- 2021-05-21 发布 |
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文档介绍
【物理】2019届一轮复习人教版欧姆定律电阻定律焦耳定律及电功率学案
欧姆定律 电阻定律 焦耳定律及电功率 知识梳理 知识点一 电流、欧姆定律 1.电流 (1)定义:自由电荷的 形成电流. (2)方向:规定为 定向移动的方向. (3)两个公式 ①定义式:I= ;②微观式:I= . 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 ,跟导体的电阻R成 . (2)公式:I= . (3)适用条件:适用于 和电解液导体. 答案:1.(1)定向移动 (2)正电荷 (3)① ②nqSv 2.(1)正比 反比 (2) (3)金属导体 知识点二 电阻、电阻定律 1.电阻:反映了 的大小.表达式为:R=. 2.电阻定律:同种材料的导体,其电阻跟它的 成正比,与它的 成反比,导体的电阻还与构成它的材料有关.表达式为:R=ρ. 3.电阻率 (1)物理意义:反映导体的 ,是导体材料本身的属性. (2)电阻率与温度的关系:金属的电阻率随温度升高而 ;半导体的电阻率随温度升高而 . 答案:1.对电流阻碍作用 2.长度 截面积 3.导电性能 增大 减小 知识点三 电功率、焦耳定律 1.电功 (1)定义:导体中的自由电荷在 作用下定向移动,电场力做的功称为电功. (2)公式:W=qU= . (3)电流做功的实质: 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 . (2)公式:P== . 3.焦耳定律 (1)电热:电流流过一段导体时产生的 . (2)计算式:Q= . 4.热功率 (1)定义:单位时间内的发热量. (2)表达式:P== . 答案:1.(1)电场力 (2)UIt (3)电势能 2.(1)快慢 (2)UI 3.(1)热量 (2)I2Rt 4.(2)I2R [思考判断] (1)规定正电荷定向移动方向为电流方向,所以,电流是矢量。( ) (2)根据I=,可知I与q成正比。( ) (3)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荷量。( ) (4)由R=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。( ) (5)由ρ=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。( ) (6)公式W=t=I2Rt可适用于所有电路。( ) 答案 (1)× (2)× (3)√ (4)× (5)× (6)× 考点精练 考点一 对电阻、电阻定律的理解和应用 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,电阻大小与导体的长度、横截面积及材料等有关,电阻率是描述材料导电性能好坏的物理量,与导体长度、横截面积无关. (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. (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区别 公式 R=ρ R= 区别 电阻的决定式 电阻的定义式 说明了电阻的决定因素 提供了一种测定电阻的方法,并不说明电阻与U和I有关 只适用于粗细均匀的金属导体和浓度均匀的电解质溶液 适用于任何纯电阻导体 对应训练 考向1 对电阻率的理解 [典例1] 关于材料的电阻率,下列说法正确的是( ) A.把一根长导线截成等长的三段,则每段的电阻率都是原来的 B.材料的电阻率随温度的升高而增大 C.通常情况下纯金属的电阻率较合金的电阻率小 D.电阻率是反映材料导电性能好坏的物理量,电阻率越大的导体对电流的阻碍作用越大 [解析] 材料的电阻率与长度无关,A错误;半导体材料的电阻率随温度升高而减小,B错误;通常情况下纯金属的电阻率较合金的电阻率小,C正确;电阻率大的导体,电阻不一定大,D错误. [答案] C 考向2 电阻及电阻率的计算 [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a=1 m,b=0.2 m,c=0.1 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U=10 V时,求电解液的电阻率ρ. 