2020高考物理一轮复习 第八章 第1讲 电流 电阻 电功及电功率学案（含解析）.doc

第1讲电流电阻电功及电功率主干梳理 对点激活知识点电流欧姆定律1电流(1)形成电流的条件导体中有能够自由移动的电荷。导体两端存在电压。(2)电流的方向与正电荷定向移动的方向相同，与负电荷定向移动的方向相反。电流虽然有方向，但它是标量。(3)定义式：I。(4)微观表达式：InqSv。(5)单位：安培(安)，符号A,1 A1 C/s。2欧姆定律(1)内容：导体中的电流I跟导体两端的电压U成正比，跟导体的电阻R成反比。(2)公式：I。(3)适用条件：适用于金属导电和电解液导电，适用于纯电阻电路。(4)伏安特性曲线定义：在直角坐标系中，用纵轴表示电流I，用横轴表示电压U，画出IU的关系图象，叫做导体的伏安特性曲线。线性元件：伏安特性曲线是通过坐标原点的直线，这样的电学元件叫做线性元件。如图甲所示。非线性元件：伏安特性曲线不是直线的电学元件叫做非线性元件。如图乙所示。知识点电阻定律1电阻定律(1)内容：同种材料的导体，其电阻R与它的长度l成正比，与它的横截面积S成反比；导体电阻还与构成它的材料有关。(2)公式：R。(3)适用条件：粗细均匀的金属导体或浓度均匀的电解液。2电阻率(1)计算公式：。(2)物理意义：电阻率是反映材料导电性能优劣的物理量。温度一定时，某种材料的电阻率由这种材料的性质决定，与导体的大小、形状无关。(3)电阻率与温度的关系金属导体：电阻率随温度升高而增大。半导体：电阻率随温度升高而减小。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变为零，成为超导体。一些合金：电阻率几乎不受温度的影响。知识点电功率、焦耳定律1电功(1)定义：电流做的功。(2)公式：WqUIUt(适用于任何电路)。(3)单位：国际单位是焦耳(J)，常用单位是度(kWh)，1 kWh3.6106 J。(4)电流做功的实质：导体中的恒定电场对自由电荷的静电力在做功。电流做功的过程就是电荷的电势能转化成其他形式的能的过程。2电功率(1)定义：单位时间内电流做的功叫做电功率。(2)公式：PUI(适用于任何电路)。(3)单位：国际单位是瓦特，简称瓦(W)，常用单位是千瓦(kW)，1 kW103 W。(4)额定功率和实际功率用电器正常工作条件下所加的电压叫做额定电压，额定电压下消耗的功率是额定功率，即P额I额U额。实际功率是指用电器在实际电压下消耗的功率，即P实I实U实，P实不一定等于P额，若U实U额，则P实P额，用电器可能被烧毁。3焦耳定律(1)内容：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻及通电时间成正比。(2)公式：QI2Rt。4热功率(1)定义：单位时间内的发热量通常称为热功率。(2)公式：PI2R。(3)单位：国际单位是瓦特，简称瓦(W)。一 思维辨析1电流是矢量，电荷定向移动的方向为电流的方向。()2由R可知，导体的电阻与导体两端电压成正比，与流过导体的电流成反比。()3由知，导体的电阻率与导体的电阻和横截面积的乘积成正比，与导体的长度成反比。()4公式WUIt适用于任何电路求电功。()5公式QI2Rt只适用于纯电阻电路求电热。()6电流I随时间t变化的图象与横轴所围面积表示通过导体横截面的电量。()答案1.2.3.4.5.6.二 对点激活1(人教版选修31P43T3改编)安培提出了著名的分子电流假说，根据这一假说，电子绕核运动可等效为一环形电流。设电荷量为e的电子以速率v绕原子核沿顺时针方向做半径为r的匀速圆周运动，关于该环形电流的说法，正确的是()A电流大小为，电流方向为顺时针B电流大小为，电流方向为顺时针C电流大小为，电流方向为逆时针D电流大小为，电流方向为逆时针答案C解析电子做圆周运动的周期T，由I得I，电流的方向与电子运动方向相反，故为逆时针。2(人教版选修31P47说一说改编)如图所示，是某晶体二极管的伏安特性曲线，下列说法正确的是()A加正向电压时，二极管电阻较小，且随着电压的增大而增大B加反向电压时，二极管电阻较大，无论加多大电压，电流都很小 C无论是加正向电压还是加反向电压，电压和电流都不成正比，所以二极管是非线性元件D二极管加正向电压时，电流随电压变化是一条直线答案C解析由图知加正向电压时，二极管电阻较小，但随电压增大电阻变小，A错误。