2014高考物理一轮 第七章 第1讲 电流 电阻 电功和电功率课件 新人教版选修3-1

必考部分选修3－1第七章恒定电流1.欧姆定律(Ⅱ)2．电阻定律(Ⅰ)3．电阻的串联、并联(Ⅰ)4．电源的电动势和内阻(Ⅱ)5．闭合电路的欧姆定律(Ⅱ)6．电功率、焦耳定律(Ⅰ)考纲展示7．实验：测定金属的电阻率(同时练习使用螺旋测微器)8．实验：描绘小电珠的伏安特性曲线9．实验：测定电源的电动势和内阻10．实验：练习使用多用电表综合分析近三年新课标地区各省高考试题，命题有以下规律：(1)从题型上看，在高考中多数情况下以选择题和实验题形式命题．(2)对闭合电路欧姆定律的应用、电路的动态分析、电路的故障分析、电功和电热的计算等多以选择题的形式出现，有时与交流电路综合起来命题．命题规律(3)本章中基本仪器(如电压表、电流表、多用电表、滑动变阻器、螺旋测微器、毫米刻度尺等)的使用、读数，电阻的测量实验，为每年高考必考内容．对电学实验的考查方式有：画实验原理图、设计实验方案、实验器材的选取、连接实物图等多种方式.1.正确理解有关电路的基本概念和基本规律，掌握基本规律的使用范围和适用条件，掌握电路分析和计算的基本方法．2．串并联电路、部分电路欧姆定律是高考考查的重要知识点．要熟练掌握串并联电路的特点，并能正确进行电压、电流、电阻、电功率等物理量的计算．会简单的串并联电路的分析计算即可，掌握电动势的物理意义，掌握闭合电路欧姆定律的不同表达形式，会用图象法分析电学问题．备考建议3．要熟练掌握基本仪器的使用方法、读数方法、常见仪器和电路的选取方法、仪器的连接方式、实验数据及误差分析方法等．特别是伏安法测电阻应熟练应用．第一讲电流电阻电功和电功率回扣教材题型归类误区反思双基限时练回扣教材•自主学习一、电流1．形成电流的条件．(1)导体中要有能够自由移动的电荷．(2)导体两端存在电压．2．电流的方向．与正电荷定向移动的方向相同，与负电荷定向移动的方向相反．电流虽然有方向，但它是标量．知识梳理3．电流．(1)定义式：I＝qt.(2)微观表达式：I＝nqSv，式中n为导体单位体积内的自由电荷数，q是自由电荷的电荷量，v是自由电荷定向移动的速率，S为导体的横截面积．特别提示公式I＝qt中，q是指时间t内通过导体某一横截面而不是单位面积的电荷量，在电解液导电和气体导电中q应为通过该截面的正、负电荷量的绝对值之和．二、电阻1．定义式：R＝UI.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．三、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；导体电阻与构成它的材料有关．2．表达式：R＝ρlS.3．电阻率．(1)计算公式：ρ＝RSl，ρ与导体的长度l、横截面积S无关，是导体材料本身的电学性质，由导体的材料决定，且与温度有关．(2)物理意义：反映了材料对电流的阻碍作用，在数值上等于用这种材料制成的1m长、截面积为1_m2的导线的电阻值．(3)与温度的关系．①有的随温度的升高而增大，如金属材料；②有的随温度的升高而减小，如半导体材料；③有的几乎不受温度的影响，如锰铜合金、镍铜合金．特别提示公式R＝UI是电阻的定义式，提供了一种测量电阻的方法；公式R＝ρlS是电阻的决定式，提供了一种测量导体电阻率的方法．四、欧姆定律1．内容：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．2．表达式：I＝UR.3．适用范围．(1)金属导电和电解液导电(对气体导电不适用)．(2)纯电阻电路(不含电动机、电解槽等的电路)．图7－1－14．导体的伏安特性曲线．(1)I－U图线以电流为纵轴、电压为横轴画出导体上的电流随电压变化的曲线，如图7－1－1所示．(2)比较电阻的大小．图线的斜率k＝IU＝1R，图中R1＞R2.五、电功、电热和电功率1．电功．(1)电功：电流在一段电路上所做的功，等于这段电路两端的电压U、电路中的电流I和通电时间t三者的乘积，即W＝UIt.