【物理】2020届一轮复习人教版第八章第1节电流电阻电功电功率学案

【物理】2020届一轮复习人教版第八章第1节电流电阻电功电功率学案

第八章 恒定电流 ‎[全国卷5年考情分析]‎ 基础考点 常考考点 命题概率 常考角度 ‎◎欧姆定律(Ⅱ)‎ ‎◎电阻定律(Ⅰ) ‎ ‎◎电源的电动势和内阻(Ⅱ)　‎ ‎◎电功率、焦耳定律(Ⅰ) ‎ 以上4个考点未曾独立命题 电阻的串联、并联 (Ⅰ) ‎ 闭合电路的欧姆定律(Ⅱ)‎ ‎'16Ⅱ卷T17(6分)‎ 综合命题概率20%‎ ‎(1)欧姆定律、电阻定律、电阻的串、并联综合问题 ‎(2)闭合电路的动态分析、故障分析 ‎(3)焦耳定律、电路的能量分析 ‎(4)绘制并分析伏安特性曲线 ‎(5)伏安法测电阻(包括电表的内阻)、测定电源电动势和内阻 ‎(6)多用电表的使用及相关电路问题 实验八：测定金属的电阻率(同时练习使用螺旋测微器)‎ ‎'18Ⅲ卷T23(9分)‎ ‎'17Ⅱ卷T23(9分)‎ ‎ '16Ⅱ卷T23(9分)‎ ‎'15Ⅰ卷T23(9分)‎ ‎'15Ⅱ卷T23(9分) '14Ⅱ卷T22(6分)‎ 综合命题概率100%‎ 实验九：描绘小电珠的伏安特性曲线 ‎'17Ⅰ卷T23(10分)‎ 综合命题概率30%‎ 实验十：测定电源的电动势和内阻 ‎'14Ⅰ卷T23(9分)‎ 综合命题概率30%‎ 实验十一：练习使用多用电表 ‎'18Ⅱ卷T22(6分)‎ ‎'17Ⅲ卷T23(9分) ‎ 综合命题概率40%‎ 第1节　电流 电阻 电功 电功率 一、电流及欧姆定律 ‎ ‎1．电流的理解 ‎(1)定义：电荷的定向移动形成电流。‎ ‎(2)条件：①有可以自由移动的电荷；②导体两端存在电压。‎ ‎(3)方向：电流是标量，为研究问题方便，规定正电荷定向移动的方向为电流的方向。在外电路中电流由电源正极到负极，在内电路中电流由电源极到极。[注1]‎ ‎(4)三个表达式 ‎①定义式：I＝，q为在时间t内通过导体横截面的电荷量。‎ ‎②微观表达式：I＝nqSv，其中n为导体中单位体积内自由电荷的个数，q 为每个自由电荷的电荷量，S为导体的横截面积，v为自由电荷定向移动的速率。‎ ‎③决定式：I＝，即欧姆定律。‎ ‎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。[注2]‎ ‎(2)适用范围：适用于金属和电解液等纯电阻电路。‎ 二、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)表达式：R＝ρ。[注3]‎ ‎2．电阻率 ‎(1)计算式：ρ＝R。‎ ‎(2)物理意义：反映导体的导电性能，是导体材料本身的属性。‎ ‎(3)电阻率与温度的关系 金属的电阻率随温度升高而增大，半导体的电阻率随温度升高而减小。‎ 三、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：W＝qU＝IUt。‎ ‎(3)电流做功的实质：电能转化成其他形式能的过程。[注4]‎ ‎2．电功率 ‎(1)定义：单位时间内电流所做的功，表示电流做功的快慢。‎ ‎(2)公式：P＝＝IU。‎ ‎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：Q＝I2Rt。[注5]‎ ‎4．热功率 ‎(1)定义：单位时间内的发热量。‎ ‎(2)表达式：P＝＝I2R。‎ ‎【注解释疑】‎ ‎[注1] 电流既有大小也有方向，但它的运算遵循代数运算法则，是标量。‎ ‎[注2] 当R一定时，I∝U；当U一定时，I∝，但R由导体本身决定，与I、U无关。‎ ‎[注3] 电阻定律表达式是电阻的决定式，而电阻的定义式为R＝，提供了一种测量电阻的方法。‎ ‎[注4] 纯电阻电路遵守欧姆定律，非纯电阻电路不遵守欧姆定律。‎ ‎[注5]在任何电路中，计算电功都可以用W＝UIt，计算电热都可以用Q＝I2Rt。