加反向电压时，二极管电阻较大，当反向电压达到一定值，二极管会被击穿，电流会变大，故B错误。二极管加正向电压时，电流随电压变化是一条曲线，D错误，故正确选项为C。3. (人教版选修31P55T3改编)四盏灯泡接成如图所示的电路。a、c灯泡的规格为“220 V40 W”，b、d灯泡的规格为“220 V100 W”，各个灯泡的实际功率分别为Pa、Pb、Pc、Pd且都没有超过它的额定功率。则这四盏灯泡实际消耗功率大小关系是()APaPcPbPdCPaPcPbPd DPaPcRbRd，故RabRcd，由串联电路的特点可知UabUcd，又因为UaUb，UcUd，故PaPb，PcPd，PaPc，PbPd，所以PaPcn2时，电流方向从AB，电流IC当n1Re。在图乙中，图线上的点与O点连线的斜率表示电阻倒数的大小，斜率越大，电阻越小，RdRf。(3)随着I增大，图线b上对应的点与O点连线的斜率变小，电阻变小；随着U的增大，图线c上对应的点与O点连线的斜率变大，电阻变小。注意：曲线上某点切线的斜率不是电阻或电阻的倒数。根据R，电阻为图线上的点和原点连线的斜率或斜率的倒数。例2 (多选)如图所示是电阻R的IU 图象，图中45，由此得出()A通过电阻的电流与两端电压成正比B电阻R0.5 C因IU图象的斜率表示电阻的倒数，故R1.0 D在R两端加上6.0 V的电压时，每秒通过电阻横截面的电荷量是3.0 C解题探究(1)图中IU图线的斜率能用tan求吗？提示：不能，只能由图中的标度求。(2)IU图线的斜率表示什么？提示：电阻的倒数。尝试解答选AD。由题图可知通过该定值电阻的电流与电压成正比，A正确；电阻R 2 ，B错误；由于IU图线中纵横坐标单位长度表示数值不同，所以R，C错误；在R两端加上6.0 V电压时，I3 A，每秒通过导体横截面的电荷量qIt3.0 C，D正确。总结升华几个易错警示(1)将同一导体不同截面接入电路时，导体的电阻大小是不同的，不要认为同一导体的电阻是一个定值，在表达式R中，l是沿电流方向导体的长度，S是垂直电流方向的横截面积，是材料的电阻率。(2)对线性元件：R；对非线性元件R，即非线性元件的电阻不等于UI图象某点切线的斜率。(3)某一导体的形状改变后，讨论其电阻变化应抓住以下三点：导体的电阻率不变，因其由导体材料本身决定。导体的体积不变，由VlS可知l与S成反比。在、l、S都确定之后，应用电阻定律R求解。变式21(多选)对于常温下一根阻值为R的均匀金属丝，下列说法中正确的是()A常温下，若将金属丝均匀拉长为原来的10倍，则电阻变为10RB常温下，若将金属丝从中点对折起来，电阻变为RC给金属丝加上的电压逐渐从零增大到U，则任一状态下的比值不变D把金属丝温度降低到绝对零度附近，电阻率会突然变为零的现象称为超导现象答案BD解析设原电阻R，当l10l时，由体积不变求得横截面积变成SS，所以电阻变为R100R，A错误；从中点对折起来，相当于两个阻值为R 的电阻并联，其总阻值为R，B正确；金属丝的电阻率随温度升高而增大，当金属丝两端的电压逐渐增大时，由于电流的热效应会使电阻率随温度升高而增大，因而R将逐渐增加，C错误；由超导的定义知D正确。变式22小灯泡通电后其电流I随所加电压U变化的图线如图所示，P为图线上一点，PN为图线在P点的切线，PQ为U轴的垂线，PM为I轴的垂线，则下列说法中正确的是()A随着所加电压的增大，小灯泡的电阻减小B对应P点，小灯泡的电阻为RC对应P点，小灯泡的电阻为RD对应P点，小灯泡的功率为图中矩形PQOM所围面积答案D解析由图可知流过小灯泡的电流I随所加电压U变化的图线为非线性关系，可知小灯泡的电阻随所加电压的增大而逐渐增大，选项A错误；根据欧姆定律，对应P点，小灯泡的电阻应为R，选项B、C错误；对应P点，小灯泡的功率为PU1I2，也就是图中矩形PQOM所围面积，选项D正确。考点3电功、电热、电功率和热功率1电功和电热、电功率和热功率的区别与联系2常见的纯电阻用电器：电阻、电炉子、白炽灯等；常见的非纯电阻用电器：电风扇、电动机、电解槽等。特别说明：电动机因故障或其他原因不转动时，相当于一个纯电阻元件。