甲 乙 [解析] 由题图乙可求得电解液的电阻为 R== Ω=2 000 Ω 由题图甲可知电解液长为:l=a=1 m 截面积为:S=bc=0.02 m2 结合电阻定律R=ρ 得ρ== Ω·m=40 Ω·m. [答案] 40 Ω·m 反思总结 1.决定导体电阻大小的三个因素是导体的材料、长度和横截面积,无论哪一个发生变化,导体的电阻都要发生改变. 2.电阻率反映材料导电能力的强弱,只与材料及温度有关,与导体的长度l和横截面积S无关. 考点二 对伏安特性曲线的理解 1.定义:用纵坐标表示电流I、横坐标表示电压U,画出的IU 图象. 2.图线的意义 (1)由于导体的导电性能不同,所以不同的导体有不同的的伏安特性曲线. (2)伏安特性曲线上每一点的电压坐标与电流坐标的比值,对应这一状态下的电阻. 3.应用:IU图象中图线上某点与O点连线的斜率表示电阻的倒数,斜率越大,电阻越小. 4.两类图线 (1)线性元件的伏安特性曲线(图甲中a、b)是过原点的直线,表明它的电阻是不变的. (2)非线性元件的伏安特性曲线(图乙中c、d)是曲线,表明它的电阻是变化的. 甲 乙 对应训练 考向1 对伏安特性曲线的理解 [典例3] 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R= C.对应P点,小灯泡的电阻为R= D.对应P点,小灯泡的功率为图中矩形PQOM所围面积 [解题指导] 对纯电阻元件,其电阻R=,在IU图线上某点和坐标原点的连线,其斜率的倒数表示该点的电阻. [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P=U1I2,也就是图中矩形PQOM所围面积,选项D正确. [答案] D 考向2 伏安特性曲线的应用 [典例4] (多选)在如图甲所示的电路中,L1、L2、L3为三个相同规格的小灯泡,这种小灯泡的伏安特性曲线如图乙所示.当开关S闭合时,电路中的总电流为0.25 A,则此时( ) 甲 乙 A.L1两端的电压为L2两端电压的2倍 B.L1消耗的电功率为0.75 W C.L2的电阻为12 Ω D.L1、L2消耗的电功率的比值大于4 [解析] 电路中的总电流为0.25 A,L1中电流为 0.25 A ,由小灯泡的伏安特性曲线可知电压为3.0 V,L1消耗的电功率为P1=U1I1=0.75 W,B正确;根据并联电路规律,L2中电流为0.125 A,由小灯泡的伏安特性曲线可知电压大约为 0.3 V,L1两端的电压大约为L2两端电压的10倍,A错误;由欧姆定律,L2的电阻为R2== Ω=2.4 Ω,C错误;L2消耗的电功率为P2=U2I2=0.3×0.125 W=0.037 5 W,L1、L2消耗的电功率的比值大于4,D正确. [答案] BD 反思总结 1.无论是线性元件还是非线性元件,只要是纯电阻元件,电阻都可由R=计算. 2.在伏安特性曲线中,导体的电阻等于曲线上的点与原点连线斜率的倒数,而不等于该点切线斜率的倒数. 考点三 电功、电功率、焦耳定律 1.纯电阻电路与非纯电阻电路 (1)纯电阻电路:电流通过电路时,它所消耗的电能全部转化为内能,即W=Q.且满足欧姆定律:I=. (2)非纯电阻电路:电流通过电路时,消耗的电能除转化为内能外,还转化为其他形式的能,如机械能(电动机)、化学能(电解槽)等,即W>Q.非纯电阻电路不满足欧姆定律. 2.电功、电功率及电热、热功率的比较 纯电阻电路 非纯电阻电路 实例 白炽灯、电炉、电饭锅、电热毯、电熨斗及转子被卡住的电动机等 电动机、电解槽、日光灯等 电功 与电热 W=Q=UIt=I2Rt=t W=UIt,Q=I2Rt W>Q 电功率与 热功率 P电=P热=UI=I2R= P电=UI,P热=I2R, P电>P热 对应训练 考向1 纯电阻电路的有关计算 [典例5] 如图所示,把两个相同的灯泡分别接在甲、乙电路中,甲电路两端的电压为8 V,乙电路两端的电压为16 V.调节变阻器R1和R2 使两灯泡都正常发光,此时变阻器消耗的功率分别为P1和P2,两电路中消耗的总功率分别为P甲和P乙,则下列关系中正确的是( ) 甲 乙 A.P甲P乙 C.P1>P2 D.P1=P2 [解题指导] 本题先比较甲、乙两个电路消耗的总功率,再比较两个变阻器消耗的功率. [解析] 设灯泡的额定电流为I,则两灯泡都正常发光,电流均为额定电流I,甲电路中总电流I甲=2I,乙电路中总电流I乙=I,所以P甲=U甲I甲=8×2I=16I,P乙=U乙I乙=16×I=16I,P甲=P乙,选项A、B均错误;R1消耗的功率P1=P甲-2P灯,R2消耗的功率P2=P乙-2P灯,故P1=P2,选项D正确. [答案] D 考向2 非纯电阻电路的有关计算 [典例6] 如图所示是一提升重物用的直流电动机工作时的电路图,电动机内电阻r=0.8 Ω,电路中另一电阻R=10 Ω,直流电压U=160 V,电压表示数UV=110 V.