(2)电流做功的实质：电能转化为其他形式能的过程．2．电热．(1)定义：电流流过一段导体时产生的热量．(2)计算式：Q＝I2Rt(焦耳定律)．(3)本质：电热是电流做功的过程中电能转化为内能多少的量度．3．电功率．(1)定义：电流在一段电路上做功的功率等于电流I与这段电路两端的电压U的乘积．(2)计算式：P＝UI.(3)额定功率和实际功率．额定电压、额定功率是用电器的重要参数，分别表示用电器正常工作电压和在正常电压下用电器的功率，例：“220V,40W”的白炽灯．①用电器在额定电压下工作，用电器的实际功率等于额定功率，即P实＝P额．②用电器的工作电压不一定等于额定电压，用电器的实际功率不一定等于额定功率.1.关于电流，下列说法中正确的是()A．导线内自由电子定向移动速率等于电流的传导速率B．电子运动的速率越大，电流越大C．电流是一个矢量，其方向就是正电荷定向运动的方向D．在国际单位制中电流是一个基本物理量，其单位安培是基本单位考点自测考点一电流解析电荷在导体中定向移动形成电流，由电流的微观表达式I＝neSv，可知电流的大小和电荷定向移动的速率有关，故B项错误；电流的传导速率等于电场的传播速率，故A项错误；电流的方向是人为规定的，且只有正负两个方向，故电流是标量，故C项错误．答案D2.图7－1－2考点二导体的电阻(多选题)温度能明显地影响金属导体和半导体材料的导电性能，如图7－1－2所示的图线分别为某金属导体和某半导体的电阻随温度变化的关系曲线，则()A．图线1反映半导体材料的电阻随温度的变化关系B．图线2反映金属导体的电阻随温度的变化关系C．图线1反映金属导体的电阻随温度的变化关系D．图线2反应半导体材料的电阻随温度的变化关系解析金属导体的电阻随温度的升高而增大，而半导体材料的电阻随温度的升高而减小，故选项C、D正确．答案CD3.图7－1－3在如图7－1－3所示电路中，AB为粗细均匀、长为L的电阻丝，以A、B上各点相对A点的电压为纵坐标，各点离A点的距离x为横坐标，则U随x变化的图线应为()考点三欧姆定律A．B．C．D.解析根据电阻定律，横坐标距A点为x的点与A点之间的电阻R＝ρxS，这两点间的电压U＝IR＝IρxS(I为电路中的电流，它是一个定值)，故U跟x成正比例关系，故选A项．答案A4.(2012·浙江)功率为10W的发光二极管(LED灯)的亮度与功率为60W的白炽灯相当．根据国家节能战略，2016年前普通白炽灯应被淘汰．假设每户家庭有2只60W的白炽灯，均用10W的LED灯替代，估算出全国一年节省的电能最接近()A．8×108kW·hB．8×1010kW·hC．8×1011kW·hD．8×1013kW·h考点四电功和电热解析因每只白炽灯和发光二极管的功率分别为60W和10W，按4亿户家庭，每户家庭每天亮灯6小时计算，全国一年节省的电能最接近4×108×2×(60－10)×10－3kW×365×6h＝8.76×1010kW·h，则选项B正确，ACD错误．答案B5.图7－1－4如图7－1－4所示，有一个提升重物用的直流电动机，电动机铭牌有“电机内阻r＝0.6Ω”的标志，如果已知电路中的固有电阻R＝10Ω，电路两端电压U＝160V，电压表的示数U′＝110V．根据以上数据试计算：(1)通过电动机的电流；(2)电动机的输入功率；(3)电动机的输出功率．解析(1)电阻R与电动机串联，所以电流相等，对电阻R根据欧姆定律由串并联的规律可得I＝U－U′R＝160－110V10Ω＝5A.(2)电动机的输入功率P入＝IU′＝5×110W＝550W.(3)电动机的发热功率Pr＝I2r＝52×0.6W＝15W，电动机的输出功率P出＝P入－Pr＝535W.答案(1)5A(2)550W(3)535W题型归类•深度剖析疑难点一你会推导电流的微观表达式吗？