（课标通用版）2020版高考物理总复习 第八章 01 第1讲 欧姆定律、电阻定律、电功率及焦耳定律课

第1讲欧姆定律、电阻定律、电功率及焦耳定律一电流、欧姆定律二电阻、电阻率、电阻定律三电功、电功率、焦耳定律基础过关考点一电流电阻电阻定律考点二部分电路欧姆定律伏安特性曲线考点三电功电功率焦耳定律考点突破基础过关一、电流、欧姆定律1.电流(1)电流的形成:电荷的①定向移动形成电流。(2)电流的方向:②正电荷定向移动的方向规定为电流的方向。(3)三个公式:a.定义式:I=③ ;b.微观式:I=④nqvS;c.决定式:I= 。qtUR2.欧姆定律(1)欧姆定律:导体中的电流I跟导体两端的⑤电压U成正比,跟导体的⑥电阻R成反比。表达式为:⑦I= 。(2)欧姆定律的适用范围a.金属导电和电解液导电(对气体导电不适用)。b.纯电阻电路(不含电动机、电解槽等器件的电路)。UR二、电阻、电阻率、电阻定律1.电阻:反映了导体对电流的阻碍作用的大小,R=⑧ 。UI2.电阻定律(1)内容:同种材料的导体,其电阻R与它的长度l成⑨正比,与它的横截面积S成⑩反比,导体电阻与构成它的材料有关。(2)表达式R= ρ 。lS3.电阻率(1)物理意义:反映制作导体的材料 导电性能好坏的物理量,是导体材料本身的属性。(2)电阻率与温度的关系a.金属的电阻率随温度的升高而 增大。b.半导体的电阻率随温度的升高而 减小。c.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。三、电功、电功率、焦耳定律1.电功(1)定义:电路中 电场力移动自由电荷做的功。(2)公式:W=qU= UIt。(3)电流做功的实质: 电能转化成其他形式的能。2.电功率(1)定义:单位时间内电流所做的功叫做电功率。表示电流做功的 快慢。(2)公式:P= = UI。Wt3.焦耳定律(1)内容:电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成 正比,跟导体的电阻及通电时间成 正比。(2)公式:Q= I2Rt。4.热功率(1)定义:单位时间内的发热量。(2)表达式:P= = I2R。Qt1.判断下列说法对错。(1)导体中只要有电荷运动就形成电流。 (✕)(2)欧姆定律适用于金属导电和气体导电。 (✕)(3)导体的电阻与导体两端的电压成正比,与通过导体的电流成反比。 (✕)(4)电阻率是由导体本身决定的。 (√)(5)公式Q=I2Rt适用于任何电路中电热的计算。 (√)(6)公式P=IU只适用于纯电阻电路中电功率的计算。 (✕)2.用电器到发电厂的距离为l,线路上的电流为I,已知输电线的电阻率为ρ。为使线路上的电压降不超过U,那么,输电线的横截面积的最小值为 (B)A. B. C. D. ρlR2ρlIUUρlI2UlIρ3.(多选)一横截面积为S的铝导线,当有电压加在该导线上时,导线中的电流为I。设单位体积的导线中有n个自由电子,电子的电荷量为e,此时电子定向移动的速度为v,则在Δt时间内,通过导线横截面的自由电子数目可表示为 (AC)A.nvSΔtB.nvΔtC. D. IteItSe4.(2016浙江10月选考,11,3分)如图为一种服务型机器人,其额定功率为48W,额定工作电压为24V,机器人的锂电池容量为20A·h。则机器人 (C)A.额定工作电流为20AB.充满电后最长工作时间为2hC.电池充满电后总电荷量为7.2×104CD.以额定电流工作时每秒消耗能量为20J考点一电流电阻电阻定律考点突破1.三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= 一切电路q为时间t内通过导体横截面的电荷量 反映了I的大小,但不能说I∝q,I∝ 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:导体的横截面积v:电荷定向移动的速率从微观上看n、q、S、v决定了I的大小决定式I= 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∝ qtqt1tUR1R2.电阻与电阻率的区别与联系(1)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。(2)联系①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导体的电阻、电阻率均与温度有关。