人教版高中物理一轮复习课件：7电流 电阻 电功及电功率 59页

第1讲电流电阻电功及电功率 考点1电流1.定义：自由电荷的_________形成电流2.方向：规定为_______定向移动的方向定向移动正电荷 3.三个公式(1)定义式：(2)决定式：(3)微观式：_______._____；_____；I=nqSv 1.定义式中q的物理意义(1)q是某段时间内通过导体横截面的电量.①若金属导体导电，则q为自由电子通过某截面的电量的总和.②若电解质导电，则异种电荷反向通过某截面，q=|q1|+|q2|.(2)带电粒子的运动可形成等效电流，如电子绕原子核的运动，带电粒子在磁场中的运动，此时，q为带电粒子的电量，T为周期. 2.电流微观式的推导 如图，自由电荷电荷量为q，单位体积电荷数为n，定向移动速度为v，导体横截面积为S，则l=vt→V=Sl→Q=nqV→→I=nqSv 如图所示，一根截面积为S的均匀长直橡胶棒上均匀带有负电荷，每米电荷量为q，当此棒沿轴线方向做速度为v的匀速直线运动时，由于棒运动而形成的等效电流大小为()A.VqB.C.qvSD. 【解析】选A.在电荷的运动方向上假设有一截面，则在t时间内通过截面的电荷量为Q=vt·q，则等效电流为，故选项A正确. 考点2电阻电阻定律1.电阻(1)定义式：.(2)物理意义：反映了导体对电流的_________.______阻碍作用 2.电阻定律(1)内容：同种材料的导体，其电阻跟它的_____成正比，与它的_________成反比，导体的电阻与构成它的_____有关.(2)表达式：.长度横截面积材料_____ 3.电阻率(1)计算式：.(2)物理意义：反映导体的_________，是表征_________的物理量.(3)电阻率与温度的关系.①金属：电阻率随温度升高而_____.②半导体：电阻率随温度升高而_____.______导电性能材料性质增大减小 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)导体电阻并不是只由电阻率决定，即电阻大，电阻率不一定大；电阻率小，电阻不一定小. 2.定义式和决定式的比较公式不同点相同点电阻的定义式（1）电阻的决定式.（2）电阻定律的表达式.仅提供了一种测定电阻的方法，并不能说明电阻R由U或I决定指明了电阻的决定因素适用于计算纯电阻电路的电阻适用于粗细均匀的金属导体和浓度均匀的电解液都不能反映电阻的实质（要用微观理论解释） (多选)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10RB.常温下，若将金属丝从中点对折起来，电阻变为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】选B、D.设原电阻，当l′=10l时，由体积不变原理求得横截面积变成，所以电阻变为R′=A错误；从中点对折起来，相当于两个阻值为R的电阻并联，其总阻值为R，B正确；金属丝的电阻率ρ随温度升高而增大，当金属丝两端的电压逐渐增大时，电流的热效应会使电阻率ρ随温度升高而增大，因而R=将逐渐增加，C错误；温度升高时，金属的电阻率会增大，D正确. 考点3电功和电功率1.电功(1)定义：电路中_______移动电荷做的功.(2)公式：W=qU=____.(3)电流做功的实质：_____转化成其他形式能的过程.电场力UIt电能 2.电功率(1)定义：单位时间内电流做的功，表示电流___________.(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=_____.做功的快慢UI热量I2Rt 1.电功与电热的比较纯电阻电路非纯电阻电路常见电器电功与电热的关系白炽灯、电烙铁、电炉等电动机、电风扇、电解槽等电功等于电热电功：W=UIt电热：Q=I2Rt电功大于电热W>Q 2.电功率与热功率的比较(1)在纯电阻电路中，电功率等于热功率，即P=UI=I2R=.(2)在非纯电阻电路中，电功率包含热功率，P=UI为电功率，P′=I2R为热功率，有P>P′. 有三个用电器，分别为日光灯、电烙铁和电风扇，它们的额定电压和额定功率均为“220V，60W”.现让它们在额定电压下工作相同时间，产生的热量()A.日光灯最多B.电烙铁最多C.电风扇最多D.一样多 【解析】选B.电烙铁是纯电阻用电器，即以发热为目的，电流通过它就是用来产热,而日光灯和电风扇是非纯电阻用电器，电流通过它们时产生的热量很少，电能主要转化为其他形式的能(光能和动能)，综上所述，只有B正确. 电流微观表达式的应用【例证1】(多选)截面直径为d、长为L的导线，两端电压为U，当这三个量中的一个改变时，对自由电子定向移动平均速率的影响，下列说法正确的是() A.