2019-2020年高考物理一轮复习专题八恒定电流考点一电路的基本概念和规律教学案（含解析）.doc

2019-2020年高考物理一轮复习专题八恒定电流考点一电路的基本概念和规律教学案（含解析）基础点知识点1电流和电阻1电流(1)形成导体中有能够自由移动的电荷。导体两端存在电压。(2)方向：规定为正电荷定向移动的方向。电流是标量。(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电阻(1)定义式：R。(2)物理意义：导体的电阻反映了导体对电流的阻碍作用。3电阻定律(1)内容：同种材料的导体，其电阻R与它的长度成正比，与它的横截面积成反比，导体的电阻与构成它的材料有关。(2)表达式：R。4电阻率(1)计算式：R，单位：m。(2)物理意义：反映导体的导电性能，是表征材料性质的物理量。(3)电阻率与温度的关系。金属：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。一些合金：几乎不受温度的影响。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。知识点2欧姆定律和伏安特性曲线1欧姆定律(1)内容：导体中的电流跟导体两端的电压成正比，跟导体的电阻成反比。(2)表达式：I。(3)适用范围金属导电和电解液导电(对气体导电不适用)。纯电阻电路(不含电动机、电解槽的电路)。2导体的伏安特性曲线(1)IU图线：以电流为纵轴、电压为横轴画出导体上的电流随电压的变化曲线，如图所示。(2)比较电阻的大小：图线的斜率，图中R1R2(选填“”“”或“”)。(3)线性元件：伏安特性曲线是直线的电学元件，适用于欧姆定律。(4)非线性元件：伏安特性曲线为曲线的电学元件，不适用于欧姆定律。知识点3电功、电功率、焦耳定律1电功(1)定义：导体中的自由电荷在电场力作用下定向移动，电场力做的功称为电功。(2)公式：WqUUIt。(3)电流做功的实质：电能转化成其他形式能的过程。2电功率(1)定义：单位时间内电流做的功，表示电流做功的快慢。(2)公式：PUI。3焦耳定律(1)电热：电流流过一段导体时产生的热量。(2)计算式：QI2Rt。4热功率(1)定义：单位时间内的发热量。(2)表达式：PI2R。知识点4串、并联电路的特点串联电路并联电路备注电路电流II1I2InII1I2I3In适用于所有电路电压UU1U2UnUU1U2U3Un总电阻R总R1R2Rn适用于纯电阻电路分压原理或分流原理U1U2UnR1R2RnI1I2In功率分配P1P2PnR1R2RnP1P2Pn总功率与各部分功率P总P1P2P3Pn适用于所有电路应用实例(电表改装)电压表(量程为U) 分压电阻RRg电流表(量程为I) 分流电阻R重难点一、电流的三个公式比较公式适用范围字母含义公式含义定义式I一切电路q：(1)是通过整个导体横截面的电荷量，不是单位面积上的电荷量(2)当异种电荷反向通过某截面时，所形成的电流是同向的，应是q|q1|q2|反映了I的大小，但不能说Iq，I微观式InqSv一切电路n：导体单位体积内的自由电荷数q：每个自由电荷的电荷量S：导体横截面积v：定向移动的速率从微观上看n、q、S、v决定了I的大小决定式I金属电解液U：导体两端的电压R：导体本身的电阻I由U、R决定，IU、I特别提醒(1)电流既有大小又有方向，但它的运算遵循算术运算法则，是标量。(2)形成电流的微粒有三种：自由电子、正离子和负离子。其中金属导体导电时定向移动的电荷是自由电子，液体导电时定向移动的电荷是正离子和负离子，气体导电时定向移动的电荷是电子、正离子和负离子。(3)如果是正、负离子同时定向移动形成电流，那么I中q是两种离子电荷量的绝对值之和。二、电阻、电阻率、电阻定律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。电阻率是反映制作导体的材料导电性能好坏的物理量。(2)导体电阻阻值与电阻率无直接关系，即电阻大，电阻率不一定大；电阻率小，电阻不一定小。2电阻率的理解 (1)电阻率可以用计算，在数值上等于用某种材料制成的长为1 m、横截面积为1 m2的导线的电阻值。 (2)电阻率与导体材料有关，由这种材料的性质决定，与导体长度l、横截面积S、形状等无关。(3)电阻率与温度的关系：金属的电阻率随温度的升高而增大(可用于制造电阻温度计)；半导体的电阻率随温度的升高而减小(半导体的电阻率随温度变化较大，可用于制造热敏电阻)；有些合金(如锰铜合金、镍铜合金)的电阻率几乎不随温度变化而变化(可用来制造标准电阻)；当温度降低到绝对零度附近时，某些材料的电阻率会突然减小为零，成为超导体。3电阻的决定式和定义式的比较公式RR作用电阻决定式电阻定义式区别意义指明了电阻的决定因素提供了一种测定电阻的方法，电阻与U和I无关适用范围适用于粗细均匀的金属导体和分布均匀的导电介质适用于任何纯电阻导体相同点都不能反映电阻的实质(要用微观理论解释)特别提醒电阻从微观上看是定向移动的离子(自由电子)与不动的部分(原子核)相碰撞造成的，正是由于这种碰撞，使定向移动离子(自由电子)的动能，传递给不动部分(原子核)使其热运动加剧，使电能转化为内能，导体温度升高。三、对伏安特性曲线的理解1图甲(直线)为线性元件的伏安特性曲线，图乙(曲线)为非线性元件的伏安特性曲线；对于线性元件R，即电阻等于直线的斜率的倒数。对于非线性元件R，即电阻不等于曲线这一点切线的斜率的倒数，电阻只能依据曲线对应点的坐标，利用计算求得。2伏安特性曲线图象的斜率表示电阻的倒数，斜率越大，电阻越小，故RaRb，图线c的电阻逐渐减小，图线d的电阻逐渐增大。3用IU(或UI)图线来描述导体和半导体的伏安特性时，曲线上每一点对应一组U、I值，为该状态下的电阻值，UI为该状态下的电功率。特别提醒伏安特性曲线又称IU图线。是纵坐标代表电流，横坐标代表电压的，注意同UI曲线的区别。四、电功、电功率及焦耳定律1电功和电热(1)电功是电能转化为其他形式能的量度，电热是电能转化为内能的量度。通常情况下，计算电功时用公式WIUt，计算电热时用公式QI2Rt。(2)从能量转化的角度来看，电功和焦耳热之间的数量关系是WQ、UItI2Rt。纯电阻电路：如电炉等构成的电路，电流做功将电能全部转化为内能，此时有WQ。计算时可任选一公式：WQPtI2RtUItt。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WQ。电功只能用公式WUIt来计算，焦耳热只能用公式QI2Rt来计算。对于非纯电阻电路，欧姆定律不再适用。2纯电阻电路与非纯电阻电路的比较3额定功率与实际功率(1)用电器在额定电压下正常工作，用电器的实际功率等于额定功率，即P实P额。(2)用电器的工作电压不一定等于额定电压，用电器的实际功率不一定等于额定功率，若U实U额，则P实P额，用电器可能被烧坏。特别提醒(1)被卡住的电动机类电器可以当做纯电阻电器来处理，因为此时电能全部转化为热能。(2)白炽灯是纯电阻电器，它工作时把电能全部转化为热能，然后部分转化为光能。日光灯、节能灯、LED灯不是纯电阻。五、串、并联电路及其应用1串、并联电路的几个常用结论(1)串联电路电阻串联得越多，总电阻越大，且总电阻大于其中任一部分电路的最大电阻；并联电路电阻并联得越多，总电阻越小，且总电阻小于其中任一部分电路的最小电阻。(2)串联电路中某个电阻变大(或变小)，则总电阻变大(或变小)；并联电路某个电阻变大(或变小)，则总电阻也变大(或变小)。(3)当一个很大的电阻与一个很小的电阻串联时，总电阻接近于大电阻；当一个很大的电阻与一个很小的电阻并联时，总电阻接近于小电阻。(4)串联或并联一个较大的电阻，总电阻要比串联或并联一个较小的电阻大。(5)无论电路怎样连接，每一段电路消耗的总电功率等于各个电阻消耗的电功率之和。2电表的改装(1)表头：常用的电压表和电流表都是由表头改装而成的，表头是一个小量程的电流表G。表头内阻Rg：指电流表G的内阻，一般为几百欧到几千欧。满偏电流Ig：指电流表G指针偏转到最大刻度时的电流(即电流表G所能测量的最大电流值)，一般为几微安到几十微安。满偏电压Ug：指电流表G通过满偏电流时其两端的电压，一般为几毫伏到几十毫伏。由欧姆定律可知：UgIgRg。