng)里面注滿某電解液，且P、Q間加上電壓后，其UI圖像如圖乙所示。當(dāng)U＝10 V時，求電解液的電阻率ρ是多少？ 解析：由題圖乙可求得U＝10 V時，電解液的電阻 R＝＝ Ω＝2 000 Ω 由題圖甲可知電解液容器長l＝a＝1 m 截面積S＝bc＝0.02 m2 結(jié)合電阻定律R＝ρ得 ρ＝＝ Ωm＝40 Ωm。 答案：40 Ωm [名師微點] 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(guān) 適用于粗細(xì)均勻的金屬導(dǎo)體和分布均勻的導(dǎo)電介質(zhì) 適用于任何純電阻導(dǎo)體 相同點 都不能反映電阻的實質(zhì)(要用微觀理論解釋) 考點三 伏安特性曲線的理解及應(yīng)用[師生共研類] 1．圖線的意義 (1)由于導(dǎo)體的導(dǎo)電性能不同，所以不同的導(dǎo)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(biāo)與電流坐標(biāo)的比值，對應(yīng)這一狀態(tài)下的電阻。 2．兩類圖線 線性元件的伏安特性曲線是過原點的直線，表明它的電阻是不變的，圖中Ra下載提示(請認(rèn)真閱讀)
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