例3 (多选)如图所示是某一直流电动机提升重物的示意图，重物质量m50 kg，电源提供给电动机的电压为U110 V，不计各种摩擦，当电动机以v0.9 m/s的恒定速率向上提升重物时，通过电动机的电流为I5.0 A，重力加速度g取10 m/s2，则()A电动机的输入功率为550 WB电动机提升重物的功率为550 WC电动机提升重物的功率为450 WD电动机的线圈电阻为22 解题探究(1)如何计算电动机的输入功率及电动机提升重物的功率？提示：电动机的输入功率根据PUI计算，电动机提升重物的功率根据PFvmgv计算。(2)电动机的输入功率、提升重物的功率、热功率之间有什么关系？提示：电动机的输入功率提升重物的功率热功率。尝试解答选AC。电动机的输入功率PUI1105.0 W550 W，A正确；电动机提升重物的功率即输出功率P1mgv50100.9 W450 W，B错误，C正确；电动机的发热功率P2I2rPP1550 W450 W100 W，故电动机的线圈电阻r4 ，D错误。总结升华非纯电阻电路的分析方法(1)抓住两个关键量：确定电动机的电压UM和电流IM是解决所有问题的关键。若能求出UM、IM，就能确定电动机的电功率PUMIM，根据电流IM和电动机的电阻r可求出热功率PrIr，最后求出输出功率P出PPr。(2)坚持“躲着”求解UM、IM：首先，对其他纯电阻电路、电源的内电路等，利用欧姆定律进行分析计算，确定相应的电压或电流。然后，利用闭合电路的电压关系、电流关系间接确定非纯电阻电路的工作电压和电流。(3)应用能量守恒定律分析：要善于从能量转化的角度出发，紧紧围绕能量守恒定律，利用“电功电热其他能量”寻找等量关系求解。变式31(多选)在如图所示的电路中，输入电压U恒为8 V，灯泡L上标有“3 V6 W”字样，电动机线圈的电阻RM1 。若灯泡恰能正常发光，下列说法正确的是()A电动机的输入电压是5 VB流过电动机的电流是2 AC电动机的效率是80%D整个电路消耗的电功率是10 W答案AB解析灯泡正常发光，说明灯泡两端实际电压为3 V，电动机输入电压UMUUL5 V，流过灯泡的电流与流过电动机的电流相等，为I2 A，故A、B正确；电动机总功率PMUMI10 W，电动机消耗的热功率P热I2RM4 W，电动机的输出功率P出PMP热6 W，电动机的效率100%60%，故C错误；整个电路消耗的电功率PUI16 W，故D错误。变式32有一个小型直流电动机，把它接入电压为U10.2 V的电路中时，电动机不转，测得流过电动机的电流是I10.4 A；若把电动机接入U22.0 V的电路中，电动机正常工作，工作电流是I21.0 A，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？答案1.5 W8 W解析电动机接入电压为U10.2 V时，电动机不转。此时电动机为纯电阻，故电动机线圈内阻r 0.5 电动机接入电压为U22.0 V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U2I22.01.0 W2 W。P热Ir1.020.5 W0.5 W。所以由能量守恒，电动机的输出功率P出P电P热2 W0.5 W1.5 W。此时若电动机突然被卡住，则电动机又为纯电阻，其热功率P热 W8 W。高考模拟 随堂集训1. (2017上海高考)将四个定值电阻a、b、c、d分别接入电路，测得相应的电流、电压值如图所示。其中阻值最接近的两个电阻是()Aa和b Bb和dCa和c Dc和d答案A解析本题考查UI图象的意义。根据R知，定值电阻的UI图线的斜率表示定值电阻的阻值。在UI图中分别连接O与4个点，根据它们的倾斜度可知，a和b的阻值最接近，故选A。2. (2015安徽高考)一根长为L、横截面积为S的金属棒，其材料的电阻率为，棒内单位体积自由电子数为n，电子的质量为m，电荷量为e。在棒两端加上恒定的电压时，棒内产生电流，自由电子定向运动的平均速率为v, 则金属棒内的电场强度大小为()A B Cnev D答案C解析根据E，UIR，IneSv，R，得到Enev，选项C正确。3(2018山东师大附中二模)某同学做三种导电元件的导电性能实验，他根据所测量的数据分别绘制了三种元件的IU图象，如图所示。