(2)电压表、电流表的改装及比较：改装成电压表改装成电流表内部电路改装原理串联分压并联分流改装后的量程UIg(RRg)IIg量程扩大的倍数nn接入电阻的阻值RRg(n1)RgR改装后的总内阻RVRgRnRgRA校对电路备注(1)改装后示数等于表头与分压电阻两端电压之和(1)改装后示数等于通过表头与分流电阻的电流之和(2)改装后量程等于满偏时表头与分压电阻两端电压之和(2)改装后量程等于满偏时通过表头与分流电阻的电流之和(3)同一表头改装成的多量程电压表，内阻之比等于量程之比(3)同一表头改装成的多量程电流表，内阻之比等于量程的反比(4)改装后表头满偏，电压不变(4)改装后表头满偏，电流不变(5)改装后指针偏角大小取决于通过表头的电流大小特别提醒(1)由改装后电压表的分压电阻R(n1)Rg可知，电压表的量程越大，其分压电阻越大，电压表的内阻RV越大。若无特别说明，都认为电压表的内阻无穷大，画等效电路时，把电压表视为断路。(2)由改装后电流表的分流电阻R可知，电流表的量程越大，其分流电阻越小，电流表的内阻越小。若无特别说明，都认为电流表的内阻为零，画等效电路时，把电流表视为短路。(3)无论是将表头改装成电流表还是电压表，都没有改变表头的参数，即表头的满偏电流、满偏电压都不发生变化，只是由分压电阻或者分流电阻承担了部分电压或电流。1思维辨析(1)导体中只要电荷运动就形成电流。()(2)电流有方向，所以它是一个矢量。()(3)根据I，可知I与q成正比。()(4)在小灯泡的UI图线中，图线上某点的切线的斜率表示该点的电阻大小。()(5)由I知道，通过同一段导体的电流跟加在它两端的电压成正比。()(6)公式PUI和P适用于任何电路的电功率的计算。()(7)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。()(8)公式WUIt及QI2Rt适用于任何电路。()(9)公式WtI2Rt只适用于纯电阻电路。()答案(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)2(多选)在如图所示的电路中，输入电压U恒为8 V，灯泡L标有“3 V,6 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解析灯泡恰能正常发光，说明灯泡电压为3 V，电流为2 A，电动机的输入电压是8 V3 V5 V，流过电动机的电流是I2 A，选项A、B正确；电动机内阻消耗功率I2RM4 W，电动机输入功率为UI(52) W10 W，输出功率为6 W，效率为60%，整个电路消耗的电功率是10 W6 W16 W，选项C、D错误。3如图甲所示电路，其中R两端电压U随通过该电阻的直流电流I的变化关系如图乙所示，电源电动势为7.0 V(内阻不计)，且R11000 (不随温度变化)。若改变R2，使AB与BC间的电压相等，这时()AR的阻值为1000 BR的阻值为1500 C通过R的I1.5 mAD通过R的I2.0 mA答案C解析要使AB与BC间的电压相等，即有EUABUBC，UABUBC，解得UBC3.5 V。而UBCUIR1，解得UUBCIR1，将UBC3.5 V，R11000 代入得U3.51000I，在题给图象中作出函数关系U3.51000I的图象如图所示，两图象的交点对应的横纵坐标I1.5mA，U2 V，即为公共解，C正确，D错误；由IRU解得R1333 ，A、B错误。考法综述本考点知识在高考中处于基础地位，单独命题考查本考点知识点的题目相对较小，本考点知识通常与电磁感应、能量守恒相结合进行综合考查，难度中等，因此复习本考点内容时要以夯实基础知识为主，通过复习本考点内容应掌握：6个概念电流、电阻率、电功、电功率、电热、热功率6个公式I，WUItqU，PUI，QI2Rt，PI2R3个定律电阻定律、欧姆定律、焦耳定律2种电路纯电阻电路和非纯电阻电路2个关系电功和电热的关系、电功率和热功率的关系1种思想守恒思想(能量守恒)命题法1对电流的理解典例1横截面的直径为d、长为l的导线，两端电压为U，当这三个量中一个改变时，对自由电子定向运动的平均速率的影响是()A电压U加倍，自由电子定向运动的平均速率不变B导线长度l加倍，自由电子定向运动的平均速率加倍C导线横截面的直径加倍，自由电子定向运动的平均速率不变D以上说法均不正确答案C解析由欧姆定律I，电阻定律R和电流微观表达式IneSv可得v，因此，电压U加倍时，v加倍，l加倍时v减半，故A、B选项错误。