‎ ‎[深化理解]‎ ‎1．在理解公式时一定要注意定义式与决定式的区别，其中定义式或计算式有：I＝、R＝、ρ＝等，决定式有：I＝、I＝nqSv等。‎ ‎2．公式W＝UIt可求解任何电路的电功，而W＝I2Rt＝t只适用于纯电阻电路。‎ ‎3．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。‎ ‎[基础自测]‎ 一、判断题 ‎(1)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。(×)‎ ‎(2)根据I＝，可知I与q成正比。(×)‎ ‎(3)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。(×)‎ ‎(4)公式W＝t＝I2Rt只适用于纯电阻电路。(√)‎ ‎(5)19世纪，焦耳和楞次先后各自独立发现电流通过导体时产生热效应的规律，即焦耳定律。(√)‎ 二、选择题 ‎1．安培提出了著名的分子电流假说，根据这一假说，电子绕原子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 解析：选C　由电流的定义式I＝得电流大小为I＝＝，电流方向为正电荷定向移动的方向，由电子带负电绕原子核顺时针转动可知环形电流方向为逆时针。故C正确。‎ ‎2．[沪科版选修3－1 P67T2改编]有一根长1.22 m的导线，横截面积为0.10 mm2。在它两端加0.60 V电压时，通过它的电流正好是0.10 A。则这根导线是由________制成的(下表是常温下几种材料的电阻率，单位为Ω·m)(　　)‎ 铜 锰铜合金 镍铜合金 铝 ‎1.7×10－8‎ ‎4.4×10－7‎ ‎5.0×10－7‎ ‎2.9×10－8‎ A.铜丝　　　　　　　　 B．锰铜合金 C．镍铜合金 D．铝丝 解析：选C　由R＝及R＝ρ得ρ＝＝Ω·m＝4.9×10－7 Ω·m。所以导线是由镍铜合金制成的。‎ ‎3.[人教版选修3－1 P48T2]某同学对四个电阻各进行了一次测量，把每个电阻两端的电压和通过它的电流在UI坐标系中描点，得到了图中a、b、c、d四个点。则这四个电阻值的大小关系是(　　)‎ A．Ra＞Rb＝Rc＞Rd B．Ra＜Rb＝Rc＜Rd C．Ra＞Rb＝Rd＞Rc D．Ra＜Rb＝Rd＜Rc 解析：选A　由R＝可知，UI图像中，所描点与O点连线的斜率表示电阻的大小，由题图可知Ra>Rb＝Rc>Rd。故A正确。‎ 高考单独对本节内容进行考查的频率不大，但电流及其三个表达式、欧姆定律和电阻定律、伏安特性曲线、电功、电功率及焦耳定律这些知识是电学实验的基础，也是电磁感应综合问题必将涉及的内容。‎ 考点一　电流的理解及其三个表达式的应用[基础自修类]‎ ‎[题点全练]‎ ‎1．[电解液导电问题]‎ 如图所示，在1价离子的电解质溶液内插有两根碳棒A和B作为电极，将它们接在直流电源上，于是溶液里就有电流通过。若在t秒内，通过溶液内截面S的正离子数为n1，通过的负离子数为n2，设基本电荷为e，则以下说法中正确的是(　　)‎ A．正离子定向移动形成的电流方向从A→B，负离子定向移动形成的电流方向从B→A B．溶液内由于正、负离子移动方向相反，溶液中的电流抵消，电流等于零 C．溶液内的电流方向从A→B，电流I＝ D．溶液内的电流方向从A→B，电流I＝ 解析：选D　电荷的定向移动形成电流，规定正电荷定向移动的方向为电流方向，由题图所示可知，溶液中的正离子从A向B运动，负离子由B向A移动，负电荷由B向A移动相当于正电荷由A向B移动，因此电流方向是A→B，带电离子在溶液中定向移动形成电流，电流不为零，故选项A、B错误；溶液中电流方向是A→B，电流I＝＝，故选项C错误，D正确。‎ ‎2．