（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

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(jù)I，可知I與q成正比。()(3)由知，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WUIt及QI2Rt適用于任何電路。()(5)公式WtI2Rt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(xiàn)電流通過導體時產(chǎn)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(nèi)發(fā)射61013個電子，則示波管中電流大小約為()A4.8106 AB31013 AC9.6106 A D3106 A解析：選A由題意知，2 s內(nèi)發(fā)射的電荷量為q1.6101961013 C9.6106 C，根據(jù)電流的定義式I，得I A4.8106 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)樵瓉淼模瑑啥穗妷喝詾閁，則()A通過導線的電流強度為IB通過導線的電流強度為IC自由電子定向移動的平均速率為vD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?，故A錯誤，B正確。電流I變?yōu)樵瓉淼模瑱M截面積變?yōu)樵瓉淼?，單位體積中自由移動的電子數(shù)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InevS可知，電子定向移動的速率變?yōu)樵瓉淼?，故C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(nèi)通過導體橫截面的電荷量反映了I的大小，但不能說Iq，I微觀式InqSv一切電路n：導體單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)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，IUI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?jīng)Q定式定義式RR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(zhì)適用于任何純電阻導體相同點都不能反映電阻的實質(zhì)(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(jù)電阻定律R，結合歐姆定律I和電流的微觀表達式IneSv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)樵瓉淼模溟L度變?yōu)樵瓉淼?倍，根據(jù)電阻定律R分析可知，電阻變?yōu)樵瓉淼?6倍，又電壓變?yōu)?U0，根據(jù)歐姆定律I可知，電流變?yōu)?，A正確，B錯誤；根據(jù)電流的微觀表達式InevS，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)?，C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VlS可知l與S成反比。(3)在、l、S都確定之后，應用電阻定律R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可知，導體的電阻與長度l、電阻率成正比，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籇電阻率大的導體，電阻一定很大解析：選AC根據(jù)電阻定律可知，導體的電阻與長度l、電阻率成正比，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(zhì)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(jù)公式R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ab2bc，當A與B之間接入的電壓為U14 V時，電流為1 A，若C與D間接入的電壓為U28 V時，下列說法正確的是()A當CD間接入電壓為U28 V時，電阻為1 B當CD間接入電壓為U28 V時，電阻為4 C當CD間接入電壓為U28 V時，電流為2 AD當CD間接入電壓為U28 V時，電流為8 A解析：選AD設ab2bc2x，厚度為y，則當A與B之間接入的電壓為U14 V時，電阻R1，此時的電阻R1 4 ；若C與D間接入的電壓為U28 V時，R2R11 ，電流I2 A8 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(shù)，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45，由此得出()A歐姆定律適用于該元件B電阻R0.5 C因IU圖像的斜率表示電阻的倒數(shù)，故RD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(shù)等于電阻R，由數(shù)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(jù)直線傾角的正切的倒數(shù)求解。由圖讀出電壓為U6 V時的電流，由qIt求解每秒內(nèi)通過電阻的電荷量。解析根據(jù)數(shù)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(jù)電阻的定義式R，得R 2 ，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(jù)圖像與橫軸的夾角求電阻，故C錯誤；由題圖知，當U6 V時，I3 A，則每秒通過電阻橫截面的電荷量是qIt31 C3.0 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(shù)，而不等于該點切線斜率的倒數(shù)。(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R2B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(shù)表示電阻大小，即斜率越大，電阻越小，故R1<R2，A錯誤；若兩電阻串聯(lián)在電路中，通過兩電阻的電流相等，由于IR1<IR2，所以R1兩端電壓小于R2兩端電壓，根據(jù)PI2R可知R1消耗的功率小于R2消耗的功率，B錯誤，C正確；若兩電阻并聯(lián)在電路中，兩電阻兩端的電壓相等，根據(jù)I可知R1的電流大于R2的電流，D正確。