导线横截面的直径加倍时，v不变，C项正确。【解题法】三种速率的比较(1)电子定向移动速率：电子在金属导体中的平均运动速率，也是公式IneSv中的v，大小约为105 m/s。(2)电流的传导速率：电流在导体中的传导速率等于光速，为3108 m/s。闭合开关的瞬间，电路中各处以光速建立恒定电场，电路中各处的自由电子几乎同时定向移动，整个电路也几乎同时形成了电流。(3)电子热运动速率：电子做无规则热运动的速率，大小约为105 m/s。由于热运动向各个方向运动的机会相等，故此运动不能形成电流。命题法2电阻、电阻率的应用典例2如图甲所示为一测量电解液电阻率的玻璃容器，P、Q为电极，设a1 m，b0.2 m，c0.1 m，当里面注满某电解液，且P、Q加上电压后，其UI图象如图乙所示，当U10 V时，求电解液的电阻率。答案40 m解析由题图乙可求得电解液的电阻为R 2000 。由题图甲可知电解液长为：la1 m，截面积为：Sbc0.02 m2。结合电阻定律R得 m40 m。【解题法】电阻定律的应用技巧(1)在温度一定的条件下，导体的电阻大小由长度、横截面积及材料决定，与电压、电流无关，若考虑温度，导体的电阻率会随着温度的变化而变化。(2)利用R求时，要根据电流正确判断l、S，沿电流方向导体的长度为l，垂直于电流方向的横截面积为S。(3)某一导体的形状改变后，利用其体积不变，由VlS可知l与S成反比，再利用R计算。命题法3电功、电热、电功率、焦耳定律的理解典例3一台小型电动机在3 V电压下工作，用此电动机提升重力为4 N的物体时，通过电动机的电流是0.2 A。在30 s内可将该物体匀速提升3 m。若不计除电动机线圈生热之外的能量损失，求：(1)电动机的输入功率；(2)在开始提升物体后的30 s内，电动机线圈所产生的热量；(3)电动机线圈的电阻。答案(1)0.6 W(2)6 J(3) 5 解析(1)电动机的输入功率P入IU0.23 V0.6 W(2)电动机提升物体的机械功率P机Fvmg0.4 W由能量守恒定律得P入P机P热故P热P入P机(0.60.4) W0.2 W所以电动机线圈产生的热量QP热t0.230 J6 J(3)根据焦耳定律QI2Rt可得线圈电阻R5 【解题法】电动机的三个功率及关系输入功率电动机的总功率。由电动机电路中的电流和电压决定，即P总P入UI输出功率电动机做有用功的功率，也叫机械功率热功率电动机线圈上有电阻，电流通过线圈时会发热，热功率P热I2r三者关系P总P出P热效率100%100%说明(1)正常工作的电动机是非纯电阻元件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(2)在纯电阻电路中电功等于电热WQ，IUtI2Rt在非纯电阻电路中电功大于电热WQ，WQE命题法4电表的改装及使用典例4某同学将量程为200 A、内阻为500 的表头改装成量程为1 mA和10 mA的双量程电流表。设计电路如图甲所示，定值电阻R1500 ，R2和R3的值待定，S为单刀双掷开关，A、B为接线柱。回答下列问题：(1)按图甲在图乙中将实物连线；(2)表笔a的颜色应为_(填“红”或“黑”)色；(3)将开关S置于“1”挡时，量程为_mA；(4)电路中电阻的阻值R2_，R3_；(结果取3位有效数字)(5)利用改装的电流表进行某次测量时，S置于“2”挡，表头指示如图丙所示，则所测量电流的值为_mA。答案(1)见解析(2)黑(3)10 (4)22525.0(5)0.78解析(1)由电路图连接实物，如图所示。(2)表笔a为电流流出方向，所以表笔a的颜色应为黑色。(3)并联电阻的阻值越小，分流作用越大，改装后的电流表量程越大。开关S置于“1”挡，只并联电阻R3，并联电阻总阻值小，量程大，此量程为10 mA。(4)开关S置于“1”挡时，由并联电路特点可得Ig(RgR1R2)(10 mAIg)R3开关S置于“2”挡时，同理可得Ig(RgR1)(1 mAIg)(R2R3)联立可得R2225 ，R325.0 。(5)开关置于“2”挡，量程为1 mA，结合表盘示数Ig156 A，可得电流为0.780 mA。