高考物理一轮复习《创新设计》教师用书WORD文档 5.docx
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高考物理一轮复习《创新设计》教师用书WORD文档5
第七章 恒定电流
第1讲 欧姆定律 电阻定律 电功率 焦耳定律
欧姆定律 (考纲要求Ⅱ)
1.电流
(1)定义:
自由电荷的定向移动形成电流.
(2)方向:
规定为正电荷定向移动的方向.
(3)三个公式
①定义式:
I=;
②决定式:
I=;
③微观式:
I=neSv.
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:
适用于金属和电解液导电,适用于纯电阻电路.
电阻定律 (考纲要求Ⅰ)
1.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阻碍作用的大小,R越大,阻碍作用越大.
2.电阻定律
(1)内容:
同种材料的导体,其电阻跟它的长度成正比,与它的横截面积成反比,导体的电阻还与构成它的材料有关.
(2)表达式:
R=ρ.
3.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:
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.
判断正误,正确的划“√”,错误的划“×”.
(1)电流是矢量,电荷定向移动的方向为电流的方向.( )
(2)比值反映了导体阻碍电流的性质,即电阻R=.( )
(3)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.( )
(4)由ρ=知,导体电阻率与导体的电阻和横截面积的乘积RS成正比,与导体的长度l成反比.( )
(5)电阻率是由导体材料本身决定的.( )
答案
(1)×
(2)√ (3)√ (4)× (5)√
电功率、焦耳定律 (考纲要求Ⅰ)
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.
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:
P==IU.
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:
Q=I2Rt.
4.热功率
(1)定义:
单位时间内的发热量.
(2)表达式:
P==I2R.
基础自测
1.(单选)导体的电阻是导体本身的一种性质,对于同种材料的导体,下列表述正确的是( ).
A.横截面积一定,电阻与导体的长度成正比
B.长度一定,电阻与导体的横截面积成正比
C.电压一定,电阻与通过导体的电流成正比
D.电流一定,电阻与导体两端的电压成反比
解析 对于同种材料的导体,电阻率是个定值,根据电阻定律R=ρ可知A对、B错.导体的电阻不随电流或电压的变化而变化.故C、D错.
答案 A
2.(单选)学习完电阻的概念和电阻定律后,你认为下列说法正确的是( ).
A.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
B.由R=ρ可知,导体的电阻与导体的长度成正比,与导体的横截面积成反比
C.由ρ=可知,导体的电阻率与导体的横截面积成正比,与导体的长度成反比
D.导体的电阻率只由材料的种类决定,跟温度无关
解析 导体的电阻是导体本身的性质,与其两端的电压和流过导体的电流无关,A错、B对;电阻率是材料本身的性质,只与材料和温度有关,与导体的长度和横截面积无关,C、D错.
答案 B
3.(单选)有Ⅰ、Ⅱ两根不同材料的电阻丝,长度之比为l1∶l2=1∶5,横截面积之比为S1∶S2=2∶3,电阻之比为R1∶R2=2∶5,外加电压之比为U1∶U2=1∶2,则它们的电阻率之比为( ).
A.2∶3 B.4∶3 C.3∶4 D.8∶3
解析 设两根电阻丝电阻率分别为ρ1、ρ2,由电阻定律R=ρ,故ρ=,所以==,B正确.
答案 B
4.(单选)关于电功W和电热Q的说法正确的是( ).
A.在任何电路中都有W=UIt、Q=I2Rt,且W=Q
B.在任何电路中都有W=UIt、Q=I2Rt,但W不一定等于Q
C.W=UIt、Q=I2Rt均只有在纯电阻电路中才成立
D.W=UIt在任何电路中成立,Q=I2Rt只在纯电阻电路中成立
解析 W=UIt、Q=I2Rt适用于一切电路,但在纯电阻电路中W=Q,在非纯电阻电路中W>Q,B对,A、C、D错.
答案 B
图7-1-1
5.(多选)某导体中的电流随其两端电压的变化如图7-1-1所示,则下列说法中正确的是( ).
A.加5V电压时,导体的电阻约是5Ω
B.加11V电压时,导体的电阻约是1.4Ω
C.由图可知,随着电压的增大,导体的电阻不断减小
D.由图可知,随着电压的减小,导体的电阻不断减小
解析 对某些导体,其伏安特性曲线不是直线,但曲线上某一点的值仍表示该点所对应的电阻值.本题中给出的导体加5V电压时,值为5,所以此时电阻为5Ω,A正确;当电压增大时,值增大,即电阻增大,综合判断可知B、C错误,D正确.
