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第七章恒定电流
[考纲要求]
知识内容
考试要求
备考方略
必考
加试
电源和电流
b
c
1•本章内容常以单选题形式出现,考查突出电路的基本概念和规律、闭合电路的欧姆定律等。
2.本章内容也可以实验题形式出现,实验部分以基本仪器的使用和电路实验为主。
3.本章内容可以与电磁感应知识结合出现。
电动势
b
c
欧姆定律、u—/图象及/—U图象
c
c
串联电路和并联电路
c
c
焦耳定律
c
c
导体的电阻
c
c
闭合电路的欧姆定律
c
d
多用电表的原理
a
实验9:
测绘小灯泡的伏安特性曲线
V
实验10:
探究导体电阻与其影响因素
(包括材料)的关系
V
实验11:
练习使用多用电表
V
实验12:
测定电池的电动势和内阻
V
第1课时欧姆定律焦耳走律及导体的勒阻
I基础棉理
1•电源和电流
(1)电流形成的机制:
自由电荷的定向移动形成电流,一是要有口由电荷,二是要有电势差。
(2)恒定电流的含义:
人小和方向都不变的电流称为恒定电流。
⑶电流方向的确定方法:
电流是标量(填“标量”或“矢量”),电流方向跟正电荷定向移动的方向相同,外电路由电源正极流向电源负极,内电路由电源负极流向电源正极。
(4)电流的定义式及单位:
/=*其中q是时间f内通过导体橫截直的电荷量,电流的单位:
盛,符号:
Ao
2.电动势
(1)物理意义:
反映电源将其他形式的能转化为电能本领大小的物理量。
(2)定义:
电源在移动电荷过程中,非静电力对电荷做的功0与移动电荷的电直量的比值。
W
(3)定义式:
E=~;单位:
伏徒,符号:
Vo
⑷电源内部也是由导体组成的,电源内部的电阻叫电源的内阻。
3.欧姆定律
(1)内容:
导体中的电流/跟导体两端的电压U成业,跟导体的电阻/?
成反比。
(2)公式:
1=器
(3)适用条件:
适用于金厲和电解液导电,适用于纯电阻电路。
4.导体的电阻
⑴电阻
1定义式:
R=冷。
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,7?
越大,阻碍作用越去。
(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=点。
G)电阻率
1计算式:
p=占。
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
半导体:
电阻率随温度升高而减小。
5.焦耳定律
(1)电热:
电流流过一段导体吋产生的热量。
(2)计算式:
Q=电。
6.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。
W
(2)公式:
P=—=IU.
【思考判断】
1•导体中只要电荷运动就形成电流(X)
2.屯流有方向,所以它是一个矢量(X)
3.根据/=务可知/与g成正比(X)
4•电流越大,单位时间内通过导体横截而的电荷量就越多(丿)
5.屯动势越大,屯源把其他形式的能转化为电能的本领越大(V)
6.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(X)
7.由p=畀舟,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(X)
&公式W=UIt及Q=pRt适用于任何电路(V)
9.公式W=^t=I2Rt只适用于纯电阻电路(V)
考点搽究「
考点一电源和电流、电动势(b/c)
[要点突破]
电动势与电压的区别和联系
1.电源电动势是表征电源特性的物理量,只与电源有关,与外电路的状况无关;电路中任意两点之间的电压与电源的电动势和电路参数有关。
2•屯动势的大小反映了电源把其他形式的能转化为电能的本领,即非静电力移送单位正电荷从电源负极至正极所做的功;电压的大小表示电场力在电场中两点之间移动单位正电荷做的功,是把电能转化为其他形式的能。
3•两者之间的联系:
电路闭合时,E=U内+U外;电路断开时,E=Uz
[典例剖析]
【例1】下列说法错误的是()
A.电源外部存在着由正极指向负极的电场,内部存在着由负极指向正极的电场
B.在电源的外部负电荷靠静电力由电源的负极流向止极
C.在电源的内部正电荷靠非静电力由电源的负极流向正极
D.在电池中是化学能转化为电势能
