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《课堂新坐标》2014届高考物理一轮复习配套word版文档:第七章 第1讲 电流、电阻、电功及电功率

时间:2013-08-25















考 纲 要 求 1.欧姆定律Ⅱ 2.电阻定律Ⅰ 3.电阻的串联、 并联Ⅰ 4.电源的电动势 和内阻Ⅱ 5.闭合电路的欧 姆定律Ⅱ 6.电功率、焦耳 定律Ⅰ 实验七:测定金 属的电阻率 实验八:描绘小 电珠的伏安特性 曲线 实验九:测定电 源的电动势和内 阻 ★★★ ★★ ★★ ★★★ ★★★★★ ★★★★

高考频度



考 指 导

实验十:练习使 用多用电表

1.掌握电路基本 概念,会用欧姆 定律、 电阻定律、 焦耳定律分析问 题.

2.掌握闭合电路 欧姆定律,能够 结合串、并联电 路的特点分析问 题,会分析电路 动态变化问题. 3.掌握各种电学 仪器的使用、电 学各实验的方法 和原理,能够设 计电路、连接电

路、分析电路故 障, 能够用表格、 图象等分析实验 数据.

第1讲

电流

电阻

电功及电功率

(对应学生用书第 109 页)

电 流 1.定义:电荷的定向移动形成电流. 2.方向:规定为正电荷定向移动的方向.

?定义式:I= t ? U 3.三个公式:? 决定式:I= R ? ?微观式:I=nqSv
Q

错误!

【针对训练】 1.如图 7-1-1 所示,一根截面积为 S 的均匀长直橡胶棒上均匀带有负电荷,每米电 荷量为 q,当此棒沿轴线方向做速度为 v 的匀速直线运动时,由于棒运动而形成的等效电流 大小为( )

图 7-1-1 qv q A.vq B.v C.qvS D. S 【解析】 由于橡胶棒均匀带电,故时间 t 内定向移动的电荷量为 qvt;根据电流定义 Q 式 I= ,可以确定 A 正确. t 【答案】 A 电阻和电阻率 1.电阻 U (1)定义式:R= . I l (2)电阻定律:R=ρ . S

2.电阻率 (1)物理意义:反映导体导电性能的物理量,是导体材料本身的属性. (2)电阻率与温度的关系 ①金属的电阻率随温度升高而增大. ②半导体的电阻率随温度升高而减小. ③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减小为零成为超导体.

错误!

【针对训练】 2.下列说法中正确的是( ) A.每种金属都有确定的电阻率,电阻率不随温度变化 B.导线越细越长,其电阻率也越大 C.一般金属的电阻率,都随温度升高而增大 D.测电阻率时,为了提高精度,通过导线的电流要足够大,而且要等到稳定一段时间 后才可读数 【解析】 由于金属的电阻率随温度的升高而增大,故 A 错误,C 正确.电阻率与导 线的长度无关,B 错误.测电阻率时,若电流过大,会使被测电阻温度升高,影响测量结果, 故 D 错误. 【答案】 C 电功和电功率 1.电功 (1)公式:W=IUt. (2)适用条件:适用于任何电路. (3)实质:电能转化为其他形式的能的过程. 2.电功率 (1)公式:P=IU. (2)适用条件:适用于任何电路. 3.电热 Q=I2Rt(焦耳定律). 4.电热功率 P=I2R.

(1)计算时,首先要区分电路是否为纯电阻电路,恰当地选取功率表达式;其次要分清 计算的是电功还是电热. (2)在应用公式进行计算时,由于公式较多容易混淆,但是在计算电功率时要应用 P 电= UI;计算热功率时要应用 P 热=I2R 来计算.

【针对训练】 3.(2012· 宝鸡二模)小亮家有一台电风扇,内阻为 20 Ω,额定电压为 220 V,额定功率 为 66 W,将它接上 220 V 电源后,发现因扇叶被东西卡住不能转动.则此时电风扇消耗的 功率为( )

A.66 W B.2 420 W C.11 W D.不确定 【解析】 当扇叶被东西卡住不能转动时,电路为纯电阻电路,所以电风扇消耗的功率 U2 也就是热功率.P= =2 420 W.B 对. R 【答案】 B

(对应学生用书第 110 页)

电流三公式的比较和应用 公式 定 义 式 I= Q t 一切 电路 Q:(1)是通过整个 导体横截面的电 荷量, 不是单位面 积上电荷量 适用 范围 字母含义 公式含义

