高三第一轮复习 专题7 恒定电流

1专题七恒定电流第一单元串、并联电路和欧姆定律、电阻定律一、电流1．定义：自由电荷的定向移动形成电流．2．方向：规定为正电荷定向移动的方向．3．三个公式：（1）定义式/Iqt；（2）决定式UIR；（3）微观式InqSv提示：(1)电流可分为：直流(方向不随时间改变)、交流(方向随时间改变)、恒定电流(方向和强弱都不随时间改变)．(2)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电量的绝对值之和．二、电阻、电阻率、电阻定律1．电阻(1)定义式：R＝UI.(2)决定式：R＝ρls(电阻定律)．2．电阻率ρ(1)物理意义：反映导体的导电性能，是导体材料本身的属性．(2)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：电阻率随温度的升高而_____．③超导体：当温度降低到________附近时，某些材料的电阻率突然_________成为超导体．三、部分电路的欧姆定律1．内容：导体中的电流跟导体两端的______成正比，跟导体的_____成反比．2．公式：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)．4．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，画出电流随电压的变化曲线．如图所示．(2)比较电阻的大小图线的斜率k＝IU＝1R，图中R1___R2(填“”、“＝”或“”)．特别提示：对于有些纯电阻元件在温度发生变化时，电阻值也随之改变，它的U－I或I－U图象不再是直线．四、电功、电热和电功率1．电功(1)实质：电流做功的实质是电场力对电荷做正功．电势能转化为其他形式的能的过程．(2)公式：W＝qU＝UIt，这是计算电功普遍适用的公式．2．电热(1)定义：电流流过一段导体时产生的热量．(2)公式：Q＝_____(焦耳定律)．3．电功率(1)定义：单位时间内电流做的功叫电功率．(2)公式：P＝Wt＝UI，这是计算电功率普遍适用的公式．(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．（4）纯电阻电路和非纯电阻电路电功与电热分析2特别提醒：(1)在非纯电阻电路中，U2Rt既不能表示电功，也不能表示电热，因为欧姆定律不再成立．(2)不要认为有电动机的电路一定是非纯电阻电路，当电动机不转时，该电路为纯电阻电路．例.（2011年合肥质检）有一内阻为4.4Ω的电解槽和一盏标有“110V,60W”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120W；B．电解槽的发热功率为60W；C．电解槽消耗的电功率为60W；D．电路消耗的总功率为60W.解析：选C.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＝60110A，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＝220×60110W＝120W，D错．五、串、并联电路的特点电路特点串联电路并联电路电流I＝I1＝I2＝…＝InI＝I1＋I2＋…＋In电压U＝U1＋U2＋…＋UnU1＝U2＝U3＝…＝Un总电阻R总＝R1＋R2＋…＋Rn1R总＝1R1＋1R2＋…＋1Rn功率分配P∝RP∝1R特别提示：(1)串联电路的总电阻大于电路中任一电阻；并联电路的总电阻小于电路中任一支路的电阻．(2)不论是串联电路还是并联电路，其中任意一个电阻变大(或变小)时，总电阻变大(或变小)．六．高考典型题型题型一：电阻定律的应用【例1】.两根完全相同的金属裸导线，如果把其中的一根均匀地拉长到原来的两倍，把另一根对折后绞合起来，然后给它们分别加上相同的电压，则在相同时间内通过它们的电荷量之比为()A．