2020版高考物理一轮复习第7章恒定电流第1讲电流电阻电功及电功率学案.doc

第1讲电流电阻电功及电功率 选考导航知识内容考试要求历次选考统计2016/042016/102017/042017/112018/042018/11电源和电流c2311电动势c欧姆定律、UI图象及IU图象c181818串联电路和并联电路c焦耳定律c1211125导体的电阻c918闭合电路的欧姆定律d22多用电表的原理a实验7测绘小灯泡的伏安特性曲线181818实验8探究导体电阻与其影响因素(包括材料)的关系211818实验9练习使用多用电表18实验10测定电池的电动势和内阻18知识排查电源、电流、电动势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，一是要有自由电荷，二是要有电势差。(2)恒定电流的含义：大小和方向都不变的电流称为恒定电流。(3)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)两个表达式定义式：I，q为在时间t内通过导体横截面的电荷量。微观表达式：InqSv，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。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W与移动电荷的电荷量的比值。(3)定义式：E；单位：伏特，符号：V。(4)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。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1.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。2.电阻率(1)计算式：R。(2)物理意义：反映导体的导电性能，是导体材料本身的性质。(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。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：WqUIUt。(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：PIU。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：QI2Rt。4.热功率(1)定义：单位时间内的发热量。(2)表达式：PI2R。小题速练1.思考判断(1)导体中只要电荷运动就形成电流()(2)电流有方向，所以它是一个矢量()(3)电流越大，单位时间内通过导体横截面的电荷量就越多()(4)电动势越大，电源把其他形式的能转化为电能的本领越大()(5)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()(6)由知，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()(7)公式WUIt及QI2Rt适用于任何电路()(8)公式WtI2Rt只适用于纯电阻电路()答案(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)2.(2018河北石家庄模拟)一个内阻可以忽略的电源，给一个绝缘的圆管里装满的水银供电，电流为0.1 A，若把全部水银倒在一个内径大一倍的绝缘圆管里，那么通过的电流将是()A.0.4 AB.0.8 AC.1.6 A D.3.2 A解析设电源电动势为E，第一个圆管内部装的水银横截面积为S，长度为l，水银的电阻率为，则I1，第二个圆管内部装满水银的横截面积为4S，由于水银的体积不变，则水银柱长度应变为，则I216I11.6 A，故选项C正确。答案C3.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“220 V60 W”，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发热，而日光灯和电风扇是非纯电阻电路，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(光能和叶片动能)，综上所述，只有选项B正确。答案B电源、电流、电动势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)电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，EU内U外；电路断开时，EU外。 1.(多选)下列说法正确的是()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正极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BCD2.在示波管中，2 s内有61013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.4.8106 A B.31013 AC.9.6106 A D.无法确定解析由qIt得，I A4.8106 A，故选项A正确。答案A3.一台发电机用0.5 A电流向外输电，在1 min内将180 J的机械能转化为电能，则发电机的电动势为()A.6 V B.360 V C.120 V D.12 V解析由WEq，qIt可得：E V6 V，故选项A正确。答案A电阻定律的理解与应用1.电阻与电阻率的关系电阻率是影响导体电阻大小的因素之一，导体的长度、横截面积一定时，导体材料的电阻率越大，导体的电阻越大。2.电阻的决定式和定义式(1)电阻的决定式R指明了电阻的决定因素，适用于粗细均匀的金属导体和浓度均匀的电解液。(2)电阻的定义式R提供了一种测量电阻的方法，并不说明电阻与U和I有关，适用于任何纯电阻电路。