则下列说法中正确的是()A只有乙图正确B甲、丙的曲线肯定是偶然误差太大C甲、丙不遵从欧姆定律，肯定不可能D甲、乙、丙三个图都有可能正确，并不一定有较大误差答案D解析甲、乙、丙三个图象都可能正确，乙对应的是定值电阻；甲对应的电阻随U增大而减小，丙对应的电阻随U增大而增大，都是可能的，并不一定有较大的误差，故D项正确。4. (2018邯郸模拟)电阻R和电动机M串联接到电路中，如图所示，已知电阻R跟电动机线圈的电阻值相等，开关接通后，电动机正常工作。设电阻R和电动机M两端的电压分别为U1和U2，经过时间t，电流通过电阻R做功为W1，产生热量为Q1，电流通过电动机做功为W2，产生热量为Q2，则有()AU1Q2 DW1W2，Q1Q2，故W2W1，U2U1，故A项正确。5. (2018河北保定模拟)如图所示，一段长为a、宽为b、高为c(abc)的长方体金属导体，将其中的两个对立面接入电路中时，最大的电阻为R，则最小的电阻为()A B C DR答案A解析由电阻定律R可知，横截面积越小、导体越长电阻越大，横截面积越大、导体越短电阻越小，故电阻最大时，横截面积应该最小、导体最长，即将左右两个面接入电路时电阻最大，为R，解得，当将上下两个面接入电路时电阻最小，此时电阻r，故A正确。配套课时作业时间：45分钟满分：100分一、选择题(本题共11小题，每小题7分，共77分。其中17为单选，811为多选)1. (2018河北石家庄质检)一根长为L、横截面积为S的金属棒，其材料的电阻率为。棒内单位体积自由电子数为n，电子的质量为m，电荷量为e。在棒两端加上恒定的电压U时，棒内产生电流，则自由电子定向运动的平均速率为()A B CneL D答案A解析电流的微观表达式IneSv，又I，R，得v，故选A。2.两根材料相同的均匀导线x和y串联在电路中，两导线沿长度方向的电势变化情况分别如图中的ab段和bc段图线所示，则导线x和y的横截面积之比为()A21 B12 C61 D16答案B解析两导线串联，电流相等，I1I2，由UIRI知UL图象的斜率k，而I相同，则，故B正确，A、C、D错误。3. (2018杭州五校联考)如图所示为A、B两电阻的UI图象，关于两电阻的描述正确的是()A电阻A的阻值随电流的增大而减小，电阻B的阻值不变B在两图线交点处，电阻A的阻值等于电阻B的阻值C在两图线交点处，电阻A的阻值大于电阻B的阻值D在两图线交点处，电阻A的阻值小于电阻B的阻值答案B解析随着I增大，电阻A的UI图线斜率越来越大，所以A的阻值随电流的增大而增大，电阻B的阻值不变，故A错误；两图线的交点处电流和电压均相同，由欧姆定律可知两电阻的阻值大小相等，故B正确，C、D错误。4.如图所示是电阻R1和R2的伏安特性曲线，并且把第一象限分为，三个区域，现在把R1和R2并联在电路中，消耗的电功率分别为P1和P2，并联总电阻设为R。下列关于P1和P2的大小关系及R的伏安特性曲线应该在的区域正确的是()A特性曲线在区，P1P2C特性曲线在区，P1P2D特性曲线在区，P1P2答案C解析IU特性曲线的斜率k，k越大，R就越小，所以R1P2。故正确选项为C。5如图所示电路中，a、b两点与一个稳压直流电源相接，当滑动变阻器的滑片P向d端移动一段距离时，哪一个电路中的电流表读数会变小()答案B解析由图知，P向d端滑动，A、C、D中连入电路的电阻变小，由题意知，a、b两点的电压恒定，故示数会变大；同理B中接入电路中的电阻变大，示数变小。6(2018廊坊期末)如图甲，电路中电源电动势为3.0 V，内阻不计，L1、L2、L3为三个相同规格的小灯泡，小灯泡的伏安特性曲线如图乙所示。当开关闭合后，下列说法中正确的是()AL1中的电流为L2中电流的2倍BL3的电阻约为1.875 CL3的电功率约为0.75 WDL2和L3的总功率约为3 W答案B解析由图象可知，灯泡两端的电压变化时，灯泡的电阻发生变化，L2和L3的串联电阻并不是L1电阻的两倍，根据欧姆定律知L1中的电流不是L2中电流的2倍，A错误；由于不计电源内阻，所以L2和L3两端的电压均为1.5 V，由题图乙可知此时灯泡中的电流为I0.8 A，电阻R31.875 ，B正确；L3的电功率PUI1.50.8 W1.2 W，C错误；L2和L3的总功率P2P2.4 W，D错误。7小芳家正在使用的电器有电灯、洗衣机、电冰箱，小芳从家里的总电能表中测得在时间t内消耗的电能为W。设小芳家的供电电压为U，总电流为I，上述电器的并联总电阻为R，总功率为P。