解析无论是电源外部还是内部,电场方向都是由正极指向负极,选项A错误;在外电路,电荷在静电力作用下移动,在内电路,电荷在非静电力作用下移动,故选项B、C正确;电池是把化学能转化为电势能的装置,选项D正确。
答案A
【例2】在示波管中,2s内有6X1013个电子通过横截面积大小不知的电子枪,则示波管中电流大小为()
A.4.8X10"6AB.3X10',3A
C.9.6X1O_6AD.无法确定
g"I也qne6X1013X1.6X10-19_6»、儿p
解析由q=It得,^=f=~=2A=4.8X106A,故选项A
正确。
答案A
[针对训练]
w
1•对于电动势的定义式E=t的理解,正确的是()
A.E与"成正比
B.E与q成反比
C.E的大小与W.q无关
D.W表示静电力做的功
解析电动势是描述电源把其他形式的能转化为电势能本领大小的物理量,其大小由电源性质决定,与W.g无关,而公式中"为非静电力做的功,故选项C正确。
答案C
2.—台发电机用0.5A电流向外输电,在1min内将180J的机械能转化为电能,
D12Vr1OQ
解析由W=Eq,q=It可得:
£=方=方=05x60V=6V,故选项A正确。
答案A
考点二欧姆定律、导体的电阻、UT图象(c/c)
[要点突破]
1.根据伏安特性曲线求电阻
(1)图甲中,图线a、b表示线性元件,图乙中图线c、〃表示非线性元件。
(2)图线Q、b的斜率表示电阻的倒数,斜率越大,电阻越小,故Ra (3)图线c的电阻随电压的增大而减小,图线d的电阻随电压的增大而增大(如图乙所示)。 (4)伏安特性曲线上每一点的电压坐标与电流坐标的比值即R=¥对应这一状态 下的电阻。 要特别注意7? 工 2.电阻的决定式和定义式的区别 公式 R氓 电阻的决定式 电阻的定义式 说明了导体的电阻由哪些因素决 提供了一种测电阻的方法伏 区别 定,7? 由"、1、S共同决定 安法,Zu、/均无关 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 [典例剖析] 【例1](2016^浙江10月选考)一根细橡胶管中灌满盐水,两端用短粗铜丝塞住 管口,管屮盐水柱长为40cm时,测得电阻为7? 若溶液的电阻随长度、横截面 积的变化规律与金属导体相同。 现将管中盐水柱均匀拉长至50cm(盐水体积不 变,仍充满橡胶管)。 则盐水柱电阻为() 45 A.gT? B邪 C%D諦 ]D 解析由电阻定律有R=p§又y=lS,则Rg卩,”7答案D 【例2】如图所示为一小灯泡的伏安特性曲线,横轴和纵轴分别表示电压[/和 电流/,图线上点/的坐标为(U,A),过点/的切线与纵轴交点的纵坐标为厶, 小灯泡两端的电压为3时,电阻等于() D悬 由电阻的定义式R=¥可知小灯泡的电阻为R=¥'B正确,A、C、D错 误。 答案B 【例3】一段长为/,电阻为7? 的均匀电阻丝,把它拉制成3/长的均匀细丝后, B3R D.R 切成等长的三段,然后把它们并联在一起,其电阻值为()A-fcf 解析根据电阻定律R=pg在拉伸过程中电阻丝的体积不变,当长度变为原来 1319/ 的3倍后,横截面积变为原来的扌,所以Rf=pY=f^=9R,平分成3段后,每 段的电阻为3R,故根据并联电路规律可得并联后的电阻为±=当+存+寺,解得7? 并=7? 故选项D正确。 答案D 【方法总结】 (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。 为曲线,电阻跟曲线的斜率无关,只能依据曲线对应点的坐标比值#计算求解。 [针对训练] 1.如图所示,厚薄均匀的矩形金属薄片边长ab=2bc,当将/与B接入电路或将 C与D接入电路中时电阻之比7? 肋: Rcd%() C aJb oo AB d~I“ D A.l: 4B.l: 2 C.2: 1D.4: 1 解析表达式R=pg中,/为沿电流方向上的长度,S为垂直电流方向的导体的横截面积,所以接/、B端与接C、Q端时导体的电阻之比为瞪=(普尸=4,选项D正确。 答案D 2.—个标有“220V60W”的白炽灯泡,加上的电压U由零逐渐增大到220V, 在此过程中,电压(S和电流⑺的关系可用图线表示。 图中给出的四个图线中, 答案B 3.某一导体的伏安特性曲线如图中力凤曲线)所示,关于导体的电阻,以下说法正 确的是() A.E点的电阻为12Q B.B点的电阻为40Q C.