试求: (1)通过电动机的电流; (2)输入电动机的电功率; (3)若电动机以v=1 m/s匀速竖直向上提升重物,求该重物的质量.(取g=10 m/s2) [问题探究] (1)如何求解电动机的电流? (2)能否用P=来求输入电动机的电功率? [提示] (1)电动机M和电阻R串联,电流相等,可通过计算电阻的电流求通过电动机的电流. (2)不能,因为电动机为非纯电阻电路. [解析] (1)由电路中的电压关系可得电阻R的分压UR=U-UV=(160-110)V=50 V,流过电阻R的电流IR== A=5 A,即通过电动机的电流IM=IR=5 A. (2)电动机的分压UM=UV=110 V,输入电动机的功率P电=IMUM=550 W. (3)电动机的发热功率P热=Ir=20 W,电动机输出的机械功率P出=P电-P热=530 W,又因P出=mgv,所以m==53 kg. [答案] (1)5 A (2)550 W (3)53 kg 反思总结 1.无论是纯电阻还是非纯电阻,电功均为W=UIt,电热均为Q=I2Rt. 2.处理非纯电阻的计算问题时,要善于从能量转化的角度出发,紧紧围绕能量守恒,利用“电功=电热+其他能量”寻找等量关系求解. 3.非纯电阻电路在一定条件下可当做纯电阻电路处理,如电动机卡住不转时即为纯电阻电路. 随堂检测 1.(2017·江西七校联考)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,下列电路中的电流表读数会变小的是( ) 2.(2016·盐城模拟)(多选)R1和R2是材料相同、厚度相同、上下表面都为正方形的导体,但R1的尺寸比R2大得多,把它们分别连接在如图5电路的A、B端,接R1时电压表的读数为U1,接R2时电压表的读数为U2。下列说法中正确的是( ) 图5 A.R1=R2 B.R1>R2 C.U1<U2 D.U1=U2 3.(2017·河南洛阳统考)如图6所示,电源的电动势为30 V,内阻为1 Ω,与一个标有“6V,12 W”的电灯和一个绕线电阻为2 Ω的电动机串联。开关闭合后,电路中的电灯正常发光,则电动机输出的机械功率为( ) 图6 A.36 W B.44 W C.48 W D.60 W 4.(2016·枣庄台儿庄模拟)(多选)如图7所示,图线1、2、3分别表示导体A、B、C的伏安特性曲线,其中导体C为一非线性电阻,当三导体串联接在电压恒为6 V的直流电源两端时,它们的电阻分别为R1、R2、R3,则下列说法正确的是( ) 图7 A.此时流过三导体的电流均为1 A B.R1∶R2∶R3=1∶3∶2 C.若将三导体串联后改接在3 V的直流电源上,则三导体的阻值之比不变 D.若将三导体并联后接在3 V的直流电源上,则通过它们的电流之比为I1∶I2∶I3=3∶2∶1 参考答案 1.解析 选项A、C、D中,滑动变阻器连入电路中的有效部分为滑片P右侧部分,当滑动变阻器的滑片P向d端移动时,滑动变阻器阻值减小,由欧姆定律I=可知,电路中的电流将会增大,电流表读数会变大,故选项A、C、D错误;而选项B中,滑动变阻器连入电路中的有效部分为滑片P左侧部分,当滑动变阻器的滑片P向d端移动时,滑动变阻器阻值增大,电路中的电流将会减小,电流表读数会变小,选项B正确。 答案 B 2.答案 AD 3.解析 电路中的电灯正常发光,说明电路中电流为I==2 A,电灯两端电压为6 V,电源内阻上电压为2 V,电动机两端电压为U机=E-6 V-2 V=22 V,电动机输入功率P入=U机I=22×2 W=44 W,电动机绕线电阻发热功率P热=I2R=8 W,故电动机输出的机械功率为P出=P入-P热=36 W,选项A正确。 答案 A 4.解析 由题中I-U图线可知,R1=1 Ω、R2=3 Ω、R3的电阻随两端所加电压变大而变小,当这三导体串联接在电压恒为6 V的直流电源两端时,其电流相等,为1 A,R1、R2、R3两端电压分别为1 V、3 V、2 V,总和为6 V,故选项A、B正确;因导体C为一非线性电阻,电阻随两端所加电压变小而变大,故选项C错误;从题中图线可得,选项D错误。 答案 AB