[电流微观表达式]‎ 如图所示，一根长为L、横截面积为S的金属棒，其材料的电阻率为ρ，棒内单位体积内自由电子数为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. C．ρnev D. 解析：选C　由电流定义可知：I＝＝＝neSv。由欧姆定律可得：U＝IR＝neSv·ρ＝ρneLv，又E＝，故E＝ρnev，选项C正确。‎ ‎3．[“柱体微元”模型问题]‎ 在长度为l、横截面积为S、单位体积内自由电子数为n的金属导体两端加上电压，导体中就会产生匀强电场。导体内电荷量为e的自由电子在电场力作用下先做加速运动，然后与做热运动的阳离子碰撞而减速，如此往复……，所以，我们通常将自由电子的这种运动简化成速率为v(不随时间变化)的定向运动。已知阻碍电子运动的阻力大小与电子定向移动的速率v成正比，即Ff＝kv(k是常量)，则该导体的电阻应该等于(　　)‎ A. B. C. D. 解析：选B　电子定向移动，由平衡条件得，kv＝e，则U＝，导体中的电流I＝neSv，电阻R＝＝，选项B正确。‎ ‎[名师微点]‎ 利用“柱体微元”模型求解电流的微观问题时，注意以下基本思路：‎ 设柱体微元的长度为L，横截面积为S，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，电荷定向移动的速率为v，则 ‎(1)柱体微元中的总电荷量为Q＝nLSq。‎ ‎(2)电荷通过横截面的时间t＝。‎ ‎(3)电流的微观表达式I＝＝nqvS。‎ 考点二　欧姆定律和电阻定律的理解与应用[基础自修类]‎ ‎[题点全练]‎ ‎1．[电阻定律的应用]‎ 两根材料相同的均匀导线x和y，其中，x长为l，y长为2l，串联在电路中时沿长度方向的电势φ随位置的变化规律如图所示，那么，x和y两导线的电阻和横截面积之比分别为(　　)‎ A．3∶1　1∶6　　　 　　 B．2∶3　1∶6‎ C．3∶2　1∶5 D．3∶1　5∶1‎ 解析：选A　由题图可知，两导线两端的电压之比为3∶1，电流相同，则电阻之比为3∶1，由电阻定律R＝ρ得横截面积S＝，横截面积之比＝·＝×＝，A正确。‎ ‎2．[欧姆定律的应用]‎ 利用如图所示的电路可以测量电阻的阻值。图中Rx是待测电阻，R0是定值电阻，G是灵敏度很高的电流表，MN是一段均匀的电阻丝。闭合开关，改变滑动头P的位置，当通过电流表G的电流为零时，测得MP＝l1，PN＝l2，则Rx的阻值为(　　)‎ A.R0 B.R0‎ C.R0 D.R0‎ 解析：选C　通过电流表G的电流为零时，P点的电势与R0和Rx连接点的电势相等，即U0＝UMP，根据欧姆定律有U0＝R0，UMP＝Rl1，则＝，由此得＝，根据电阻定律得，电阻丝的电阻R∝l，故＝，所以Rx＝R0，正确选项为C。‎ ‎3．[电阻定律、欧姆定律的综合应用]‎ 如图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UI图像如图乙所示。当U＝10 V时，求电解液的电阻率ρ是多少？‎ 解析：由题图乙可求得U＝10 V时，电解液的电阻 R＝＝ Ω＝2 000 Ω 由题图甲可知电解液容器长l＝a＝1 m 截面积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 ‎[名师微点]‎ 电阻的决定式和定义式的比较 公式 决定式 定义式 R＝ρ R＝ 区别 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)‎ 考点三　伏安特性曲线的理解及应用[师生共研类]‎ ‎1．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。‎ ‎2．两类图线 线性元件的伏安特性曲线是过原点的直线，表明它的电阻是不变的，图中Ra

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