答案 AD
热点一 电阻定律、欧姆定律的理解与应用
1.电阻与电阻率的区别
电阻是反映导体对电流阻碍作用大小的物理量,电阻大的导体对电流的阻碍作用大.
电阻率是反映制作导体的材料导电性能好坏的物理量,电阻率小的材料导电性能好.
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液
适用于任何纯电阻导体
【典例1】两根完全相同的金属裸导线,如果把其中的一根均匀拉长到原来的2倍,把另一根对折后绞合起来,然后给它们分别加上相同电压后,则在相同时间内通过它们的电荷量之比为( ).
A.1∶4 B.1∶8 C.1∶16 D.16∶1
解析 本题应根据电阻定律R=ρ、欧姆定律I=和电流定义式I=求解.对于第一根导线,均匀拉长到原来的2倍,则其横截面积必然变为原来的,由电阻定律可得其电阻变为原来的4倍,第二根导线对折后,长度变为原来的,横截面积变为原来的2倍,故其电阻变为原来的.给上述变化后的裸导线加上相同的电压,由欧姆定律得:
I1=,I2==,由I=可知,在相同时间内,电荷量之比q1∶q2=I1∶I2=1∶16.
答案 C
反思总结 导体形变后电阻的分析方法
某一导体的形状改变后,讨论其电阻变化应抓住以下三点:
(1)导体的电阻率不变.
(2)导体的体积不变,由V=lS可知l与S成反比.
(3)在ρ、l、S都确定之后,应用电阻定律R=ρ求解.
【跟踪短训】
1.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10R
B.常温下,若将金属丝从中点对折起来,电阻变为R
C.给金属丝加上的电压逐渐从零增大到U0,则任一状态下的比值不变
D.金属材料的电阻率随温度的升高而增大
解析 当l′=10l,S′=S时,由R=ρ知R′=100R.故A错;若将金属丝从中点对折,L′=l,S′=2S,R′=R,故B对;给金属丝加的电压逐渐增大时,其电阻率会随温度升高而增大,电阻值也增大,故C错、D对.
答案 BD
2.用电器距离电源为L,线路上的电流为I,为使在线路上的电压降不超过U,已知输电线的电阻率为ρ.那么,输电线的横截面积的最小值为( ).
A.ρL/RB.2ρLI/U
C.U/(ρLI) D.2UL/(Iρ)
解析 输电线的总长为2L,由公式R=,R=ρ得S=,故B正确.
答案 B
热点二 电功、电热、电功率和热功率
图7-1-2
【典例2】 在如图7-1-2所示电路中,电源电动势为12V,电源内阻为1.0Ω,电路中的电阻R0为1.5Ω,小型直流电动机M的内阻为0.5Ω.闭合开关S后,电动机转动,电流表的示数为2.0A.则以下判断中正确的是( ).
A.电动机的输出功率为14W
B.电动机两端的电压为7.0V
C.电动机的发热功率为4.0W
D.电源输出的电功率为24W
审题指导
(1)如何计算电源的输出功率?
_________________________________________________________________.
(2)如何计算电动机的发热功率?
_________________________________________________________________.
(3)如何计算电动机的输出功率?
________________________________________________________________.
提示
(1)P电源=IU
(2)P机热=I2r
(3)P机出=IU机-I2r
解析 由部分电路欧姆定律知电阻R0两端电压为U=IR0=3.0V,电源内电压为U内=Ir=2.0V,所以电动机两端电压为U机=E-U-U内=7.0V,B对;电动机的发热功率和总功率分别为P热=I2r1=2W、P总=U机I=14W,C错;电动机的输出功率为P出=P总-P热=12W,A错;电源的输出功率为P=U端I=20W,D错.
答案 B
反思总结 电功和电热的处理方法
无论在纯电阻电路还是在非纯电阻电路中,发热功率都是I2r.处理非纯电阻电路的计算问题时,要善于从能量转化的角度出发,紧紧围绕能量守恒定律,利用“电功=电热+其他能量”寻找等量关系求解.
【跟踪短训】
图7-1-3
3.如图7-1-3所示,用输出电压为1.4V,输电电流为100mA的充电器对内阻为2Ω的镍氢电池充电.下列说法正确的是( ).