1∶4B．1∶8C．1∶16D．16∶1解析：导线长度和横截面积变化时，导线的体积保持不变．因此当把第一根金属线均匀拉长到原来的2倍时，其横截面积减小为原来的一半，根据电阻定律R＝ρl/S，则电阻变为原来的4倍；当把第二根金属线对折后并合时，其长度减半，横截面积加倍，所以电阻变为原来的1/4.显然，两个金属线的电阻之比为16∶1.根据电流的定义得q＝It，结合欧姆定律，当给它们分别加上相同的电压时，在相同时间内通过它们的电荷量之比为q1∶q2＝I1∶I2＝R2∶R1＝1∶16.【答案】C3规律总结：某一导体形状改变后，讨论其电阻变化要抓住要点：①电阻率不变；②总体积不变．由V＝lS可知l和S成反比例变化，在ρ、l、S都确定后，应用电阻定律R＝lS判断．【变式训练1】：(2011年淮北一中模拟)如图所示，厚薄均匀的矩形金属片，边长ab＝10cm，bc＝5cm，当A与B之间接入的电压为U时，电流为1A，若C与D间接入的电压为U时，其电流为()A．4AB．2AC．0.5AD．0.25A解析：选A.设金属片的厚度为m，则接A、B时R1＝ρ·lS＝ρ·abbc·m；接C、D时，R2＝ρ·bcab·m；所以R1R2＝41，又电压不变，得I2＝4I1＝4A.题型二：串、并联电路的计算(2011年宿州质检)在如图所示的电路中，电阻R1、R2、R3的阻值均为2Ω，电流表内阻不计，在B、C两点间加上6V的电压时，电流表的读数为()A．0B．1AC．1.5AD．2A解析：在B、C两点间加上6V的电压时，R2与R3并联，然后与R1串联，电流表的示数是流过电阻R2的电流大小．计算可得，流过R1的干路电流为63A＝2A，各个电阻相等，所以电流表示数为1A，B正确．答案B易误警示：如果不清楚电路结构，那就不能判断电流表的电流来源，本题容易错误地认为电流流过R1、R3而电流表中没有电流，误选A；或者误认为电流表的电流是流过R1、R3的电流，误选C.这都是由于对电路结构分析不够而造成的．【变式训练2】一个T型电路如图所示，电路中的电阻R1＝10Ω，R2＝120Ω，R3＝40Ω.另有一测试电源，电动势为100V，内阻忽略不计．则()A．当cd端短路时，ab之间的等效电阻是40ΩB．当ab端短路时，cd之间的等效电阻是40ΩC．当ab两端接通测试电源时，cd两端的电压为80VD．当cd两端接通测试电源时，ab两端的电压为80V解析：选C.当cd端短路时，ab之间的电路为R2和R3并联，然后与R1串联，因此ab之间的等效电阻为R2·R3R2＋R3＋R1＝40Ω.选项A错误．同理，当ab端短路时，R1和R3并联，然后与R2串联，总电阻为128Ω，B选项错误．当ab两端接通测试电源时，cd两端的电压为R3两端的电压，电路为测试电源给串联的电阻R1和R3供电，因此，cd两端的电压为10010＋40×40V＝80V，选项C正确．同理，当cd两端接通测试电源时，ab两端的电压即R3两端的电压为100120＋40×40V＝25V，选项D错误．故选C.题型三：非纯电阻电路中功率的计算【例3】一台电风扇，内阻为20Ω，接上220V电压后正常工作，消耗功率66W，求：(1)电风扇正常工作时通过电动机的电流是多少？4(2)电风扇正常工作时转化为机械能的功率是多少？转化为内能的功率是多少？电动机的效率是多少？(3)如果接上电源后，电风扇的扇叶被卡住，不能转动，这时通过电动机的电流以及电动机消耗的电功率和发热功率是多少？思路点拨：电风扇是非纯电阻用电器，关键是把握住能量守恒定律及电风扇不转时可视为纯电阻用电器．☞解题样板规范步骤，该得的分一分不丢！(1)因为P入＝IU(1分)所以I＝P入U＝66220A＝0.3A．(1分)(2)电风扇正常工作时转化为内能的功率为P内＝I2R＝0.32×20W＝1.8W(2分)电风扇正常工作时转化为机械能的功率为P机＝P入－P内＝66W－1.8W＝64.2W(2分)电风扇正常工作时的效率为η＝W机W总＝P机P入＝64.266×100%≈97.3%.