高考物理人教版选修3-1 7.1《电流、电阻、电功及电功率》课件

欢迎进入物理课堂 1 知道电流 电动势和内阻的概念 了解恒定电流的概念和产生 2 掌握欧姆定律的内容和应用 会应用串 并联电路的规律进行有关计算 3 掌握电功和电功率的概念 知道焦耳定律的内容和应用 4 了解电表的原理和改装 会使用多用电表 5 理解闭合电路的欧姆定律 知道电阻定律 6 会测量电源的电动势和内阻 近年来高考考查的侧重点往往是结合生活实际 综合应用欧姆定律 功率公式和能量守恒定律来解决问题 常考的知识点有电阻串 并 联规律 部分电路欧姆定律 闭合电路欧姆定律 温度对电阻率的影响 电路的动态过程分析及故障判断等 这章知识单独出的计算题很少 主要以选择题的形式出现 当然重点是对实验的考查 本章知识还经常与后面的电磁感应相结合 出综合性的题目 1 导体中的电场和电流 1 导线中的电场 由等电路元件所积累的电荷共同形成 导线与电源连通后 导线内很快形成沿方向的恒定电场 导线中恒定电场的基本性质与相同 电源 导线 电流 静电场 2 电流 形成电流的条件 在一闭合电路中 要使电路中保持持续电流 必须具有把电子从搬运到低电势 或将正电荷从低电势搬运到高电势 的装置 恒定电流 与都不随时间变化的电流 计算式 I 高电势 大小 方向 2 电动势 1 非静电力 根据电场知识可知 静电力不可能使电流从低电势流向高电势 因此电源内部必然存在着从指向的非静电力 从能量转化的角度看 电源是通过非静电力做功 把其他形式的能转化为的装置 3 物理意义 反映电源把转化为本领的大小 在数值上等于非静电力把1C的正电荷在电源内部从负极送到正极所做的功 正极 负极 电荷量 电势能 其他形式的能 电势能 3 电功 电热 电功率 1 电功在电路中 导体中的自由电荷在电场力作用下发生定向移动而形成 在此过程中电场力对自由电荷做功 在一段电路中电场力所做的功 用W 来计算 2 电功率 单位时间内电流所做的功 P 3 电热 电流流过导体产生的热量 由焦耳定律来计算 公式为 Q 4 热功率 单位时间内的发热量 表达式为P 电流 UIt I2Rt I2R 4 电阻 电阻率 1 电阻 同种材料的导体 其电阻与它的成正比 与它的成反比 导体的电阻还与构成它的材料及温度有关 R 2 电阻率 上式中的比例系数 与导体的有关 是表征材料性质的重要物理量 数值上等于长度为1m 截面积为1m2的导体的电阻值 技巧提示 金属导体的电阻率随温度升高而变大 半导体的电阻率随温度升高而减小 长度 横截面积 材料 考点一电流的微观本质1 决定因素设导体中的自由电荷沿导体定向移动的速率为v 导体每单位体积内的自由电荷数为n 每个自由电荷的电荷量为q 导体横截面积为S 则I nqSv 由此可见 从微观上看 电流除决定于导体中单位体积内的自由电荷数 电荷量 定向移动速度外 还与导体的横截面积有关 2 三种速率I nvSq中的v是电荷定向移动的速度 非常小 约为10 5m s 而电荷无规律热运动的速度很大 约为105m s 电路中 合上开关 远处的电灯几乎同时亮 所用时间极短 这是由电场的传播速度决定的 此速度等于光速3 108m s 技巧提示 1 q It中 当异种电荷反向通过某一横截面时 不能相互抵消 而是q q1 q2 2 电流虽然有大小 方向 但电流是标量 因为这里的方向仅表示流向 案例1 如图所示在某种带有一价离子的水溶液中 正负离子在定向移动 方向如图 如果测得2s内分别有1 0 1018个正离子和1 0 1018个负离子通过溶液内部的横截面M 试问 溶液中电流的方向如何 电流多大 解析 水溶液导电是靠自由移动的正负离子 它们在电场力的作用下向相反方向定向移动 电学中规定 电流的方向为正电荷定向移动的方向 所以溶液中电流的方向与正离子定向移动的方向相同 即由A指向B 每个离子的电荷量是e 1 6 10 19C 该水溶液导电时负电荷由B向A运动 负离子的定向移动可以等效看做是正离子反方向的定向移动 所以 一定时间内通过横截面的电荷量应该是正负两种离子电荷量的绝对值之和 答案 溶液中电流方向由A指向B0 16A 即时巩固1 有甲 乙两种导体 甲的横截面积是乙的2倍 而单位时间内通过乙导体横截面的电荷量是甲的2倍 以下说法中正确的是 A 甲 乙两导体的电流强度相同B 乙导体的电流是甲导体的2倍C 乙导体中自由电荷定向移动的速度是甲导体的2倍D 甲 乙两导体中自由电荷定向移动的速度大小相等 答案 B 3 应用电阻定律解题时 