A.电能转化为化学能的功率为0.12W
B.充电器输出的电功率为0.14W
C.充电时,电池消耗的热功率为0.12W
D.充电器把0.14W的功率储存在电池内
解析 充电器对电池的充电功率为P总=UI=0.14W,电池充电时的热功率为P热=I2r=0.02W,所以转化为化学能的功率为P化=P总-P热=0.12W,因此充电器把0.12W的功率储存在电池内,故A、B正确,C、D错误.
答案 AB
4.一只电饭煲和一台洗衣机并联接在输出电压220V的交流电源上(其内电阻可忽略不计),均正常工作.用电流表分别测得通过电饭煲的电流是5.0A,通过洗衣机电动机的电流是0.50A,则下列说法中正确的是( ).
A.电饭煲的电阻为44Ω,洗衣机电动机线圈的电阻为440Ω
B.电饭煲消耗的电功率为1555W,洗衣机电动机消耗的电功率为155.5W
C.1min内电饭煲消耗的电能为6.6×104J,洗衣机电动机消耗的电能为6.6×103J
D.电饭煲发热功率是洗衣机电动机发热功率的10倍
解析 一只电饭煲和一台洗衣机并联接在输出电压为220V的电源上,电饭煲可视为纯电阻,电饭煲的电阻为R=U/I=44Ω,洗衣机主要元件是电动机,不能利用欧姆定律计算线圈的电阻,选项A错误;电饭煲消耗的电功率为P=UI=220×5W=1100W,洗衣机电动机消耗的电功率为P=UI=110W,选项B错误;1min内电饭煲消耗的电能为Pt=1100W×60s=6.6×104J,洗衣机电动机消耗的电能为Pt=110W×60s=6.6×103J,选项C正确.电饭煲发热功率是I2R=52×44W=1100W,根据题述不能计算出洗衣机电动机内阻和发热功率,选项D错误.
答案 C
思想方法 11.欧姆定律I=、电功率P=IU和热功率P=I2R的使用
1.欧姆定律I=的使用
对于纯电阻,适合欧姆定律,即纯电阻两端的电压满足U=IR.
对于非纯电阻,不适合欧姆定律,因P电=UI=P热+P其他=I2R+P其他,所以UI>I2R,即非纯电阻两端的电压满足U>IR.
【典例1】有一家用电风扇,电风扇两端的电压为220V,工作电流为0.5A,则下列说法中,正确的是( ).
A.电扇线圈的电阻为440Ω
B.电扇线圈的电阻大于440Ω
C.电扇线圈的电阻小于440Ω
D.电风扇线圈的电阻满足欧姆定律
解析 电风扇是非纯电阻,故电风扇两端的电压满足U>IR,所以220>0.5R,所以R<440Ω.选CD.
答案 CD
反思总结 在解答这类问题时,很多同学没有辨明用电器是纯电阻还是非纯电阻,就直接用欧姆定律求解,导致错误.
图7-1-4
即学即练1 有一提升重物的直流电动机,工作时电路如图7-1-4所示,内阻为r=0.6Ω,R=10Ω,直流电压为U=160V,电压表两端的示数为110V,则通过电动机的电流是多少?
电动机的输入功率为多少?
电动机在1h内产生的热量是多少?
解析 电动机正常工作时,电动机两端的电压不满足欧姆定律,故不能直接用欧姆定律来求流过电动机的电流.因电动机和电阻串联,所以流过电动机的电流等于流过电阻的电流.I==A=5A
P输入=UI=110×5W=550W
Q=I2rt=52×0.6×3600J=5.4×104J
答案 5A 550W 5.4×104J
2.电功率P=UI和热功率P=I2R的使用
不论纯电阻还是非纯电阻,电流的电功率均为P电=UI,热功率均为P热=I2R.
对于纯电阻而言:
P电=P热=UI=I2R=
对于非纯电阻而言:
P电=UI=P热+P其他=I2R+P其他≠+P其他
【典例2】额定电压都是110V,额定功率PA=100W,PB=40W的电灯两盏,若接入电压是220V的下列电路上,则使两盏电灯均能正常发光,且电路中消耗的电功率最小的电路是( ).
解析 判断灯泡能否正常发光,就要判断电压是否为额定电压,或电流是否为额定电流.