1.(201610月浙江选考)一根细橡胶管中灌满盐水，两端用短粗铜丝塞住管口。管中盐水柱长为40 cm时测得电阻为R。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50 cm(盐水体积不变，仍充满橡胶管)。则盐水柱电阻变为()A.R B.R C.R D.R解析由于总体积不变，设40 cm长时的横截面积为S。所以长度变为50 cm后，横截面积SS，根据电阻定律R，可得RR，选项D正确。答案D2.一段长为l，电阻为R的均匀电阻丝，把它拉制成3l长的均匀细丝后，切成等长的三段，然后把它们并联在一起，其电阻值为()A. B.3R C. D.R解析根据电阻定律R，在拉伸过程中电阻丝的体积不变，当长度变为原来的3倍后，横截面积变为原来的，所以R9R，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，解得R并R，故选项D正确。答案D欧姆定律及伏安特性曲线根据伏安特性曲线求电阻(1)图1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)图线a、b的斜率表示电阻的倒数，斜率越大，电阻越小，故RaRb(如图甲所示)。(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)。图1(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R不一定等于。1.用电器到发电站的距离为l，线路上的电流为I，已知输电线的电阻率为。为使线路上降低的电压不超过U，那么，输电线的横截面积的最小值为()A. B. C. D.解析输电线的总长为2l，由公式R、R得S，故选项B正确。答案B2.如图2所示是电阻R的IU图象，图中45，由此得出()图2A.通过电阻的电流与两端电压成正比B.电阻R0.5 C.因IU图象的斜率表示电阻的倒数，故R1.0 D.在R两端加上6.0 V的电压时，每秒通过电阻横截面的电荷量是0.3 C解析由欧姆定律可知通过该定值电阻的电流与电压成正比，选项A正确；电阻R 2 ，选项B错误；由于IU图线中纵横坐标单位长度表示数值不同，所以R，选项C错误；在R两端加上6.0 V电压时，I3 A，每秒通过导体横截面的电荷量qIt3.0 C，选项D错误。答案A3.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，则下列说法中不正确的是()图3A.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RC.对应P点，小灯泡的电阻为RD.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，电流的增加变得缓慢，IU图线的斜率逐渐减小，电阻变大，对应P点灯泡电阻为R，故选项A、B正确，C错误；小灯泡的功率PUI，所以选项D正确。答案C电功、电热、电功率和热功率1.电功、电热、电功率和热功率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。【典例1】(20184月浙江选考)杭州市正将主干道上的部分高压钠灯换成LED灯。已知高压钠灯功率为400 W，LED灯功率为180 W，若更换4 000盏，则一个月可节约的电能约为()A.9102 kWh B.3105 kWhC.6105 kWh D.11012 kWh解析每盏灯节约的电功率为0.22 kW，每天亮灯时间大约 12 h，因此4 000盏灯一个月节约的电能W0.224 0001230 kWh3105 kWh，因此选项B正确。答案B【典例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()电热水壶产品型号：额定频率：50 Hz额定电压：220 V额定容量：1.2 L额定功率：1 500 W执行标准：A.正常工作时的电流约为6.8 AB.正常工作5 min耗电约0.5 kWhC.只能在直流电下工作D.只能在220 V电压下工作解析由PUI，得I A6.8 A，选项A正确；t5 min h h，EWPt1.5 kWh0.125 kWh，选项B错误；工作电压可以比额定电压稍低，“”表示使用的是交流电，选项C、D错误。答案A1.(201610月浙江选考)如图4为一种服务型机器人，其额定功率为48 W，额定工作电压为24 V，机器人的锂电池容量为20 Ah。则机器人()图4A.额定工作电流为20 AB.充满电后最长工作时间为2 hC.电池充满电后总电荷量为7.2104 CD.以额定电流工作时每秒消耗能量为20 J解析由PIU知额定电流I2 A，选项A错误；充满电后，锂电池容量为20 Ah，最长工作时间t10 h，选项B错误；电池充满电后总电荷量QIt203 600 C7.2104 C，选项C正确；以额定电流工作时每秒消耗能量WPt48 J，D错误。答案C2.(2018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“计量日进您家”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电量更是高达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)2121电器待机功耗(W/台)10204040A.2105度 B.2107度C.2109度 D.21011度解析由题意可知，绍兴市家庭数为n1.25106，每户家庭用电器待机耗电功率P户160 W，每年全区家用电器待机耗电量WnP户t1.2510636524160 Wh1.75109 kWh2109度。答案C3.(20164月浙江选考)如图5所示中的路灯为太阳能路灯，每只路灯的光伏电池板有效采光面积约0.3 m2。晴天时电池板上每平方米每小时接收到的太阳辐射能约为3106 J。