若温度变化 应注意电阻率 随温度而发生变化 由此引起电阻变化 例如 用欧姆表测出的白炽灯泡灯丝的电阻比灯泡正常工作时灯丝的电阻小很多 因为用欧姆表测灯泡的电阻时灯丝的温度较低 而灯泡正常工作时灯丝的温度较高 金属的电阻率随温度的升高而增大 2 R U I与R l S的比较 案例2 两根完全相同的金属导线 如果把其中的一根均匀拉长到原来的4倍 把另一根导线对折后绞合起来 则它们的电阻之比是多少 答案 64 1 答案 C 考点三电功与电热的关系电功是电能转化为其他形式能量的量度 即电功表示电流通过导体时转化为其他形式能量的电能的多少 电热表示的是电流通过导体时转化为内能的电能 即电热是电能转化为内能的量度 因此 计算电功时用公式W IUt进行计算 计算电热时用公式Q I2Rt进行计算 技巧提示 不要认为有电动机的电路一定是非纯电阻电路 这种电路在电动机不转动时仍为纯电阻电路 欧姆定律仍然适用 从能量转化的角度看 电功与电热的数量关系是W Q 即UIt I2Rt 具体地说 2 非纯电阻电路 如含有电动机 电解槽等的电路 电流做功除将电能转化为内能外 还转化为机械能 化学能等 此时有W Q 即IUt I2Rt 显然U IR 因此 在这种情况下 电功W只能用公式W IUt进行计算 电热Q只能用公式Q I2Rt进行计算 总之 从能量的转化与守恒可以看出 电功是转化为其他各种形式能量的电能总和 而电热仅是转化为内能的电能 可见二者不同 案例3 有一个小型直流电动机 把它接入电压为U1 0 2V的电路中时 电动机不转 测得流过电动机的电流是I1 0 4A 若把电动机接入U2 2 0V的电路中 电动机正常工作 工作电流是I2 1 0A 求电动机正常工作时的输出功率多大 如果在电动机正常工作时 转子突然被卡住 此时电动机的发热功率是多大 U2 2 0V时 电动机正常工作 此时电动机为非纯电阻 则由电功率与热功率各自的定义式得 P电 U2I2 2 1W 2W P热 I22r 12 0 5W 0 5W 所以由能量守恒 电动机的输出功率P出 P电 P热 2W 0 5W 1 5W 答案 1 5W8W 技巧点拨 对于非纯电阻电路 欧姆定律已不成立 电功 电热 电功率 热功率要分别用不同的公式进行计算 即时巩固3 如图所示的电路中 输入电压U恒为12V 灯泡L上标有 6V 12W 字样 电动机线圈的电阻RM 0 50 若灯泡恰能正常发光 以下说法中正确的是 A 电动机的输入功率为12WB 电动机的输出功率为12WC 电动机的热功率为2 0WD 整个电路消耗的电功率为22W 答案 A C 考点四几种常见功率额定功率 用电器长期正常工作时的最大功率 也就是用电器加上额定电压 或通以额定电流 时消耗的电功率 实际功率 用电器在实际工作时消耗的功率 为了使用电器不被烧毁 要求实际功率不能大于其额定功率 电源功率 EI是电源总功率 与电流成正比 输出功率 UI是路端电压与电流的乘积 与U I两者有关 内耗功率 I2r是电源内部电阻消耗的功率 r一定时其与I2成正比 案例4 在如图所示电路中 E为电源 其电动势E 9 0V 内阻可忽略不计 AB为滑动变阻器 其电阻R 30 L为一小灯泡 其额定电压U 6 0V 额定功率P 1 8W S为开关 开始时滑动变阻器的触头位于B端 现在接通开关S 然后将触头缓慢地向A方滑动 当到达某一位置C处时 小灯泡刚好正常发光 则CB之间的电阻应为 A 10 B 20 C 15 D 5 答案 B 技巧点拨 1 用电器正常工作的条件 用电器两端的实际电压等于其额定电压 用电器中的实际电流等于其额定电流 用电器的实际功率等于其额定功率 由于以上三个条件中的任何一个得到满足时 其余两个条件必同时满足 因此它们是用电器正常工作的等效条件 灵活选用等效条件 往往能够简化解题过程 2 用电器接入电路时的规定 纯电阻用电器接入电路中 若无特别说明 应认为其电阻不变 用电器的实际功率超过其额定功率时 认为它将被烧毁 不考虑其安全事故 没有注明额定值的用电器 如用于限流的变阻器等 接入电路时 认为其工作的物理量均小于其额定值 能安全使用 即时巩固4 一白炽灯泡的额定功率与额定电压分别为36W与36V 若把此灯泡接到输出电压为18V的电源两端 则灯泡消耗的电功率 A 等于36WB 小于36W 大于9WC 等于9WD 小于36W 答案 B 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全