(2分)(3)电风扇的扇叶被卡住后通过电风扇的电流I＝UR＝22020A＝11A(2分)电动机消耗的电功率P＝IU＝11×220W＝2420W．(2分)电动机发热功率P内＝I2R＝112×20W＝2420W．(2分)答案：(1)0.3A(2)64.2W1.8W97.3%(3)11A2420W2420W规律总结：解决电功、电热这类问题时，首先判断电路是纯电阻电路还是非纯电阻电路．若是非纯电阻电路，关键是搞清楚电能转化为什么形式的能，然后再确定选用哪个公式计算电功或电功率．【变式训练3】如图所示，有一个提升重物用的直流电动机，电阻为r＝0.6Ω，电路中的固定电阻R＝10Ω，电路两端的电压U＝160V，理想电压表的示数U′＝110V，则通过电动机的电流是多少，电动机的输入功率和输出功率又各是多少？解析：对电阻R根据欧姆定律得I＝U－U′R＝160－11010A＝5A电动机的输入功率P＝IU′＝5×110W＝550W电动机的发热功率P1＝I2r＝52×0.6W＝15W所以电动机的输出功率P出＝P－P1＝535W.答案：5A550W535W第二单元：电动势、闭合电路的欧姆定律一、电动势1.定义式：E＝W/q2.方向：在电源内部由_____指向______3.大小：(1)等于外电路______时电源两端的电压．(2)等于非静电力把1C的正电荷从电源内部的_____移到______所做的功.二、闭合电路的欧姆定律1．内容：闭合电路的电流跟电源的电动势成______，跟内、外电路的电阻之和成______．2．公式：I＝ERr或E＝UIrIRIr.(只适用于纯电阻电路)；常用表达式E＝U外＋U内(适用于任何电路)．三、路端电压与外电阻、电流的关系1．路端电压与外电阻的关系(1)根据U＝IR＝ER＋r·R＝E1＋rR可知，当R增大时U_______，R减小时U_______．(2)外电路断开时，R为无限大，I＝___，路端电压U＝_____.(3)外电路短路时，R＝0，U＝____，I＝Er(短路电流)．2．路端电压跟电流的关系5乙路端电压跟电流的关系是U＝E－Ir，用图象表示如图所示．此图象的物理意义是：(1)图线与纵轴的交点对应的电压等于电源的__________．(2)图线斜率大小代表电源的______，路端电压U随电流I变化的本质原因是由于电源内阻的存在．(3)图中Im代表短路电流，Im＝___.四、电源的相关功率和电源的效率问题1．正确区分相关电功率的含义电功率意义公式电源功率指电源提供的全部电功率P总＝EI电源输出功率指电源提供给外电路的功率P出＝UI电源内部消耗功率指电源内电阻消耗的功率P内＝I2r用电器的额定功率指用电器在正常工作条件(即额定电压)下的功率P额＝U额I额用电器的实际功率指用电器在实际电压下消耗的功率P实＝U实I实应用指导：元件的总功率≥元件的输出功率；元件的实际功率≤元件的额定功率．2．电源的输出功率P出＝I2R＝E2(r＋R)2·R＝E2(R－r)2R＋4r(输出功率随外电阻变化的图线如图所示)．(1)当R＝r时，P出最大＝E24r＝E24R.(2)当P出P出最大时，每个输出功率值对应两个可能的外电阻R1和R2，且r＝R1·R2.(3)Rr时，P出随R的增大而增大；Rr时，P出随R的增大而减小．3．电源的效率η＝I2RI2(R＋r)＝RR＋r＝11＋rR，η随着R的增大而增大，η－R变化规律如图所示：可见，当R＝r时，电源有最大输出功率时，效率仅为50%.特别提醒：(1)当电源的输出功率最大时，其效率η＝50%，当R→∞时η→100%，但此时P出＝0无实际意义．(2)对于内外电路上的固定电阻，其消耗的功率应根据P＝I2R来判断，与输出功率大小的判断方法不同．例1.(2011年江苏盐城联合调研)在如图甲所示的电路中，R1为定值电阻，R2为滑动变阻器．闭合开关S，将滑动变阻器的滑动触头P