名师在线图7－1－5疑难辨析如图7－1－5所示，AD表示粗细均匀的一段导体l，两端加一定的电压，导体中的自由电荷沿导体定向移动的速率为v，设导体的横截面积为S，导体每单位体积内的自由电荷数为n，每个自由电荷的电荷量为q，AD导体中的自由电荷总数N＝nlS，总电荷量Q＝Nq＝nqlS，所用时间t＝lv，所以导体AD中的电流I＝Qt＝nlSql/v＝nqSv.疑难点二在电流的微观表达式I＝nqSv中的v是电荷的定向移动速率，它与电流的传导速率或电荷无规则热运动的速率是一回事吗？名师在线I＝nqSv中的v是电荷的定向移动速率，不同于电流的传导速率和电荷无规则热运动的速率，它们之间的区别如下：(1)电流的定向移动速率是自由电荷沿某一方向运动的运动速率，金属导体中约为10－5m/s.(2)电流的传导速率是电场的传播速率，等于光速，大小为3×108m/s.(3)自由电荷无规则热运动的速率约为105m/s.疑难点三有的同学认为，电功W＝Pt＝UIt，又因为I＝UR，所以W＝I2Rt或W＝U2Rt，即电功等于电热，你认为对吗？名师在线该同学在推导过程中，没有注意到欧姆定律I＝UR的适用范围，它仅适用于纯电阻电路，所以不能推导出上述结果，对电功和电热比较如下：(1)在纯电阻电路(如白炽灯、电炉、电饭锅、电烙铁、电热毯、电熨斗及转子被卡住的电动机等)中，电功等于电热，即W＝Q＝Pt＝UIt＝I2Rt＝U2Rt.(2)在非纯电阻电路(含有电动机、电解槽、给蓄电池充电及日光灯等)中消耗的电能除转化成内能外，还有一部分转化成机械能(如电动机)或化学能(如电解槽)，即：电动机：W＝E机＋Q(UIt＝E机＋I2Rt)电解槽：W＝E化＋Q(UIt＝E化＋I2Rt)此时W＞Q(UIt＞I2Rt)在非纯电阻电路中，U2Rt既不能表示电功，也不能表示电热，因为欧姆定律不再适用.【例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率为v，在Δt时间内，通过导体横截面的自由电子数目可表示为()A．nvSB．nvΔtC.IΔtqD.IΔtSq典例剖析题型一电流的定义和微观表达[思路分析]对电流的计算要从两个方面考虑，第一是电流的定义式I＝Qt，Q是指单位时间通过某横截面的电荷量；第二是微观表达式I＝nqSv，应清楚此式中各物理量的物理意义．[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＝Qq＝IΔtq，所以C项正确，D项错误．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7－1－6所示)．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均错误．图7－1－6[答案]C【变式训练1】横截面直径为d、长度为l的导线，两端电压为U，当这三个量中一个量改变时，对自由电子定向运动的平均速率的说法正确的是()A．电压U加倍时，速率不变B．导线长度l加倍时，速率不变C．导线横截面直径d加倍时，速率不变D．导线横截面直径d加倍时，速率加倍解析由I＝neSv，I＝UR，R＝ρlS三式联立求解v，得v＝Uρlne，故C项正确．答案C【例2】两根完全相同的金属祼导线A和B，如果把导线A均匀拉长到原来的2倍，电阻为RA′，导线B对折后绞合起来，电阻为RB′，然后分别加上相同的电压，求：题型二电阻、电阻率的理解和应用(1)它们的电阻之比；(2)相同时间内通过导线横截面的电荷量之比．[思路分析]当导体的形状发生改变时，导体的长度和横截面积将发生变化，根据R＝ρlS就可以找出导体电阻变化的规律．[解析](1)一根给定的导线体积不变，若均匀拉长为原来的2倍，则横截面积变为原来的12，设A、B导线原长为l，横截面积为S，电阻为R，则lA′＝2l，SA′＝S2，lB′＝l2，SB′＝2S.RA′＝ρ2lS2＝4ρlS＝4R，RB′＝ρl22S＝14ρlS＝R4.则RA′：RB′＝4R：R4＝16：1.(2)根据I＝qt，q＝It＝URt(此步推导的方向是利用不变量U和已知量R、t)，由题意知：UA＝UB，tA＝tB，则qA：qB＝