20202021学年高考物理重点专题讲解及突破09恒定电流含解析

2020-2021年高考物理重点专题讲解及突破09：恒定电流一、欧姆定律1．电流(1)定义：自由电荷的定向移动形成电流．(2)公式：I＝qt，单位为安培(安)，符号为A,1A＝1C/s.(3)方向：规定为正电荷定向移动的方向，电流是标量(选填“标量”或“矢量”)．(4)微观式：I＝nqSv.如图所示是某导体通电时的内部示意图．n：导体单位体积内自由电荷的个数；q：自由电荷的带电荷量；S：导体横截面积；v：电荷定向移动速率．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＝UR.(3)适用范围：适用于金属和电解液导电，不适用于气态导体和半导体元件．二、电阻定律1．电阻(1)物理意义：反映导体对电流阻碍作用的大小的物理量，电阻越大，阻碍作用越大．(2)定义式：R＝UI，单位为欧姆，符号为Ω.2．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＝ρlS.3．电阻率(1)物理意义：反映导体的导电性能，是导体材料本身的属性．超重点1：电流电阻电功电功率(2)计算式：ρ＝RSl，单位为Ω·m.三、电功、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：电能转化为其他形式能的过程．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＝Wt＝IU.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：Q＝I2Rt.4．热功率(1)定义：单位时间内的发热量．(2)表达式：P＝Qt＝I2R.※考点一电流的概念及表达式三个电流表达式的比较公式适用范围字母含义公式含义定义式I＝qt一切电路q为时间t内通过导体横截面的电荷量qt反映了I的大小，但不能说I∝q，I∝1t微观式I＝nqSv一切电路n：导体单位体积内的自由电荷数q：每个自由电荷的电荷量S：导体横截面积v：电荷定向移动速率从微观上看n、q、S、v决定了I的大小决定式I＝UR金属、电解液U：导体两端的电压R：导体本身的电阻I由U、R决定，I∝U，I∝1R[题组突破训练]1．安培提出了著名的分子电流假说，根据这一假说，电子绕核运动可等效为一环形电流．设带电荷量为e的电子以速率v绕原子核沿顺时针方向做半径为r的匀速圆周运动，其电流的等效电流I的大小和方向为()A.ve2πr，顺时针B.ver，顺时针C.ve2πr，逆时针D.ver，逆时针【答案】C【解析】电子带负电，负电荷的定向移动方向是形成电流方向的反方向，因电子绕核顺时针方向运动，故电流方向为逆时针方向，选项A、B错误；由匀速圆周运动的周期公式和电流的定义，可得I＝qt＝eT＝ev2πr，选项C正确，选项D错误2．来自质子源的质子(初速度为零)，经一加速电压为800kV的直线加速器加速，形成电流大小为1mA的细柱形质子流．已知质子电荷量e＝1.60×10－19C．这束质子流每秒打到靶上的质子数为________个．假定分布在质子源到靶之间的加速电场是均匀的，在质子束中与质子源相距L和4L的两处，各取一段极短的相等长度的质子流，其中的质子数分别为n1和n2，则n1∶n2＝________.【答案】6.25×10152∶1【解析】根据电流的定义可得I＝net，所以n＝Ite＝6.25×1015(个)．由于各处电流相同，设所取长度为l，其中的质子数为n′，则由I＝neSv得n′∝1v又v2＝2as，则v∝s，所以n1n2＝s2s1＝21.※考点二电阻及对电阻定律的理解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＝ρlS与R＝UI的比较比较项目R＝ρlSR＝UI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[题组突破训练]1．关于材料的电阻率，下列说法正确的是()A．把一根长导线截成等长的三段，则每段的电阻率都是原来的13B．材料的电阻率随温度的升高而增大C．通常情况下纯金属的电阻率较合金的电阻率小D．电阻率是反映材料导电性能好坏的物理量，电阻率越大的导体对电流的阻碍作用越大【答案】C【解析】材料的电阻率与长度无关，A错误；半导体材料的电阻率随温度升高而减小，B错误；通常情况下纯金属的电阻率较合金的电阻率小，C正确；电阻率大的导体，电阻不一定大，D错误．2．(多选)对于常温下一根阻值为R的金属电阻丝，下列说法正确的是()A．常温下，若将电阻丝均匀拉长为原来的10倍，则电阻变为10RB．常温下，若将电阻丝从中点对折，电阻变为R4C．加在电阻丝上的电压从零逐渐加大到U，则在任意状态下的UI的值不变D．若把温度降到绝对零度附近，电阻丝的电阻突然变为零，这种现象称为超导现象【答案】BD【解析】常温下，若将电阻丝均匀拉长为原来的10倍，则截面积变为原来的110，根据电阻定律R＝ρlS知电阻变为100R，A错误；常温下，若将电阻丝从中点对折，长度为原来的一半，截面积为原来的2倍，则电阻变为R4，B正确；电阻丝随着温度变化阻值会发生变化，C错误；根据超导现象知，D正确．※考点三对伏安特性曲线的理解及应用1．图线的意义(1)由于导体的导电性能不同，所以不同的导体有不同的伏安特性曲线．(2)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．2．应用：IU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．3．两类图线(1)线性元件的伏安特性曲线(图甲中a、b)是过原点的直线，表明它的电阻是不变的．