【解题法】两种电表的电路结构及读数方法电流表电压表符号参数量程：00.6 A,03 A内阻：小于1 量程：03 V,015 V内阻：3 k，15 k电路结构读数方法视线垂直于刻度盘表面，一般都需估读，3 A量程估读到最小分度的1/10,0.6 A量程的估读到最小分度的1/2视线垂直于刻度盘表面，一般都需估读，3 V量程估读到最小分度的1/10，15 V量程的估读到最小分度的1/51一根长为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。2如图所示，其中电流表A的量程为0.6 A，表盘均匀划分为30个小格，每一小格表示0.02 A；R1的阻值等于电流表内阻的；R2的阻值等于电流表内阻的2倍。若用电流表A的表盘刻度表示流过接线柱1的电流值，则下列分析正确的是() A将接线柱1、2接入电路时，每一小格表示0.04 AB将接线柱1、2接入电路时，每一小格表示0.02 AC将接线柱1、3接入电路时，每一小格表示0.06 AD将接线柱1、3接入电路时，每一小格表示0.01 A答案C解析线柱接1、2时，IgRgI1R1，得I12Ig，IIgI13Ig，故每格表示0.06 A，A、B错误。线柱接1、3时，IIgI13Ig，每格表示0.06 A，C正确，D错误。3某个由导电介质制成的电阻截面如图所示，导电介质的电阻率为，制成内外半径分别为a和b的半球壳层形状(图中阴影部分)，半径为a、电阻不计的球形电极被嵌入导电介质的球心成为一个引出电极，在导电介质的外层球壳上镀上一层电阻不计的金属膜成为另外一个电极，设该电阻的阻值为R。下面给出R的四个表达式中只有一个是合理的，你可能不会求解R，但是你可以通过一定的物理分析，对下列表达式的合理性做出判断。根据你的判断，R的合理表达式应为()AR BRCR DR答案B解析根据R，从单位上看，答案中，分子应是长度单位，而分母应是面积单位，只有A、B符合单位，C、D错误；再代入特殊值，若ba，球壳无限薄，此时电阻为零，因此只有B正确，A错误。4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()AU1U2，Q1Q2 BU1U2，Q1Q2CW1W2，Q1Q2 DW1W2，Q1Q2答案A解析由于电阻R跟电动机线圈的电阻值相等，开关接通后，根据焦耳定律，二者产生的热量相等，Q1Q2。电流通过电动机做功W2大于电流通过电阻R做功W1，即W1W2。电动机M两端的电压大于电阻两端电压，即U1U2。所以选项A正确。5图甲为某同学改装和校准毫安表的电路图，其中虚线框内是毫安表的改装电路。 (1)已知毫安表表头的内阻为100 ，满偏电流为1 mA；R1和R2为阻值固定的电阻，若使用a和b两个接线柱，电表量程为3 mA；若使用a和c两个接线柱，电表量程为10 mA。由题给条件和数据，可以求出R1_，R2_。(2)现用一量程为3 mA、内阻为150 的标准电流表对改装电表的3 mA挡进行校准，校准时需选取的刻度为0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 mA，电池的电动势为1.5 V，内阻忽略不计；定值电阻R0有两种规格，阻值分别为300 和1000 ；滑动变阻器R有两种规格，最大阻值分别为750 和3000 ，则R0应选用阻值为_的电阻，R应选用最大阻值为_的滑动变阻器。(3)若电阻R1和R2中有一个因损坏而阻值变为无穷大，利用图乙的电路可以判断出损坏的电阻。图乙中的R为保护电阻，虚线框内未画出的电路即为图甲虚线框内的电路，则图中的d点应和接线柱_ (填“b”或“c”)相连。判断依据是_。答案(1)1535(2)3003000(3)c见解析解析(1)若使用a和b两个接线柱，则有I1Ig。若使用a和c两个接线柱，则有I2Ig。解得R115 ，R235 。(2)若R0选1000 ，则最大电流为1.5 mA，取不到3 mA，故R0选300 。若R选750 ，则最小电流为1.43 mA，取不到0.5 mA，故R选3000 。(3)若电流表有示数，则表示R1损坏，若电流表无示数，则表示R2损坏，若选b，则电流表都有示数，无法准确判断。