高中物理3-1第二章恒定电流学案

选修3—1第七章恒定电流第1讲电流电阻电功电功率及欧姆定律第1课时电流电阻欧姆定律【高考目标导航】1.理解电源的作用2.理解电流的定义，能解决相关问题3.理解电阻的定义，熟悉电阻定律4.掌握欧姆定律，会进行相关计算【课前自主复习】考点一：恒定电流1.基本概念形成在导线中外加电场的作用下，自由电荷的定向移动形成电流方向正电荷定向移动的方向公式定义式I=Q/t决定式I=U/R微观式I=nqsv2.如何理解三个电流强度的公式(1)定义式：I＝Q/t，式中I表示电流，q为ts内通过导体横截面的有效电荷量(在产生电流的效果上来说)．该式求出的是电流的平均值．(2)决定式：I＝U/R，不考虑温度的影响，导体中的电流跟导体两端的电压成正比，跟导体的电阻成反比．(3)微观表达式：I＝neSv，式中I为瞬时电流，n为金属导线单位体积内的自由电子数，e为电子的电荷量，S为导线的横截面积，v为电子定向移动的速率(既不是热运动速率，也不是传导速率)．电子热运动的平均速率为105m/s，电子定向移动速率为10－4m/s，电场传播速率为3×108m/s.考点二：电阻定律及欧姆定律1.1．电阻(1)定义：导体两端的电压与通过导体中的电流的比值．(2)定义式：R＝Ｕ/I，单位：欧姆，国际符号：Ω.(3)物理意义：导体的电阻反映了导体对电流的阻碍作用的大小，R越大，阻碍作用越强．2.2．电阻定律内容、公式：导体的电阻R跟它的长度L成正比，跟它的横截面积S成反比，还跟导体的材料有关．R＝.3．电阻率(1)物理意义反映导体导电性能的物理量，是导体材料本身的属性．(2)电阻率与温度的关系①金属的电阻率随温度升高而增加．②半导体的电阻率随温度升高而减小．③超导体：当温度降低到绝对零度附近时，某些材料的电阻率突然减小为零成为超导体．4．部分电路欧姆定律(1)内容：导体中的电流I跟导体两端的电压U成正比，跟它的电阻R成反比．(2)公式：I＝U/R.(3)适用条件：适用于金属和电解液导电，适用于纯电阻电路．5．串、并联电路的特点电路特点串联电路并联电路电流各处电流相等I＝I1＋I2＋…＋In干路电流等于各支路电流总和电流分配和电阻反比I＝I1＋I2＋…＋InI1R1＝I2R2＝…＝InRn电压电压分配和电阻成正比U1/R1＝U2/R2＝…=Un/Rn＝IU1＝U2＝U3＝…＝Un总电阻总电阻等于各个电阻之和，即R总＝R1＋R2＋…＋Rn总电阻的倒数等于各个电阻倒数之和即1/R＝1/R1＋1/R2+…＋1/Rn功率分配功率分配和电阻成正比P1/R1+P2/R2+…＝Pn/Rn＝I2功率分配和电阻成反比即P1R1＝P2R2＝…＝PnRn＝U2【课前复习自测】1.1．有一横截面积为S的铜导线，流经其中的电流为I，设每单位体积的导线中有n个自由电子，电子的电荷量为q.此时电子的定向移动速度为v，在Δt时间内，通过导线横截面的自由电子数目可表示为()A．nvSB．nvΔtC.D.解析：根据电流的定义式可知，在Δt内通过导线横截面的电荷量Q＝IΔt所以在这段时间内通过的自由电子数为N＝所以C项正确，D项错．由于自由电子定向移动的速率是v，因此在时间Δt内，位于以横截面S为底、长l＝vΔt的这段导线内的自由电子都能通过横截面(如图)．这段导线的体积V＝Sl＝SvΔt，所以Δt内通过横截面S的自由电子数为N＝nV＝nSvΔt.选项A、B均错．答案：C2．3.……【课前合作探究】（可以是问题，可以是例题）问题探讨一归纳与结论：问题探讨二归纳与结论：【我的疑问】【课堂自我检测】1.如图7－1－9所示是电阻R1和R2的伏安特性曲线，并且把第一象限分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个区域，现在把R1和R2并联在电路中，消耗的电功率分别为P1和P2，并联的总电阻设为R，下列关于P1和P2的大小关系及R的伏安特性曲线所在的区域正确的是()A．特性曲线在Ⅰ区，P1＜P2B．特性曲线在Ⅲ区，P1＞P2C．