【物理】2019届一轮复习鲁科版第八章欧姆定律　电阻定律　焦耳定律及电功率学案 10页

基础课1　欧姆定律　电阻定律 焦耳定律及电功率 知识点一、欧姆定律 ‎1．电流 ‎(1)定义：电荷定向移动时，在单位时间内通过导体任一横截面的电荷量称为电流。‎ ‎(2)方向：电流的方向就是正电荷定向移动的方向。‎ ‎(3)三个公式 ‎①定义式：I＝；‎ ‎②微观式：I＝neSv；‎ ‎③决定式：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。‎ 知识点二、电阻定律 ‎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：导体的电阻R跟导体的长度l成正比，跟导体的横截面积S成反比，还跟导体的材料有关。‎ ‎(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。‎ 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)内容：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比。‎ ‎(2)表达式：Q＝I2Rt。‎ ‎4．热功率 ‎(1)定义：单位时间内的发热量。‎ ‎(2)表达式：P＝＝I2R。‎ ‎[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)×‎ ‎　对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，电阻率是描述导体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．公式R＝ρ与R＝的比较 比较项目 R＝ρ R＝ 意义 电阻的决定式 电阻的定义式 理解 说明导体的电阻由ρ、l、S决定，即与l成正比，与S成反比 提供了一种测量电阻的方法(伏安法)，不能认为R与U成正比，与I成反比 适用范围 只适用于粗细均匀的金属导体或浓度均匀的电解液 适用于任何纯电阻导体 ‎1．[电阻定律等应用](2015·安徽理综，17)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(　　)‎ 图1‎ A. B. C．ρnev D. 解析　欧姆定律I＝，电流的微观表达式I＝neSv，电阻定律R＝ρ，则金属棒内场强大小为E＝＝＝ρnev，故C正确。‎ 答案　C ‎2．[电阻定律、欧姆定律的综合应用]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 ‎　部分电路欧姆定律及伏安特性曲线 ‎1．欧姆定律的“二同”‎ ‎ (1)同体性：指I、U、R三个物理量必须对应同一段电路或同一段导体；‎ ‎ (2)同时性：指U和I必须是导体上同一时刻的电压和电流。‎ ‎2．对伏安特性曲线的理解 ‎(1)图2甲中，图线a、b表示线性元件，图乙中，图线c、d表示非线性元件。‎ ‎(2)I－U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，故Ra＜Rb(如图2甲所示)。‎ ‎(3)图线c的电阻减小，图线d的电阻增大(如图乙所示)。‎ 图2‎ ‎(4)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。如图乙所示，R0＝。‎ ‎1．[伏安特性曲线的理解](多选)小灯泡通电后其电流I随所加电压U变化的图线如图3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(　　)‎ 图3‎ A．随着所加电压的增大，小灯泡的电阻增大 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所围面积大小 解析　由于灯泡的电阻在图线上的每一点都是R＝，由图线不难看出，随电压的增大，电流的增加变得越发缓慢(I－U图线的斜率逐渐减小)，电阻变大，故A、B正确，C错误；小灯泡的功率P＝UI，所以D正确。‎ 答案　ABD ‎2．[欧姆定律的应用](2016·江苏名校检测)(多选)在如图4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闭合后，电路中的总电流为0.25 A，则此时 (　　)‎ 图4‎ 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L1两端的电压为3.0 V，L1消耗的电功率为P1＝U1I1＝0.75 W，选项B正确；根据并联电路规律可知，L2中的电流为0.125 A，由小灯泡的伏安特性曲线可知其两端电压大约为0.3 V，故L1两端的电压约为L2两端电压的10倍，选项A错误；由欧姆定律可知，L2的电阻为R2＝＝ Ω＝2.4 Ω，选项C错误；L2消耗的电功率为P2＝U2I2＝0.3×0.125 W＝0.037 5 W，即L1、L2消耗的电功率的比值大于4，选项D正确。‎ 答案　BD 方法技巧 伏安特性曲线问题的处理方法 ‎(1)首先分清是I－U图线还是U－I图线。‎ ‎(2)对线性元件：R＝＝；对非线性元件R＝≠，即非线性元件的电阻不等于U－I图象某点切线的斜率。‎ ‎(3)在电路问题分析时，I－U(或U－I)图象中的电流、电压信息是解题的关键，要将电路中的电子元件和图象有机结合。‎ ‎　电功、电热、电功率和热功率 ‎1．纯电阻电路与非纯电阻电路的比较 ‎2．电动机的三个功率及关系 输入功率 电动机的总功率。由电动机电路中的电流和电压决定，即P总＝P入＝UI 输出功率 电动机的有用功的功率，也叫做机械功率 热功率 电动机线圈上有电阻，电流通过线圈时会发热，热功率 P热＝I2r 三者关系 P总＝P出＋P热 效率 η＝×100%＝×100%‎ 特别说明 ‎①正常工作的电动机是非纯电阻元件 ‎②电动机因故障或其他原因不转动时，相当于一个纯电阻元件 ‎1．[电功、电功率的计算]一只电饭煲和一台洗衣机并联接在输出电压为220 V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5.0 A，通过洗衣机电动机的电流是0.50 A，则下列说法中正确的是(　　)‎ A．电饭煲的电阻为44 Ω，洗衣机电动机线圈的电阻为440 Ω B．电饭煲消耗的电功率为1 555 W，洗衣机电动机消耗的电功率为155.5 W C．1 min内电饭煲消耗的电能为6.6×104 J，洗衣机电动机消耗的电能为6.6×103 J D．电饭煲发热功率是洗衣机电动机发热功率的10倍 解析　由于电饭煲是纯电阻元件，所以 R1＝＝44 Ω，P1＝UI1＝1 100 W 其在1 min内消耗的电能W1＝UI1t＝6.6×104 J 洗衣机为非纯电阻元件，所以R2≠，P2＝UI2＝110 W 其在1 min内消耗的电能W2＝UI2t＝6.6×103 J 其热功率P热≠P2，所以电饭煲发热功率不是洗衣机电动机发热功率的10倍。故选项C正确。‎ 答案　C ‎2．[含电动机的非纯电阻电路](多选)下表列出了某品牌电动自行车及所用电动机的主要技术参数，不计其自身机械损耗。若该车在额定状态下以最大运行速度行驶，则(　　)‎ 自重 ‎40 kg 额定电压 ‎48 V 载重 ‎75 kg 额定电流 ‎12 A 最大行驶速度 ‎20 km/h 额定输出功率 ‎350 W A.电动机的输入功率为576 W B．电动机的内电阻为4 Ω C．该车获得的牵引力为104 N D．该车受到的阻力为63 N 解析　由于U＝48 V，I＝12 A，则P＝IU＝576 W，故选项A正确；因P入＝P出＋I2r，r＝ Ω＝ Ω，故选项B错；由P出＝Fv＝fv，F＝f＝63 N，故选项C错，D正确。‎ 答案　AD 方法技巧 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。‎ ‎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(　　)‎ 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．(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 答案　AD ‎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 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．(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 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