电压U加倍时，自由电子定向移动的平均速率不变B.导线长度L加倍时，自由电子定向移动的平均速率减为原来的一半C.导线截面直径d加倍时，自由电子定向移动的平均速率不变D.导线截面直径d加倍时，自由电子定向移动的平均速率加倍 【解题指南】解答本题可按以下思路分析： 【自主解答】选B、C.根据电流I的微观表达式、定义式以及电阻的决定式可得：I=neSv=，所以v=.由此可知电压U加倍时，自由电子定向移动的平均速率v加倍，A错误；导线长度L加倍时，自由电子定向移动的平均速率减半，B正确；导线截面直径d加倍时，自由电子定向移动的平均速率v不变，C正确，D错误. 【互动探究】【例证1】中，若保持d、L、U不变，而换用其他材料的导线，则自由电子的平均速率是否改变？【解析】由I=neSv和R=ρ，再根据I=可得：v=，故自由电子的平均速率和导体单位体积内的自由电子数目n、导体的电阻率ρ有关.故换用其他材料的导线时，自由电子的平均速率要改变.答案：改变 【总结提升】电流微观表达式的相关说明(1)从微观上看，电流表达式为I=nqSv，电流由导体中的自由电荷的密度、电荷定向移动的速率、导体的横截面积共同决定.(2)判断某个量与其他量的变化关系，可以根据公式推导出该物理量的表达式,就能看出该物理量与其他量是否有关，以及随其他量如何变化等.(3)电流的微观表达式在金属导体、静电除尘、电视机显像管等问题中都有应用. 【变式备选】在显像管中的电子枪中，从炽热的金属丝不断放出的电子进入电压为U的加速电场，设其初速度为零，经加速后形成横截面积为S、电流为I的电子束.已知电子的电荷量为e、质量为m，则在刚射出加速电场时，一小段长为Δl的电子束内的电子个数是()A.B.C.D. 【解析】选B.电子加速后，eU=mv2,v=,设单位长度内自由电子数为n，得：I=nev,n=,所以长Δl的电子束内的电子个数是：N=nΔl=，故B正确. 利用电阻定律解决输电线问题【例证2】(10分)如图所示，在相距40km的A、B两地架两条输电线，电阻共为800Ω，如果在A、B间的某处发生短路，这时接在A处的电压表示数为10V，电流表的示数为40mA，求发生短路处距A处有多远？ 【解题指南】解答本题应把握以下两点：(1)两地相距l，则输电线的总长度为2l.(2)根据欧姆定律求出A到短路处的电阻，结合电阻定律，就可以求出短路处距A点的距离. 【规范解答】设发生短路处距离A处为x，据题意知，A、B两地间的距离l=40km，电压表的示数U=10V，电流表的示数I=40mA=4.0×10-2A，R总=800Ω. 根据欧姆定律可得：A端到短路处的两根输电线的电阻Rx=Ω=250Ω①(2分)根据电阻定律可知：Rx=②(2分)A、B两地间输电线的电阻为R总=③(2分)由②/③得④(2分)解得x=×40km=12.5km(2分)答案：12.5km 【总结提升】输电线问题的规范求解1.一般解题步骤(1)分析题意画出等效电路图，确定已知条件.如电阻、输电线长度等.(2)根据欧姆定律、电阻定律等规律列出方程.(3)对列出的方程进行分析，找出最简单的解法，如本题采用了比例法.(4)求解方程，并分析计算结果的合理性. 2.应注意的问题(1)输电线问题中，输电线的长度等于两地距离的二倍.(2)对已知条件的分析应用是解题的关键. 【变式训练】如图所示，分别把一个长方体铜柱的ab端、cd端、ef端接入电路时，计算接入电路中的电阻各是多大.(设电阻率为ρ铜) 【解析】根据电阻定律当ab端接入电路时当cd端接入电路时当ef端接入电路时答案： 【变式备选】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=1m,b=0.2m,c=0.1m，当里面注满某电解液，且P、Q加上电压后，其U-I图线如图乙所示，当U=10V时，求电解液的电阻率ρ是多少？ 【解析】由题图乙可求得电解液的电阻为R=由题图甲可知电解液长为：l=a=1m截面积为：S=bc=0.02m2结合电阻定律得ρ=答案：40Ω·m 电功率和热功率的计算【例证3】(多选)如图所示，在一幢居民楼里有各种不同的用电器，如电灯、电视机、洗衣机、微波炉、排油烟机等.停电时，用多用电表测得A、B间的电阻为R；供电后，设各家用电器全都同时使用时，测得A、B间电压为U，进线电流为I；经过一段时间t，从总电能表中测得这段时间内消耗的电能为W，则下列表达式用来计算该幢楼居民用电的总功率，其中正确的是() A.P=I2RB.P=C.P=IUD.P=【解题指南】解答本题时，应把握以下两点：(1)明确各种用电器是否为纯电阻用电器，例如本题中只有电灯是纯电阻，而电视机、洗衣机等都不是纯电阻.