特性曲线在Ⅰ区，P1＞P2D．特性曲线在Ⅲ区，P1＜P2解析：由题图可知，图线斜率的倒数表示电阻，故R1＜R2，当两电阻并联时，电压相等，由P＝U2R可知，P1＞P2；并联后，由电路的串并联规律知其并联电阻R＜R1，因此R的伏安特性曲线应在Ⅰ区，故选项C正确．答案：C2．(2009·济南模拟)一台国产封闭型贮水式电热水器的铭牌上所列的主要技术参数如表所示．根据表中所提供的数据，计算出此电热水器在额定电压下处于加热状态时，通过电热水器的电流约为()额定容量54L最高水温75℃额定功率1500W额定压力0.7MPa额定电压220V电器类别Ⅰ类A.6.8AB．0.15AC．4.4AD．0.23A解析：由P＝UI，可知该电热水器在额定电压下处于加热状态时的电流为：I＝PU＝1500220A≈6.8A，故选项A正确．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7－1－10所示，P为图线上一点，PN为图线的切线，PQ为U轴的垂线，PM为I轴的垂线，下列说法中正确的是()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＝U1I2C．对应P点，小灯泡的电阻为R＝U1I2－I1D．对应P点，小灯泡的功率为图中矩形PQOM所围的“面积”解析：由欧姆定律，图中任意一点的电阻为该点与坐标原点O点的连线的斜率的倒数．随着所加电压的增大，图中曲线斜率越来越小，即小灯泡的电阻增大，故A项正确；对应P点，小灯泡的电阻为OP连线的斜率的倒数，即R＝U1I2，故B项正确，C项错误；对应P点，小灯泡的功率为P＝U1I2，即图中矩形PQOM所围的“面积”，故D项正确．答案：ABD4．如图7－1－11所示，是中国科健股份有限公司生产的一块手机电池外壳上的文字说明：充电时电压恰为限制电压，历时4h充满．(假设充电前电池内已无电)该过程电池发热，则充电过程中转化成的电热功率为()A．0.0875WB．0.00729WC．0.735WD．0.6475W解析：由电池容量及充电时间可求得充电电流I＝700mA·h4h＝175mA.输入功率P入＝U充I＝4.2×0.175W＝0.735W转化成有效功率P有效＝U标·I＝3.7×0.175W＝0.6475W.电热功率ΔP＝P入－P有效＝0.0875W.即A正确．答案：A5.如图7－1－12所示，2009年国庆群众游行队伍中的国徽彩车，不仅气势磅礴而且还是一辆电动车，充一次电可以走100公里左右．假设这辆电动彩车总质量为6.75×103kg，当它匀速通过天安门前500m的检阅区域时用时250s，驱动电机的输入电流I＝10A，电压为300V，电动彩车行驶时所受阻力为车重的0.02倍．g取10m/s2，不计摩擦，只考虑驱动电机的内阻发热损耗能量，求：(1)驱动电机的输入功率；(2)电动彩车通过天安门前时牵引汽车前进的机械功率；(3)驱动电机的内阻和机械效率．解析：(1)驱动电机的输入功率P入＝UI＝300V×10A＝3000W.(2)电动彩车通过天安门前的速度v＝s/t＝2m/s电动彩车行驶时所受阻力为f＝0.02mg＝0.02×6.75×103×10N＝1.35×103N电动彩车匀速行驶时F＝f，故电动彩车通过天安门前时牵引汽车前进的机械功率P机＝Fv＝2700W.(3)设驱动电机的内阻为R，由能量守恒定律得：P入t＝P机t＋I2Rt解得驱动电机的内阻R＝3Ω驱动电机的机械效率η＝P机/P入×100%＝90%.答案：(1)3000W(2)2700W(3)3Ω90%【课后延伸训练】（不超过10个小题，控制在30分钟之内）1.2.3.1．三个同样的电阻，额定功率均为10W，把其中两个并联再与第三个串联接入电路，则此电路允许消耗的最大电功率为()A．10WB．15WC．20WD．30W解析：设每个电阻的阻值为R，额定电流为I，由P＝I2R＝10W，电路消耗的最大电功率为P总＝I2R＋R2＝32×I2R＝15W.答案：B2．