下列关系式正确的是()AP BWI2RtCP DI答案C解析因为小芳家正在使用的家用电器有非纯电阻用电器，所以消耗的电能没有全部转化为热量，所以WPtUIt，用电器使用过程中产生的热量只是消耗的电能中的一部分，UIR，WI2Rt，C正确，A、B、D错误。8.如图所示，有一内电阻为4.4 的电解槽和一盏标有“110 V60 W”的灯泡串联后接在电压为220 V的直流电源两端，灯泡正常发光，则()A电解槽消耗的电功率为120 WB电解槽的发热功率为60 WC电解槽消耗的电功率为60 WD电路消耗的总功率为120 W答案CD解析I A，P电解槽P灯60 W，故A错误，C正确；P热I2R内1.3 W，故B错误；P总P灯P电解槽120 W，故D正确。9一微型吸尘器的直流电动机内阻一定，当加上0.3 V电压时，通过的电流为0.3 A，此时电动机不转，当加在电动机两端的电压为2.0 V时，电流为0.8 A，这时电动机正常工作，下列说法正确的是()A电动机内阻为1 B电动机内阻为2.5 C电动机正常工作时的效率为60%D电动机正常工作时的效率为50%答案AC解析当给电动机加0.3 V电压时，电动机不转，则线圈直流电阻r1 ，当给电动机加2.0 V电压时，电动机正常工作，电动机功率PUI1.6 W，发热功率PrI2r0.64 W，机械功率PPPr0.96 W，故效率60%，C正确。10金属材料的电阻率有以下特性：一般而言，纯金属的电阻率较小，合金的电阻率较大；金属的电阻率随温度的升高而增大，有的金属的电阻率随温度变化而显著变化，有的合金的电阻率几乎不受温度的影响。根据以上信息，判断下列说法中正确的是()A连接电路的导线一般用合金来制作B电炉的电阻丝一般用合金来制作C电阻温度计一般是用电阻率几乎不受温度影响的合金制成的D标准电阻一般是用电阻率几乎不受温度影响的合金制成的答案BD解析为了减小导线上的损耗，连接电路的导线一般要用纯金属制作，故A项错误。通常电炉的电阻丝的阻值很大且阻值几乎不随温度变化而变化，故一般用合金制作，故B项正确。电阻温度计需要能体现出温度的变化，所以应该用电阻率随温度变化而显著变化的金属材料来制作，故C项错误。标准电阻的阻值几乎不受温度影响，所以一般用电阻率几乎不受温度影响的合金制作，故D项正确。11某起重机的电动机输入电压为380 V，当起重机以0.1 m/s的速度匀速吊起总质量为5.7103 kg的货物时，测得电动机的电流为20 A，g取10 m/s2。则下列说法正确的是()A电动机的内阻为19 B电动机的内阻为4.75 C电动机的输出功率为7.6103 WD电动机的工作效率为75%答案BD解析由UImgvI2r，可得电动机的内阻为r4.75 ，B正确，A错误；电动机的输出功率为mgv5.7103 kg10 m/s20.1 m/s5.7103 W，C错误；电动机的工作效率为100%75%，D正确。二、非选择题(本题共2小题，共23分)12. (10分)如图所示，在相距40 km的A、B两地架两条输电线，电阻共为800 ，如果在A、B间的某处发生短路，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？答案12.5 km解析设发生短路处距A处为x，根据欧姆定律I可得：A端到短路处的两根输电线的总电阻Rx 250 ，根据电阻定律可知：Rx，A、B两地间输电线的总电阻为R总，由上式得，解得xl40 km12.5 km。13. (13分)如图所示，A为电解槽，M为电动机，N为电炉子，恒定电压U12 V，电解槽内阻rA2 ，当S1闭合，S2、S3断开时，示数为6 A；当S2闭合，S1、S3断开时，示数为5 A，且电动机输出功率为35 W；当S3闭合，S1、S2断开时，示数为4 A。求：(1)电炉子的电阻及发热功率；(2)电动机的内阻；(3)在电解槽工作时，电能转化为化学能的功率为多少。答案(1)2 72 W(2)1 (3)16 W解析(1)电炉子为纯电阻元件，由欧姆定律得：R 2 其发热功率为：PUI1126 W72 W。(2)电动机为非纯电阻元件，由能量守恒定律得：UI2IrMP输出所以：rM 1 。(3)电解槽为非纯电阻元件，由能量守恒定律得：P化UI3IrA所以P化(124422) W16 W。