由P=和已知条件可知,RA 对于A电路,由于RA 对于B电路,由于RA 对于C电路,B灯与变阻器并联电阻可能等于RA,所以可能UA=UB=110V,两灯可以正常发光. 对于D电路,若变阻器的有效电阻等于A、B的并联电阻,则UA=UB=110V,两灯可以正常发光. 比较C、D两个电路,由于C电路中变阻器功率为(IA-IB)×110V,而D电路中变阻器功率为(IA+IB)×110V,所以C电路消耗的功率最小.选C. 答案 C 反思总结 此类问题的分析思路分两步: 先分清哪个电路的灯泡能正常发光,这里可以从电压、电流、电功率三个量中任意挑选一个使其达到其额定值,其余两个也达到额定值;确定了正常发光的电路后,再比较哪一个的实际功率小,可以用计算的方法比较,也可以用定性分析的方法比较. 图7-1-5 即学即练2 如图7-1-5所示,电源电动势E=8V,内阻为r=0.5Ω,“3V,3W”的灯泡L与电动机M串联接在电源上,灯泡刚好正常发光,电动机刚好正常工作,电动机的线圈电阻R0=1.5Ω.下列说法中正确的是( ). A.通过电动机的电流为1.6A B.电源的输出功率是8W C.电动机消耗的电功率为3W D.电动机的输出功率为3W 解析 “3V,3W”的灯泡L与电动机M串联,说明通过灯泡与电动机的电流相等,其电流大小为IL===1A;路端电压U=E-ILr=8V-1A×0.5Ω=7.5V,电源的输出功率P出=UIL=7.5V×1A=7.5W;电动机消耗的功率为PM=P出-PL=7.5W-3W=4.5W;电动机的热功率为P热=IR0=1.5Ω×(1A)2=1.5W;电动机的输出功率为PM-P热=4.5W-1.5W=3W. 答案 D 附: 对应高考题组(PPT课件文本,见教师用书) 1.(2011·全国卷)通常一次闪电过程历时约0.2~0.3s,它由若干个相继发生的闪击构成.每个闪击持续时间仅40~80μs,电荷转移主要发生在第一个闪击过程中.在某一次闪电前云地之间的电势差约为1.0×109V,云地间距离约为1km;第一个闪击过程中云地间转移的电荷量约为6C,闪击持续时间约为60μs.假定闪电前云地间的电场是均匀的.根据以上数据,下列判断正确的是( ). A.闪电电流的瞬时值可达到1×105A B.整个闪电过程的平均功率约为1×1014W C.闪电前云地间的电场强度约为1×106V/m D.整个闪电过程向外释放的能量约为6×106J 解析 根据题意,第一个闪击过程中转移电荷量Q=6C,时间约为t=60μs,故平均电流为I平==1×105A,闪电过程中的瞬时值可达到1×105A,故A对;第一次闪击过程中电功约为W=QU=6×109J,第一个闪击过程的平均功率P==1×1014W,由于一次闪电过程的电荷转移主要发生在第一个闪击过程中,但整个闪电过程的时间远大于60μs,故B错;闪电前云地间的电场强度约为E==V/m=1×106V/m,C对;整个闪电过程向外释放的能量约为W=6×109J,D错. 答案 AC 2.(2012·浙江卷,17)功率为10W的发光二极管(LED灯)的亮度与功率为60W的白炽灯相当.根据国家节能战略,2016年前普通白炽灯应被淘汰.假设每户家庭有2只60W的白炽灯,均用10W的LED灯替代,估算出全国一年节省的电能最接近( ). A.8×108kW·h B.8×1010kW·h C.8×1011kW·h D.8×1013kW·h 解析 按每户一天亮灯5小时计算,每户一年节省的电能为(2×60-2×10)×10-3×5×365kW·h=182.5kW·h,假设全国共有4亿户家庭,则全国一年节省的电能为182.5×4×108kW·h=7.3×1010kW·h,最接近于B选项,故选项B正确,选项A、C、D错误. 答案 B 3.(2012·上海卷,13)当电阻两端加上某一稳定电压时,通过该电阻的电荷量为0.3C,消耗的电能为0.9J.为在相同时间内使0.6C的电荷量通过该电阻,在其两端需加的电压和消耗的电能分别是( ). A.3V 1.8J B.3V 3.6J C.6V 1.8J D.6V 3.6J 解析 设两次加在电阻R上的电压分别为U1和U2,通电的时间都为t.由公式W1=U1q1和W1=t可得: U1=3V,=0.1.再由W2=U2q2和W2=t可求出: U2=6V,W2=3.6J,故选项D正确. 答案 D 4.(2012·四川卷,23)四川省“十二五”水利发展规划指出,若按现有供水能力测算,我省供水缺口极大,蓄引提水是目前解决供水问题的重要手段之一.