(2)要分清哪些公式是普遍适用的，哪些公式只适用于纯电阻电路. 【自主解答】选C、D.电路消耗的电功率的计算公式P=UI、P=是普遍适用的，而A、B两选项中公式只适用于纯电阻电路，而电视机、洗衣机、微波炉和排油烟机都不是纯电阻，所以选项A、B错误，正确选项为C、D. 【总结提升】解答电功率问题的关键是首先弄清电路属于纯电阻电路还是非纯电阻电路，然后确定导出公式P=I2R、是否适用.对本题的易错选项和错误原因具体分析如下： 易错角度错误原因易错选A、B(1)不知道哪些用电器为非纯电阻用电器，从而误认为该电路为纯电阻电路.(2)虽能判断该电路为非纯电阻电路，但不理解公式P=I2R和P=的适用条件，而导致错误. 易漏选D误认为P=不能计算非纯电阻电路做功问题，而实际上公式P=是普遍适用的，既适用于机械功率的计算，也适用于任何电路电功率的计算.易错角度错误原因 【变式训练】(多选)如图所示的电路中，输入电压U恒为12V，灯泡L上标有“6V，12W”字样，电动机线圈的电阻RM=0.50Ω.若灯泡恰能正常发光，以下说法中正确的是() A.电动机的输入功率为12WB.电动机的输出功率为12WC.电动机的发热功率为2WD.整个电路消耗的电功率为22W 【解析】选A、C.灯泡L能正常发光，则电动机两端电压为6V,通过电动机的电流则电动机的输入功率P入=UMIM=6×2W=12W,A对.整个电路消耗的电功率P总=PL+PM=24W,D错;电动机的热功率P热=IM2RM=4×0.50W=2.0W,C对;电动机的输出功率P出=P入-P热=(12-2.0)W=10W，B错. 【例证】有一个用直流电动机提升重物的装置，重物的质量m=50kg，电路电压为120V，当电动机以v=0.9m/s的恒定速度向上提升重物时，电路中的电流I=5A，求：(1)电动机线圈的电阻R等于多少？(2)若因故障电动机不能转动，这时通过电动机的电流是多大？电动机消耗的电功率是多大？(取g=10m/s2)考查内容电动机的能量转化问题 【规范解答】(1)设电动机输入功率为P，输出功率为P1，热消耗功率为P2，则有P=P1+P2，即UI=mgv+I2R，故R=(2)因电动机不能转动，此时电路中电流最大，最大电流为I大=电动机消耗的电功率也最大P2大=I大2R=2400W答案：(1)6Ω(2)20A2400W 1.某电解池，如果在1秒钟内共有5.0×1018个二价正离子和1.0×1019个一价负离子通过某横截面，那么通过这个横截面的电流是()A.0AB.0.8AC.1.6AD.3.2A【解析】选D.通过横截面的正离子的电量q1=1.6×10-19×2×5.0×1018C.通过横截面的负离子的电量q2=-1.6×10-19×1.0×1019C，则q=|q1|+|q2|=3.2C，根据I=，故D正确. 2.下列四个图象中，最能正确地表示家庭常用的白炽灯泡在不同电压下消耗的电功率P与电压平方U2之间的函数关系的是() 【解析】选C.白炽灯泡为纯电阻，其功率表达式为：P=，而U越大，电阻越大，图象上对应点与原点连线的斜率越小，故选项C正确. 3.一根阻值为R的均匀电阻丝，长为L，横截面积为S，设温度不变，在下列情况下其电阻值仍为R的是()A.当L不变，S增大一倍时B.当S不变，L增大一倍时C.L和S都缩小为原来的D.当L和横截面的半径都增大一倍时 【解析】选C.根据电阻定律R=，当L不变，S增大一倍时，电阻减小为原来的，A错误.当S不变，L增大一倍时电阻增大一倍，B错误.当L和S都缩小为原来的时，电阻不变，C正确.当L和横截面的半径都增大一倍时，S变为原来的4倍，电阻变为原来的，D错误. 4.(多选)不考虑温度对电阻的影响，对于一个“220V，40W”的灯泡，下列说法正确的是()A.接在110V的电路上时的功率为20WB.接在110V的电路上时的功率为10WC.接在440V的电路上时的功率为160WD.接在220V的电路上时的功率为40W 【解析】选B、D.由P=可知R一定时，P∝U2，所以当U=110V=时，故A错误，B正确.当U=440V>U额时，灯泡烧坏，故C错误.当U=220V=U额时，P=P额=40W，故D正确. 5.一般地说，用电器的工作电压并不等于额定电压，家庭里通常不备电压表，但可以借助电能表测出用电器的实际工作电压，现在电路中只接入一个电热水壶，壶的铭牌和电能表的铭牌分别如图甲和乙所示.测得电能表的转盘转过125转的时间为121秒，求此时加在电热水壶上的实际电压. 【解析】设电热水壶的电阻为R由图甲知R=由图乙知电能表转1转消耗的电能为：设电热水壶的实际电压为U则解得U=200V答案：200V