如果每天等效日照时间约为6 h，光电池一天产生的电能可供30 W的路灯工作8 h。光电池的光电转换效率约为()图5A.4.8% B.9.6% C.16% D.44%解析由题意可知，总功W总0.331066 J5.4106 J，有用功W有3083 600 J8.64105 J，光电池的光电转换效率100%16%，C正确。答案C4.(201711月浙江选考)小明同学家里部分电器的消耗功率及每天工作时间如表所示，则这些电器一天消耗的电能约为()电器消耗功率/W工作时间/h电茶壶2 0001空调1 2003电视机1002节能灯164路由器924A.6.1103 W B.6.1103 JC.2.2104 W D.2.2107 J解析根据题中表格数据可知，每天消耗的电能为W2 kW1 h1.2 kW3 h0.1 kW2 h0.016 kW4 h0.009 kW24 h6.08 kWh2.2107 J，选项D正确。答案D活页作业(时间：30分钟)A组基础过关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D2.如图1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()图1解析根据铭牌读出用电器的额定功率为24 W，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A3.如图2所示，一幢居民楼里住着生活水平各不相同的24户居民，所以整幢居民楼里有各种不同的电器，例如电炉、电视机、微波炉、电脑等。停电时，用欧姆表测得A、B间电阻为R；供电后，各家电器同时使用，测得A、B间电压为U，进线电流为I，则计算该幢居民楼用电的总功率可以用的公式是()图2A.PI2R B.PC.PIU D.PI2R解析家用电器中有纯电阻也有非纯电阻，故总电功率只能用PUI来计算，选项C正确。答案C4.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.电阻率大的导体，电阻一定大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B5.一个阻值为R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3所示，此图象的斜率可表示为()图3A.UB.RC.D.解析根据电流的定义式I，可知qt图象的斜率代表的就是电流，根据欧姆定律可知，I，故D正确。答案D6.(201510浙江选考)如图4所示是我国某10兆瓦(1兆瓦106W)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时间约为1 200 h，则该电站年发电量约为()图4A.1.2106 kWh B.1.2107 kWhC.1.2109 kWh D.1.21010 kWh解析根据WPt可知，W101061031 200 kWh1.2107 kWh，选项B正确，A、C、D错误。答案B7.额定电压、额定功率均相同的电吹风机、电热水壶和日光灯，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.一样多解析电吹风机、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B8.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5所示，充电器电源的输出电压为U，输出电流为I，手机电池的内阻为r，下列说法正确的是()图5A.电能转化为化学能的功率为UIB.充电器输出的电功率为UII2rC.电池产生的热功率为I2rD.充电器的充电效率为100%解析充电器将电能转化为锂电池的化学能和内能，即UItE化I2rt，充电器输出的电功率为UI，电池产生的热功率为I2r，据此可知，电能转化为化学能的功率为UII2r，充电器的充电效率为100%，所以选项C正确，A、B、D错误。答案C9.如图6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A，在铝导线上取一截面B，若在1 s内垂直地通过它们的电子数相等，那么，通过这两截面的电流的大小关系是()图6A.IAIB B.IA2IBC.IB2IA D.不能确定解析这个题目中有很多干扰项，例如两个截面的面积不相等，导线的组成材料不同等等。但关键是通过两截面的电子数在单位时间内相等，根据I可知电流相等。答案AB组能力提升10.(多选)(2018浙江台州高三期末)某个屋顶太阳能发电系统的发电功率为3 kW，平均每天能正常工作4小时，则()A.该发电系统一年能为用户提供的电能约为12 kWhB.该发电系统一年能为用户提供的电能约为4 380 kWhC.有300万户家庭装上该系统，则年发电量约为1.31010 kWhD.某一火电站的功率为3.0105 kW，该火电站年供电量与10万个该系统的年供电最相当解析该发电系统一年能为用户提供的电能约为WPt34365 kWh4 380 kWh，故A错误，B正确；有300万户家庭装上该系统，则年发电量约为：W总nW31064 380 kWh1.3141010kWh，故C正确；某一火电站的功率为3.0105 kW，1年供电量为：WPt3.010536524 kWh2.628109 kWh，10万个该系统的年供电量为WPt3.0410104365 kWh4.38108 kWh，故D错误。答案BC11.如图7所示，电阻R和电动机M串联接到电路中，已知电阻R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U1和U2；经过时间t，电流通过电阻R做功为W1，产生的热量为Q1；电流通过电动机M做功为W2，产生的热量为Q2，则有()图7A.U1U2，Q1Q2 B.W1W2，Q1Q2C.W1W2，Q1Q2 D.U1U2，Q1Q2解析