某地要把河水抽高20m,进入蓄水池,用一台电动机通过传动效率为80%的皮带,带动效率为60%的离心水泵工作.工作电压为380V,此时输入电动机的电功率为19kW,电动机的内阻为0.4Ω.已知水的密度为1×103kg/m3,重力加速度取10m/s2.求: (1)电动机内阻消耗的热功率; (2)将蓄水池蓄入864m3的水需要的时间(不计进、出水口的水流速度). 解析 (1)设电动机的电功率为P,则P=UI, 设电动机内阻r上消耗的热功率为Pr,则Pr=I2r, 代入数据解得Pr=1×103W. (2)设蓄水总质量为M,所用抽水时间为t.已知抽水高度为h,容积为V,水的密度为ρ,则M=ρV, 设质量为M的河水增加的重力势能为ΔEp,则 ΔEp=Mgh, 设电动机的输出功率为P0,则P0=P-Pr, 根据能量守恒定律得P0t×60%×80%=ΔEp, 代入数据解得t=2×104s. 答案 (1)1×103W (2)2×104s 对应学生用书P273 A 对点训练——练熟基础知识 题组一 欧姆定律、电阻定律的应用 1.(单选)有一段长1m的电阻丝,电阻是10Ω,现把它均匀拉伸到长为5m,则电阻变为( ). A.10Ω B.50Ω C.150Ω D.250Ω 解析 电阻丝无论怎样拉长其体积不变,但随着长度增加,截面面积在减小,即满足V=Sl关系式.把电阻丝由1m均匀拉伸到5m时,截面面积变成原来的,由电阻定律R=ρ可知电阻变成原来的25倍,D正确. 答案 D 图7-1-6 2.(单选)R1和R2分别标有“2Ω,1.0A”和“4Ω,0.5A”,将它们串联后接入电路中,如图7-1-6所示,则此电路中允许消耗的最大功率为( ). A.1.5W B.3.0W C.5.0W D.6.0W 解析 R1和R2串联后的总电阻为R=R1+R2=6Ω,电路中的电流不能超过R2的额定电流,即0.5A.则P=I2R=1.5W,故A正确. 答案 A 3.(单选)欧姆不仅发现了欧姆定律,还研究了电阻定律.有一个长方体金属电阻,材料分布均匀,边长分别为a、b、c,且a>b>c.电流沿以下方向流过该金属电阻,其中电阻阻值最小的是( ). 解析 根据电阻定律R=ρ,导线越短、横截面积越大,电阻越小,A正确. 答案 A 4.(2013·汕头高三模拟)(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7-1-7所示的电路的A、B两端,接R1时电压表的读数为U1,接R2时电压表的读数为U2,则下列判断正确的是( ). 图7-1-7 A.R1=R2 B.R1>R2 C.U1 解析 电流从导体的横截面流过,由电阻定律R=ρ=ρ=,可见电阻与边长a无关,A对;因外电阻相同,故路端电压相等,D正确. 答案 AD 题组二 I—U的图象的理解及应用 图7-1-8 5.(多选)如图7-1-8所示是电阻R的I-U图象,图中α=45°,由此得出( ). A.通过电阻的电流与两端电压成正比 B.电阻R=0.5Ω C.因I-U图象的斜率表示电阻的倒数,故R=1/tanα=1.0Ω D.在R两端加上6.0V的电压时,每秒通过电阻横截面的电荷量是3.0C 解析 由I-U图象可知,图线是一条过原点的倾斜直线,即I和U成正比,A正确;而电阻R==Ω=2Ω,B错误;由于纵横坐标的标度不一样,故不能用tanα计算斜率表示电阻的倒数,C项错误;在R两端加上6.0V电压时I==A=3.0A,每秒通过电阻横截面的电荷量q=It=3.0×1C=3.0C,选项D正确. 答案 AD 图7-1-9 6.(单选)某种材料的导体,其I-U图象如图7-1-9所示,图象上A点与原点的连线与横轴成α角,A点的切线与横轴成β角.下列说法正确的是( ). A.导体的电功率随电压U的增大而增大 B.导体的电阻随电压U的增大而增大 C.在A点,导体的电阻为tanα D.在A点,导体的电阻为tanβ 解析 由题图知,U增大时,电功率P=UI增大,所以A正确;由电阻R=U/I知,IU曲线上某点对应的电阻为该点与原点连线的斜率的倒数,即A点导体的电阻为cotα,所以C、D均错;由IU图象知,曲线切线的斜率随U的增大而不断增大,即电阻越来越小,B错误. 答案 A 图7-1-10 7.(
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