工作状态从力变化到B时,导体的电阻因温度的影响改变了1Q D.H作状态从/变化到B时,导体的电阻因温度的影响改变了9Q 3解析根据电阻的定义式可以求出/、B两点的电阻分别为心=冇Q=30Q,心=熬Q=40Q,所以△R=Rb_Ra=\0Q,故B正确,A、C、D错误。 答案B 考点三焦耳定律(c/c) [要点突破] 1.电功、电热、电功率和热功率 W=Q fx LW>Q 隹纯电阻 「如电风扇、电动机、电解權等 2•电功和电热的处理方法 (1)首先要分清所研究的电路是纯电阻电路还是非纯电阻电路,正确选择计算公式。 (2)处理菲纯电阻电路的计算问题时,要善于从能量转化的角度岀发,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。 [典例剖析] 【例1】如图所示,有一内电阻为4.4Q的电解槽和一-盏标有“110V60W” 的灯泡串联后接在电压为220V的直流电源两端,灯泡正常发光,贝9() 220V A.电解槽消耗的电功率为120W B.电解槽的发热功率为60W C.屯解槽消耗的屯功率为60W D.电路消耗的总功率为60W p6解析灯泡正常发光,说明灯泡和电解槽均分得110V电压,且电流/=方=亓A, P亀林=7^=60W,故A错误,C正确;P热="r內~1.3w,即B错误;P息=卩灯+P电和=120W,故D错误。 答案C 【例2]如图所示是一个电热水壶的铭牌,小沈同学利用所学知识,结合该铭牌上获取的信息,得出该电热水壶() 屯热水壶 产品型号: XXX 额定频率: 50Hz 额定电压: 220V〜 额定容ft: 1.2L 额定功率: 1500W 执行标准: A.正常工作时的电流约为6.8A B.正常工作5min耗电约0.5kW-h C.只能在直流电下工作 D.只能在220V电压下工作 解析由P—UI,得1=月_220Aa6.8A,A选项正确;/—5min—h_丄h,AE=W=R=1.5X吉kW•h=0.125kW•h,B选项错误;工作电压可以比额定电压稍低,“〜”表示使用的是交流电,C、D选项错误。 答案A 【方法总结】 [J1 (1)在非纯电阻电路中,鼻7既不表示电功也不表示电热,是没有意义的。 (2)区别纯电阻与非纯电阻的关键是看电能转化的去向,若电能全部转化为电热,则为纯电阻,否则为非纯电阻。 (3)在一定情况下,纯电阻与非纯电阻是可以相互转化的,如电动机卡住时,就变成纯电阻了。 [针对训练] 1.随着我国人民生活水平的不断提高,家庭中使用的电器越来越多。 下列电器中主要利用电流的热效应工作的是() A.电风扇B.电动轿车 C.洗衣机D.电饭煲 解析电风扇、电动轿车、洗衣机均利用电动机将电能主要转化为机械能,而电饭煲则是利用电流的热效应使电能变为内能,故选项D正确。 答案D 2.(2016•浙江10月选考)如图为-•种服务型机器人,其额定功率为48W,额定工作电压为24V,机器人的锂电池容量为20A-ho则机器人() A.额定工作电流为20A B.充满电后最长工作时间为2h C.电池充满电后总电荷量为7.2X104C D.以额定电流工作时每秒消耗能量为20J 解析由P=IU知额定电流Z=$=2A,选项A错误;充满电后,锂电池容量为20A•h,最长工作时间/=¥=10h,选项B错误;电池充满电后总电荷量0 =〃=20X 3600C=7.2X104C,选项C正确;以额定电流工作时每秒消耗能量W=IUt=48J,D错误。 答案C 3.(2017-绍兴模拟)家电待机耗电问题常常被市民所忽略。 北京市电力公司曾举办 “计量H进您家”活动,免费上门为市民做家庭用电耗能诊断分析。 在上门实测过程中,技术人员发现电视机待机一天的耗电量在0.2度左右,小小机顶盒一天的待机耗屯量更是高达0.4度。 据最新统计绍兴市的常住人口约500万人,参考下表数据,估算每年绍兴地区家庭用电器待机耗电量约为() 家庭常用电器 电视机 洗衣机 空调 电脑 户均数量(台) 2 1 2 1 电器待机功耗(W/台) 10 20 40 40 A.2X105度B.2X107度 C.2X109度D.2X1011度 解析由题意可知,绍兴市家庭数为/2=5°°4W=l-25X106,每户家庭用电器待机耗电功率P户=160W,每年全区家用电器待机耗电量W=a7P^/=1.25X106X365X24X160W•h=1.75X109KW•h^2X109度。 答案C 1.如图所示是某一电器的铭牌。 