(2)当异种电荷反 Q 反映了 I 的大 t 向通过某截面时, 所形成的电流是 小,但不能说 I∝ 1 同向的, 应是 Q= Q,I∝ t |Q1|+|Q2| 微 观 式 I= n:导体单位体积 一切 nqSv 电路 内的自由电荷数 q:每个自由电荷 的电荷量 S:导体横截面积 从微观上看 n、q、 v:定向移动的速 S、 决定了 I 的大 v 率 小 续表 公式 决 定 式 电解液 R:导体本身的电阻 U R U:导体两端的电压 I= 1 I 由 U、R 决定 I∝U,I∝ R 金属 适用 范围 字母含义 公式含义

图 7-1-2 如图 7-1-2 是静电除尘器示意图,A 接高压电源的正极,B 接高压电源的负极,A、B 之间有很强的电场,空气被电离为电子和正离子,电子奔向正极 A 的过程中,遇到烟气中 的煤粉,使煤粉带负电,吸附到正极 A 上,排出的烟就成为清洁的了.已知每千克煤粉会 吸附 n mol 电子,每昼夜能除 m kg,计算高压电源的电流 I(电子电荷量设为 e,阿伏加德罗 常数为 NA,一昼夜时间为 t). 【审题视点】 (1)除尘器中电子和正离子同时向相反方向定向移动形成电流. (2)煤粉吸附的电荷量为定向移动总电荷量的一半. 【解析】 由于电离出的气体中的电子和正离子同时导电, 则流过电源的电荷量 q 跟煤 粉吸附的电荷量 q′的关系是: q q′= 2 而 q′=mnNAe q 2q′ 2mnNAe 所以 I= = = . t t t 2mnNAe 【答案】 t 【即学即用】 1.某电解池,如果在 1 秒钟内共有 5.0×1018 个二价正离子和 1.0×1019 个一价负离子 通过某横截面,那么通过这个横截面的电流是( ) A.0 A B.0.8 A C.1.6 A D.3.2 A - 【解析】 通过横截面的正离子的电荷量 q1=1.6×10 19×2×5.0×1018 C.通过横截面 q - 的负离子的电荷量 q2=-1.6×10 19×1.0×1019 C,则 q=|q1|+|q2|=3.2 C,根据 I= 得 I= t 3.2 A,故 D 正确. 【答案】 D 电阻、电阻率的理解和应用 1.电阻与电阻率的区别 (1)电阻是反映导体对电流阻碍作用大小的物理量,电阻大的导体对电流的阻碍作用 大.电阻率是反映制作导体的材料导电性能好坏的物理量,电阻率小的材料导电性能好. (2)导体的电阻大,导体材料的导电性能不一定差;导体的电阻率小,电阻不一定小, 即电阻率小的导体对电流的阻碍作用不一定小. (3)导体的电阻、电阻率均与温度有关. 2.电阻的决定式和定义式的比较 l U 公式 R=ρ R= S I 区别 电阻的决定式 电阻的定义式 提供了一种测定电阻的方法,并不说明 说明了电阻的决定因素 电阻与 U 和 I 有关 只适用于粗细均匀的金属导体和浓度均 适用于任何纯电阻导体 匀的电解液 如图 7-1-3 甲为一测量电解液电阻率的玻璃容器,P、Q 为电极,设 a=1 m,

b=0.2 m,c=0.1 m,当里面注满某电解液,且 P、Q 间加上电压后,其 U-I 图线如图乙所 示,当 U=10 V 时,求电解液的电阻率 ρ 是多少?

图 7-1-3 【审题视点】 (1)在 P、Q 间加电压,导体长为 a,横截面积为 S=bc. U - (2)由 U-I 图象知,U=10 V 时,I=5×10 3 A.根据 R= 可以确定此时的电阻值. I 【解析】 由题图乙可求得 U=10 V 时,电解液的电阻为 U 10 R= = Ω=2 000 Ω I 5×10-3 由题图甲可知电解液长为 l=a=1 m 截面积为 S=bc=0.02 m2 l 结合电阻定律 R=ρ 得 S RS 2 000×0.02 ρ= = Ω·m=40 Ω·m. l 1 【答案】 40 Ω·m

U L (1)公式 R= 是电阻的定义式,而 R=ρ 是电阻的决定式,在温度一定的条件下,导体 I S 的电阻大小由长度、截面积及材料决定,一旦导体给定,即使它两端的电压 U=0,它的电 阻仍然存在.若考虑温度,导体的电阻率会随着温度的变化而变化. (2)U-I 图线是直线时,斜率等于电阻;若为曲线,电阻跟曲线的斜率无关,只能依据 曲线对应的点的坐标来计算得出. 【即学即用】 2.