(2)非线性元件的伏安特性曲线(图乙中c、d)是曲线，表明它的电阻是变化的．[典例1](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()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所围面积大小【答案】ABD【解析】由于灯泡的电阻在图线上的每一点都是R＝UI(U、I是对应的点坐标)，由图线不难看出，随电压的增大，电流的增加变得越发缓慢(IU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．[题组突破训练]1.(多选)如图所示是电阻R的I-U图象，图中α＝45°，由此得出()A．通过电阻的电流与两端电压成正比B．电阻R＝0.5ΩC．因I-U图象的斜率表示电阻的倒数，故R＝1tanα＝1.0ΩD．在R两端加上6.0V的电压时，每秒通过电阻横截面的电荷量是3.0C【答案】AD【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，A正确；电阻R＝UI＝2Ω，B、C错误；在R两端加上6.0V电压时，I＝UR＝3A，每秒通过导体横截面的电荷量q＝It＝3.0C，D正确．2．(多选)我国已经于2012年10月1日起禁止销售100W及以上的白炽灯，以后将逐步淘汰白炽灯．假设某同学研究白炽灯得到某白炽灯的U-I图线如图所示．图象上A点与原点的连线与横轴成α角，A点的切线与横轴成β角，则()A．白炽灯的电阻随电压的增大而减小B．在A点，白炽灯的电阻可表示为tanβC．在A点，白炽灯的电功率可表示为U0I0D．在A点，白炽灯的电阻可表示为U0I0【答案】CD【解析】白炽灯的电阻随电压的增大而增大，A错误；在A点，白炽灯的电阻可表示为U0I0，不能表示为tanβ或tanα，故B错误，D正确；在A点，白炽灯的功率可表示为U0I0，C正确．※考点四电功、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纯电阻电路非纯电阻电路实例白炽灯、电炉、电饭锅、电热毯、电熨斗及转子被卡住的电动机等电动机、电解槽、日光灯等电功与电热W＝UIt，Q＝I2Rt＝U2Rt，W＝QW＝UIt，Q＝I2Rt，W＞Q电功率与热功率P电＝UI，P热＝I2R＝U2R，P电＝P热P电＝UI，P热＝I2R，P电＞P热2.电动机的三个功率及效率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关系：P总＝P出＋P热输出功率电动机的有用功的功率，也叫作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效率η＝P出P入×100%[典例2](2020·四川广安诊断)在如图所示电路中，电动势E＝12V，内阻r＝2Ω，指示灯RL的阻值为16Ω，电动机M线圈电阻RM为2Ω.当开关S闭合时，指示灯RL的电功率P＝4W．求：(1)流过电流表A的电流；(2)电动机M输出的机械功率．【答案】(1)2A(2)7.5W【解析】(1)对指示灯，根据焦耳定律得P＝I2LRL解得IL＝0.5A路端电压U＝ILRL＝8V设流过电流表的电流为I，根据闭合电路欧姆定律得U＝E－Ir解得I＝E－Ur＝2A.(2)设电动机支路的电流为IM，则IM＝I－IL＝1.5A电动机总功率PM＝UIM＝12W电动机输出机械功率PM出＝PM－I2MRM解得PM出＝7.5W.[题组突破训练]1．额定电压都是110V，额定功率PA＝100W、PB＝40W的两盏电灯，若接入电压是220V的下列电路上，则使两盏电灯均能正常发光，且电路中消耗的电功率最小的电路是()【答案】C【解析】判断灯泡能否正常发光，就要判断电压是否为额定电压，或电流是否为额定电流．由P＝U2R和已知条件可知，RARB.对于A电路，由于RARB，所以UB110V，B灯被烧坏，两灯不能正常发光．对于B电路，由于RARB，A灯与变阻器并联，并联电阻更小于RB，UB110V，B灯被烧坏，两灯不能正常发光．对于C电路，B灯与变阻器并联电阻可能等于RA，所以可能UA＝UB＝110V，两灯可以正常发光．对于D电路，若变阻器的有效电阻等于A、B的并联电阻，则UA＝UB＝110V，两灯可以正常发光．比较C、D两个电路，由于C电路中变阻器功率为(IA－IB)×110V，而D电路中变阻器功率为(IA＋IB)×110V，所以C电路消耗的功率最小，故C正确．2．一台小型电动机在3V电压下工作，用此电动机提升重力为4N的物体时，通过电动机的电流是0.2A．在30s内可将该物体匀速提升3m．若不计除电动机线圈生热之外的能量损失，求：(1)电动机的输入功率；(2)在开始提升物体后的30s内，电动机线圈所产生的热量；(3)电动机线圈的电阻．【答案】(1)0.6W(2)6J(3)5Ω【解析】(1)电动机的输入功率P入＝IU＝0.2×3W＝0.6W.(2)电动机提升物体的机械功率P机＝Fv＝mg·st＝0.4W由能量守恒定律得P入＝P机＋P热故P热＝P入－P机＝(0.6－0.4)W＝0.2W所以电动机线圈产生的热量Q＝P热t＝0.2×30J＝6J.(3)根据焦耳定律Q＝I2Rt可得线圈电阻R＝QI2t＝60.22×30Ω＝5Ω.一、电阻的串联与并联串联电路并联电路超重点2：电路的基本规律及应用电路图基本特点电压U＝U1＋U2＋U3U＝U1＝U2＝U3电流I＝I1＝I2＝I3I＝I1＋I2＋I3总电阻R总＝R1＋R2＋R31R总＝1R1＋1R2＋1R3二、电动势和内阻1．电动势(1)定义：电源在内部移动电荷过程中，非静电力对电荷做的功与移动电荷的电荷量的比值．(2)定义式：E＝Wq，单位为V.(3)大小：电动势在数值上等于在电源内部非静电力把1C正电荷从负极移送到正极所做的功．2．