从铭牌上的信息可推断该铭牌对应的电器可能是 ◎回 型号: FSJ-18OI规旃: 180mm额定电压;220V-猟定频率: 50Hz额定功率: 24W A.电风闵B.电饭煲C.电熨斗D•电热水壶 解析根据铭牌读出用电器的额定功率为24W,选项中电饭煲、电熨斗、电热水壶都是大功率用电器,只有电风扇的功率较小,故A正确。 答案A 2.下列关于电源的说法屮正确的是() A.在外电路和电源内部,正电荷都受到静电力的作用,所以能不断地定向移动形成电流 B.静电力与非静电力都可以使电荷移动,所以本质上都是使电荷的电势能减少 C.在电源内部,正电荷能从负极移动到正极是因为电源内部只存在非静电力而不存在静电力 D.静电力移动电荷做功电势能减少,非静电力移动电荷做功电势能增加 解析电源内部非静电力做功使电荷的电势能增加,引出了电动势的概念,来描述非静电力的做功本领,而静电力移动电荷做正功使电势能减少,选项D正确。 答案D 3.把两根电阻相同的电热丝先串联后并联分别接在电压相等的电源上,若要产生相等的热量,则两种方法所需的吋间之比/串: t并为() A. C.4: 1 1: 1B.2: 1 D.1: 4 解析设每根电热丝电阻为7? o,由串、并联电路的特点可知,串联后总电阻为 R尸2R°,并联后总电阻为R2埠,由式子Q=^t知,要产生相等的热量,则有ifu2 opi串并,可得f串•f并=4: 1,故选项C正确。 乙心Ao T 答案C 4.(2017-宁波模拟)锂电池因能量密度高、绿色环保而广泛使用在手机等电子产品 中。 现用充电器为一手机锂电池充电,等效电路如图所示,充电器电源的输出电 压为U输出电流为/,手机电池的内阻为厂,下列说法止确的是() A.电能转化为化学能的功率为UI B.充电器输出的电功率为Ul+I2r C.电池产生的热功率为尸厂 /r D.充电器的充电效率为万X100% 解析充电器将电能转化为锂电池的化学能和内能,即UIt=E工+Prt,充电器输出的电功率为电池产生的热功率为尸尸,据此可知,电能转化为化学能的 TJ—Jr 功率为UI~I2r,充电器的充电效率为—^X100%,所以选项C正确,A、B、D错误。 答案C I达标训练 [基础过关] 1.(2017-宁波模拟)电源电动势的大小反映的是() A.电源把电能转化为其他形式的能的本领的大小 B.电源把其他形式的能转化为电能的本领的大小 C.电源单位时间内传送电荷量的多少 D.电流做功的快慢 解析电动势的大小反映的是电源把其他形式能转化成电能的本领大小,A错误,B正确;电动势的大小等于电源把单位正电荷从负极移动到正极克服电场力所做的功,而单位时间内传送电荷量的多少是电流的定义即/=¥,C错误;描述电流做功快慢的物理量是电功率而不是电动势,D错误。 答案B 2.关于导体的电阻和电阻率,下列说法中正确的是() 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=p^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.由今可知,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.由p=号可知导体的电阻越大,其电阻率越大 解析导体的电阻是导体本身的性质,与两端电压和电流无关,选项A错误,B正确;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,选项C、D均错误。 答案B 3.(2015-10浙江选考)如图所示是我国某10兆瓦(1兆瓦=10呐)光伏发电站,投入使用后每年可减少排放近万吨二氧化碳。 已知该地区每年能正常发电的吋间约为1200h,则该电站年发电量约为() A」.2X106kW•hB」.2X107kW•h C.1.2X109kW•hD.1.2X1010kW•h 解析根据W=Pt可知,Pr=106X10'3Xl200kW•h=1.2X106kW•h,选项 A正确,B、C、D错误。 答案A 4.额定电压、额定功率均相同的电吹风机、电热水壶和H光灯,各自在额定电压下正常工作了相同的时间。 比较它们产生的热量,下列说法正确的是() A.电吹风机最多B.电热水壶最多 C.日光灯最多D.—样多 解析电吹风机、电热水壶和日光灯额定电压、额定功率相同,相同时间内消耗的电能相等,而电吹风机消耗的电能大部分转化为机械能,日光灯消耗的电能大部分转化为光能,电热水壶消耗的电能全部转化为内能,所以电热水壶产生的热量最多,选项B正确。 