图 7-1-4 (2012· 广州调研)电位器是变阻器的一种.如图 7-1-4 所示,如果把电位器与灯泡串联 起来,利用它改变灯的亮度,下列说法正确的是( ) A.连接 A、B 使滑动触头顺时针转动,灯泡变亮 B.连接 A、C 使滑动触头逆时针转动,灯泡变亮 C.连接 A、C 使滑动触头顺时针转动,灯泡变暗 D.连接 B、C 使滑动触头顺时针转动,灯泡变亮 【解析】 根据电位器结构和连线可知:连接 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 错误;同理,D 正确;连接 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. 【答案】 D 电功和电热的计算 1.电功与电热的比较 纯电阻电路 非纯电阻电路 常用电器 白炽灯、电烙铁、电炉等 电动机、电风扇、电解槽等

电功与电 热的关系 电功等于电热 W=Q=UIt=I2Rt U2 = t R 电功:W=UIt

电热:Q=I2Rt 电功大于电热 W>Q 2.电功率与热功率的比较 U2 (1)在纯电阻电路中,电功率等于热功率,即 P=UI=I R= . R (2)在非纯电阻电路中,电功率包含热功率,P=UI 为电功率,P′=I2R 为热功率,有 P >P′.
2

图 7-1-5 如图 7-1-5 所示,在一幢居民楼里有各种不同的用电器,如电灯、电视机、洗衣机、 微波炉、排油烟机等.停电时,用多用电表测得 A、B 间的电阻为 R;供电后,设各家用电 器全都同时使用时,测得 A、B 间电压为 U,进线电流为 I;经过一段时间 t,从总电能表中 测得这段时间内消耗的电能为 W,则下列表达式用来计算该幢楼居民用电的总功率,其中 正确的是( ) U2 2 A.P=I R B.P= R W C.P=IU D.P= t 【审题视点】 (1)由于该电路中除电灯外,还有电视机、洗衣机等.故该电路为非纯 电阻电路. (2)电功、电功率的计算公式较多,而不同的用电器、不同的电路,需要选择不同的公 式. W 【解析】 电路消耗的电功率的计算公式 P=UI、P= 是普遍适用的,而 A、B 两选 t 项中公式只适用于纯电阻电路,而电视机、洗衣机、微波炉和排油烟机都不是纯电阻,所以 选项 A、B 错误,正确选项为 C、D. 【答案】 CD 【即学即用】 3.

图 7-1-6 (2012· 银川模拟)如图 7-1-6 所示,用输出电压为 1.4 V,输出电流为 100 mA 的充电 器对内阻为 2 Ω 的镍—氢电池充电.下列说法错误的是( ) A.电能转化为化学能的功率为 0.12 W B.充电器输出的电功率为 0.14 W C.充电时,电池消耗的热功率为 0.02 W D.电能转化为化学能的功率为 0.14 W 【解析】 充电器对电池的充电功率为 P 总=UI=0.14 W,电池充电时的热功率为 P 热 =I2r=0.02 W,所以转化为化学能的功率为 P 化=P 总-P 热=0.12 W,故 A、B、C 正确,D

错误. 【答案】 D

(对应学生用书第 112 页)

应用电阻定律求解输电线问题 1.一般解题步骤 (1)分析题意画出等效电路图,确定已知条件.如电阻、输电线长度等. (2)根据欧姆定律、电阻定律等规律列出方程. (3)对列出的方程进行分析,找出最简单的解法,如采用比例法等. (4)求解方程,并分析计算结果的合理性. 2.应注意的问题: (1)输电线问题中,输电线的长度等于两地距离的二倍. (2)注意区分是短路故障还是断路故障,有时还出现漏电故障,漏电处相当于一个电阻. 如图 7-1-7 所示, 在相距 40 km 的 A、 两地架两条输电线, B 电阻共为 800 Ω, 如果在 A、 间的某处发生短路, B 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?

图 7-1-7 【潜点探究】 (1)导线长度是两地距离的 2 倍. (2)短路处相当于两地两输电线在此直接相连构成回路. (3)由欧姆定律计算输电线电阻,由电阻定律确定短路处与 A 处距离. 【规范解答】 设发生短路处距离 A 处为 x,据题意知, A、B 两地间的距离 l=40 km 电压表的示数 U=10 V 电流表的示数 - I=40 mA=4.0×10 2 A R 总=800 Ω U 根据欧姆定律 I= 可得: R A 端到短路处的两根输电线的电阻 U 10 Rx= = Ω=250 Ω① I 4.0×10-2 根据电阻定律可知: 2x Rx=ρ ② S A、B 两地间输电线的电阻为 2l R 总=ρ ③ S 由②/③得 Rx x = ④ R总 t