2.多選我國已經(jīng)于2012年10月1日起禁止銷售100 W及以上的白熾燈，以后將逐步淘汰白熾燈。假設某同學研究白熾燈得到某白熾燈的UI圖像如圖所示。圖像上A點與原點的連線與橫軸成角，A點的切線與橫軸成角，則()A白熾燈的電阻隨電壓的增大而減小B在A點，白熾燈的電阻可表示為tan C在A點，白熾燈的電功率可表示為U0I0D在A點，白熾燈的電阻可表示為解析：選CD白熾燈的電阻隨電壓的增大而增大，A錯誤；在A點，白熾燈的電阻可表示為，不能表示為tan 或tan ，故B錯誤，D正確；在A點，白熾燈的功率可表示為U0I0，C正確。3多選(2019石家莊月考)如圖甲所示的電路中，a、b、c是三個完全相同的燈泡，已知燈泡的伏安特性曲線如圖乙所示，已知圖線過點(0.4,0.125)，閉合開關后流過電源的電流為0.25 A，則下列說法正確的是()A燈泡a兩端的電壓為b兩端電壓的2倍B燈泡a的功率為0.75 WC燈泡b的阻值為12 D燈泡a、b的功率之比為151解析：選BD燈泡b和c并聯(lián)后與a串聯(lián)，b和c的電壓相同，則電流也相同，a的電流為b電流的2倍，由于燈泡是非線性元件，所以a兩端的電壓不是b兩端電壓的2倍，故A錯誤；b的電流為0.125 A，由題圖可知此時b的電壓為0.4 V，根據(jù)歐姆定律可知b的電阻Rb 3.2 ，故C錯誤；根據(jù)PUI可知a消耗的功率P10.253 W0.75 W，b消耗的功率P20.1250.4 W0.05 W，所以a、b消耗的功率的比值為151，故B、D正確。突破點(四)電功、電功率及焦耳定律純電阻電路與非純電阻電路的比較純電阻電路非純電阻電路實例白熾燈、電爐、電飯鍋、電熱毯、電熨斗及轉子被卡住的電動機等電動機、電解槽、日光燈等電功與電熱WUIt，QI2RttWQWUIt，QI2RtW>Q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U10.3 V的電路中時，電動機不轉，測得流過電動機的電流為I10.6 A；若把電動機接入U23.0 V的電路中時，電動機正常工作，工作電流是I21.0 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(nèi)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I21.0 A，此時發(fā)熱功率由P計算。解析(1)當U10.3 V，I10.6 A時，電動機不轉，此時電動機為純電阻，故電動機的內(nèi)電阻為r0.5 。當U23.0 V，I21.0 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U2I2I22r2.5 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、WUIt、QI2Rt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(diào)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()AP13P2BP1P2CP13P2 DP13P2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P13IU，P2IU，則P13P2，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(jīng)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 B電動機的電阻約為403 C當電吹風吹熱風時，電熱絲每秒鐘消耗的電能為120 JD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PP熱P冷1 000 W120 W880 W，由P可知R 55 ，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 403 ，故B錯誤；當電吹風吹熱風時，電熱絲每秒鐘消耗的電能為WPt8801 J880 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(diào)、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(nèi)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 ，洗衣機電動機線圈的電阻為440 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 WC1 min內(nèi)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 JD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R144 ，P1UI11 100 W，其在1 min內(nèi)消耗的電能 W1UI1t6.6104 J，洗衣機為非純電阻元件，所以R2，P2UI2110 W，其在1 min 內(nèi)消耗的電能 W2UI2t6.6103 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 B充滿電后最長工作時間為2 hC電池充滿電后總電荷量為7.2104 CD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(jù)題給條件無法求出其電阻，故A錯誤；根據(jù)PUI可知，額定電流應該為I A2 A，機器人的鋰電池容量為20 Ah，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qIt203 600 C7.2104 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(shù)，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 WA電動機的輸入功率為576 WB電動機的內(nèi)電阻為4 C該車獲得的牽引力為104 ND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UI4812 W576 W，A正確；電動機的發(fā)熱功率為QI2rP入P出，代入數(shù)據(jù)解得：r1.6 ，B錯誤；由v大20 km/h m/s，根據(jù)P出Fv大解得F63 N，且當該車速度最大時，F(xiàn)f63 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。