我国“神舟七号”载人飞船于2008年9月25日成功发射．“神舟七号”载人飞船上面的电子仪器及各种动作控制都是由太阳能电池供电的．由于光照而产生电动势的现象称为光生伏特效应．“神舟七号”载人飞船上面的太阳能电池就是根据光生伏特效应设计的单晶硅太阳能电池．在正常太阳光照射下，太阳能电池的光电转换效率可达23%.假设单片单晶硅太阳能电池可产生0.6V的电压，可输出0.1A的电流，则每秒照射到这种太阳能电池上的太阳光的能量是()A．0.24JB．0.25JC．0.26JD．0.28J解析：由η＝UIt/E得每秒照射到这种太阳能电池上的太阳光的能量是E＝UIt/η＝0.26J.答案：C3．投影仪的光源是强光灯泡，发光时必须用风扇给予降温．现设计投影仪的简易电路，要求：带动风扇的电动机先启动后，灯泡才可以发光；电动机未启动，灯泡绝对不可以发光，电动机的电路元件符号是M.则在下图所示的四个电路中符合要求的是()解析：电动机先启动后，灯泡才可发光，电动机未启动，灯泡不发光，符合该要求的是C电路．答案：C4.如图7－1－13所示为一未知电路，现测得两个端点a、b之间的电阻为R，若在a、b之间加上电压U，测得通过电路的电流为I，则该未知电路的电功率一定为()A．I2RB.U2RC．UID．UI—I2R解析：不管电路是否为纯电阻电路，电路的电功率一定为P＝UI，选项C正确；只有电路为纯电阻电路时，才有P＝UI＝I2R＝U2R，故A、B错误；而UI—I2R为电路转化为其他能量的功率，故D错误．答案：C5．有一内电阻为4.4Ω的电解槽和一盏标有“110V60W”的灯泡串联后接在电压为220V的直流电路两端，灯泡正常发光，则()A．电解槽消耗的电功率为120WB．电解槽的发热功率为60WC．电解槽消耗的电功率为60WD．电路消耗的总功率为60W解析：灯泡能正常发光，说明电解槽和灯泡均分得110V电压，且干路电流I＝I灯＝60W110V，则电解槽消耗的功率P＝P灯＝60W，C对A错；电解槽的发热功率P热＝I2R＝1.3W，B错；整个电路消耗的功率P总＝220V×60W110V＝120W，D错．答案：C6.在如图7－1－14所示电路中，E为电源，其电动势E＝9.0V，内阻可忽略不计；AB为滑动变阻器，其电阻R＝30Ω；L为一小灯泡，其额定电压U＝6.0V，额定功率P＝1.8W；S为开关，开始时滑动变阻器的触头位于B端，现在接通开关S.然后将触头缓慢地向A方滑动，当到达某一位置C处时，小灯泡刚好正常发光，则CB之间的电阻应为()A．10ΩB．20ΩC．15ΩD．5Ω解析：灯泡的工作电流I＝PU＝1.86A＝0.3A故其电阻为RL＝UI＝60.3Ω＝20Ω，此时A、C间电阻R1＝U1I＝9－60.3Ω＝10Ω，故CB间电阻R2＝R－R1＝20Ω，故B选项正确．答案：B7.有一家用电熨斗，其电路结构如图7－1－15所示，改变内部连线方式可以使电熨斗处于断开状态或获得低、中、高三个不同的温度挡，下图是它的四种不同的连接方式，其中能获得高挡温度的是()解析：电熨斗工作时，工作电压不变，由P＝U2/R知，电路总电阻R最小时，即R1、R2并联后电阻最小，能使其获得高挡温度，D正确．答案：D8．把六个相同的小灯泡接成如图7－1－16甲、乙所示的电路，调节变阻器使灯泡正常发光，甲、乙两电路所消耗的功率分别用P甲和P乙表示，则下列结论中正确的是()A．P甲＝P乙B．P甲＝3P乙C．P乙＝3P甲D．P乙3P甲答案：B9.如图7－1－17所示，三个灯泡上分别标有“110V、40W”“110V、25W”“110V、5W”等字样，当三个灯泡以几种不同的方式连接在电路中，只要调节可变电阻R，并在AB间加220V的交流电，都可以使三个灯泡正常发光．当三个灯泡都正常发光时，电路中消耗的总功率可能是()A．60WB．90WC．130WD．150W答案：BC10．(2009·上海模拟)通过某一金属氧化物制成的导体棒P中的电流遵循I＝KU3的规律，其中K＝0.02A/V3，现将该棒P与一个遵从欧姆定律的电阻器Q串联在一起后，接在