Rx 250 解得 x= l= ×40 km=12.5 km. R总 800 【答案】 12.5 km 【即学即用】 4.一根阻值为 R 的均匀电阻丝,长为 L,横截面积为 S,设温度不变,则在下列情况 下其电阻值仍为 R 的是( ) A.当 L 不变,S 增大一倍时 B.当 S 不变,L 增大一倍时 1 C.L 和 S 都缩小为原来的 2 D.当 L 和横截面的半径都增大一倍时 L 1 【解析】 根据电阻定律 R=ρ 知,当 L 不变,S 增大一倍时,电阻减小为 R;当 S 不 S 2 1 变 L 增大一倍时,电阻增大为 2R;当 L 和 S 都缩小为原来的 时,电阻不变;当半径增大一 2 倍时,S 增大为原来的 4 倍,可见 C 正确. 【答案】 C

(对应学生用书第 112 页)

●电流微观表达式的应用 1.(2012· 陕西师大附中模拟)有一横截面积为 S 的铜导线,流经其中的电流为 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 q.此时电子的定向移动速度为 v,在 Δt 时间内,通过导线横截面的自由电子数目可表示为( ) A.nvS B.nvΔt IΔt IΔt C. D. q Sq 【解析】 根据电流的定义式可知,在 Δt 内通过导线横截面的电荷量 Q=IΔt,所以在 Q IΔt 这段时间内通过的自由电子数为 N= = ,所以 C 项正确,D 项错. q q

由于自由电子定向移动的速度是 v,因此在时间 Δt 内,位于以横截面 S、长 l=vΔt 的 这段导线内的自由电子都能通过横截面(如图所示).这段导线的体积 V=Sl=SvΔt,所以 Δt 内通过横截面 S 的自由电子数为 N=nV=nSvΔt.选项 A、B 均错. 【答案】 C ●电流、电功的计算 2.(2011· 全国高考)通常一次闪电过程历时约 0.2~0.3 s,它由若干个相继发生的闪击构 成.每个闪击持续时间仅 40~80 μs,电荷转移主要发生在第一个闪击过程中.在某一次闪 电前云地之间的电势差约为 1.0×109 V,云地间距离约为 1 km;第一个闪击过程中云地间 转移的电荷量约为 6 C,闪击持续时间约为 60 μs.假定闪电前云地间的电场是均匀的.根据 以上数据,下列判断正确的是( ) A.闪电电流的瞬时值可达到 1×105 A B.整个闪电过程的平均功率约为 1×1014 W C.闪电前云地间的电场强度约为 1×106 V/m

D.整个闪电过程向外释放的能量约为 6×106 J Q 6 5 【解析】 由电流的定义式 I= 知 I= - =1×10 (A),A 正确;整个过程的平均 t 60×10 6 9 9 W qU 6×1.0×10 U 1.0×10 功率 P= = = =3×1010(W)(t 代 0.2 或 0.3),B 错误;由 E= = 3 = t t 0.2 d 1×10 6 1×10 (V/m),C 正确;整个闪电过程向外释放的能量为电场力做的功 W=qU=6×109J,D 错. 【答案】 AC ●电功和电功率的应用 3.(2012· 咸阳一模)功率为 10 W 的发光二极管(LED 灯)的亮度与功率为 60 W 的白炽灯 相当.根据国家节能战略,2016 年前普通白炽灯应被淘汰.假设每户家庭有 2 只 60 W 的 白炽灯,均用 10 W 的 LED 灯替代,估算出全国一年节省的电能最接近( ) A.8×108 kW· B.8×1010 kW· h h C.8×1011 kW· D.8×1013 kW· h h - 【解析】 按每户一天亮灯 5 小时计算,每户一年节省的电能为(2×60-2×10)×10 3 ×5×365 kW· h=182.5 kW· h,假设全国共有 4 亿户家庭,则全国一年节省的电能为 8 182.5×4×10 kW· h=7.3×1010 kW· h,最接近于 B 选项. 【答案】 B ●含电动机电路中功率的计算 4.(2012· 烟台模拟)如图 7-1-8 所示,电路中的电阻 R=10 Ω,电动机的线圈电阻 r =1 Ω,加在电路两端的电压 U=100 V.已知电流表读数为 30 A,则通过电动机线圈的电 流为多少?电动机输出功率为多少?

图 7-1-8 U 【解析】 R 中的电流 I1= =10 A, R 电动机中的电流 I2=I-I1=20 A, 输入功率 P=I2U=2×103 W, 电热功率 P 热=I2r2=400 W, 输出功率 P 出=P-P 热=1 600 W=1.6 kW. 【答案】 20 A 1.6 kW


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