答案B 5•下列关于电阻率的叙述,正确的是() A.电阻率与导体的长度和横截面积有关 B.电阻率表征了材料的导电能力的强弱,由导体的材料决定,且与温度有关 C.屯阻率大的导体,屯阻一定大 D.有些合金的电阻率几乎不受温度变化的影响,可以用来制成电阻温度计 解析电阻率表征了材料的导电能力的强弱,电阻率的大小与材料、温度有关,与横截面积、长度无关,选项A错误,B正确;根据电阻定律R=pg知,电阻率大的导体,电阻不一定大,还与横截面积和长度有关,选项C错误;有些合金 的电阻率几乎不受温度变化的影响,温度变化时电阻几乎不变,无法显示其温度,不能用来制成电阻温度计,选项D错误。 答案B 6.(2016-慈溪中学期中)一个阻值为7? 的电阻两端加上电压U后,通过电阻横截面的电荷量q随时间变化的图象如图所示,此图象的斜率可表示为() AQ CR解析根据电流的定义式/=f,可知g—/图象的斜率代表的就是电流,根据欧姆定律可知,1=%故D正确。 答案D 7.电子产品制作车间里常帘使用电烙铁焊接电阻器和电容器等零件,技术工人常 将电烙铁和一个灯泡串联使用,灯泡还和一只开关并联,然后再接到电源上(如 图所示),下列说法正确的是( A.开关接通时比开关断开时消耗的总电功率大 解析开关接通时,灯泡被短路,灯泡熄灭,电路的总电阻变小,电路的总功率P=*变大,电烙铁的功率变大。 答案A&一台电动机,额定电压是220V,电阻是1Q。 正常工作吋,通过的电流为5A, 则电动机因发热损失的功率为() C.220WD.25W 解析电动机因发热损失的功率P=Z27? =52X1W=25Wo故选项D正确。 答案D 9.(2016-8月温州选考模拟)扫地机器人是智能家用电器的一种,它利用自身携带的小型吸尘部件进行吸尘清担,如图为"iRobot”扫地机器人,已知其电池容量2 000mAh,额定工作电压15V,额定功率30W,则下列说法正确的是() A.扫地机器人的电阻是10Q B.题中“mAh”是能量的单位 C.扫地机器人正常工作时的电流是2A D.扫地机器人充满电后一次工作时间约为4h 解析扫地机器人不是纯电阻,无法求出其电阻为10Q,A错误;mAh是电荷 P 量单位,不是能量单位,B错误;由P=UI可得/—=2A,C正确;工作时间 /=¥=1h,D错误。 答案C 10.—台电动机线圈的电阻为人,电动机正常工作时,两端电压为通过电流为/,工作时间为下列说法正确的是() A.电路中的电流/=# B.电动机消耗的电能为 C.电动机消耗的电能为I~Rt D.电动机线圈产生的热量为曽 解析对于电动机,由于不是纯电阻电路,所以欧姆定律不适用,电动机的总功率的大小为P=IU,所以消耗的总的电能为/口,所以选项A、D均错误,B正确;电动机线圈发热的功率为T2/? 所以电动机线圈产生的热量为Q=I2Rt,选项C错误。 答案B [能力提升] 11.如图所示,电阻7? 和电动机M串联接到电路中,已知电阻7? 跟电动机M线圈的电阻相等,开关闭合后,电动机正常工作,设电阻R和电动机两端的电压分别为3和6;经过时间t,电流通过电阻R做功为0】,产生的热量为01;电流通过电动机M做功为必,产生的热量为@,则有() pHHM)_ 一―一 A.3=S,21<02B.叭<02,01=02 C.%<“2,01<02D.U\>U2,Qi=Q2 解析电阻R和电动机M串联,流过两用电器的电流相同。 电阻7? 跟电动机M线圈的电阻相等,则由焦耳定律可知两者产生的热量相等,则2i=0o电动机正常工作时为非纯电阻用电器,消耗的电能绝大部分转化为机械能,所以电流通过电动机M做的功要大于电流通过电阻7? 做的功,%<炉2。 又□=〃? ,U2>IR,则U\ 故选项B正确。 答案B 12. B.2/ 如图所示,长方体金属块边长之比°: b: c=3: 1: 2,将/、B接入电压为U的电路中时,电流为厶若将C、D接入电压为U的电路中,则电流为() A./ D.” 解析由电阻定律得Rab=P盍,Rcd=卩和则 2評=先=2根据欧姆定律可知,KcdC4 电压相同时电流与电阻成反比,则将c、d接入电压为u的电路中,电流为r 9 =才。 选项C正确。 答案C 13.如图所示,将左边的铜导线和右边的铝导线连接起来,已知截面积S铝=2S铜, 在铜导线上取一截面力,在铝导线上取一截面从若在1s内
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