3.电阻定义式和决定式的比较公式定义式:R= 决定式:R=ρ 适用条件(1)金属(粗细均匀)、电解液(浓度均匀)(2)纯电阻电路导电材料公式含义 反映了R的大小,不能说R∝U、R∝ R的决定式,R由ρ、l、S共同决定注意导体电阻阻值与电阻率无直接关系,即电阻大,电阻率不一定大;电阻率小,电阻不一定小UIlSUI1I1.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,关于该环形电流,下列说法正确的是 (C)A.电流大小为 ,电流方向为顺时针B.电流大小为 ,电流方向为顺时针C.电流大小为 ,电流方向为逆时针2verver2verD.电流大小为 ,电流方向为逆时针ver解析电子做圆周运动的周期T= ,由I= ,得I= ,电流的方向与电子运动方向相反,故电流方向为逆时针。2rveT2ver2.有两根完全相同的金属裸导线A和B,如果把导线A均匀拉长到原来的2倍,导线B对折后绞合起来,则其电阻之比为 (B)A.1∶16B.16∶1C.1∶4D.4∶1解析设A、B原来电阻均为R,长度均为l,横截面积均为S。则R=ρ 对A:RA=ρ =4R对B:RB=ρ = R故 =16∶1,B正确。lS2/2lS/22lS14ABRR3.(多选)(2019湖南益阳期末)一根粗细均匀的金属导线,在其两端加上电压U时,通过导线的电流为I,导线中自由电子定向移动的平均速率为v,若将导线均匀拉长,使它的横截面半径变为原来的 ,再给它两端加上电压2U,则 (AD)A.通过导线的电流为 B.通过导线的电流为 C.导线中自由电子定向移动的速率为 128I16I4vD.导线中自由电子定向移动的速率为 2v解析若将导线均匀拉长,使它的横截面半径变为原来的 ,则横截面积变为原来的 ,导线长度变为原来的4倍,根据电阻定律R=ρ ,可知电阻变为原来的16倍,再给它两端加上电压2U,通过导线的电流为 ,选项A正确,选项B错误;根据电流的微观式,通过导线的电流为I时,有I=neSv,当通过导线的电流为 时,有 =ne· ·v1,可知v1= ,选项C错误,选项D正确。1214LS8I8I8I4S2v考点二部分电路欧姆定律伏安特性曲线1.欧姆定律的“二同”(1)同体性:指I、U、R三个物理量必须对应同一段电路或同一段导体。(2)同时性:指U和I必须是导体上同一时刻的电压和电流。2.对伏安特性曲线的理解(1)如图,图线a、b表示线性元件的I-U图线,图线c、d表示非线性元件的I-U图线;对于线性元件R= = ,对于非线性元件:R= ≠ 。UIUIUIUI(2)I-U图线的斜率表示电阻的倒数,斜率越大,电阻越小,故RaRb,图线c表示的元件的电阻随电压的增大而减小,图线d表示的元件的电阻随电压的增大而增大。(3)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。在I-U曲线上某点切线的斜率不是电阻的倒数。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 (ABD)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= C.对应P点,小灯泡的电阻为R= D.对应P点,小灯泡的功率为图中矩形PQOM所围面积大小12UI121UII解析在I-U图像中,图线上的点与O点的连线的斜率表示该点所对应的电压下电阻的倒数,图像中图线上各点与O点连线的斜率随U的增大逐渐减小,电阻逐渐增大,A正确;对应P点,小灯泡两端的电压为U1,通过的电流为I2,根据欧姆定律可知,小灯泡的电阻应为R= ,B正确,C错误;其电功率为P=U1I2,即图中矩形PQOM所围的面积大小,D正确。12UI考向1对伏安特性曲线的理解1.(2018湖北七市联考)某一导体的伏安特性曲线如图AB段(曲线)所示,关于导体的电阻,以下说法正确的是 (B)A.B点的电阻为12ΩB.B点的电阻为40ΩC.导体的电阻因温度的影响改变了1ΩD.导体的电阻因温度的影响改变了9Ω解析A点电阻RA= Ω=30Ω,B点电阻RB= Ω=40Ω,故A错误,B正确。ΔR=RB-RA=10Ω,故C、D项错误。131.010161.510考向2U-I图像的应用2.(2019浙江杭州长征中学高二月考)将四个定值电阻a、b、c、d分别接入电路,测得相应的电流、电压值如图所示。其中阻值最接近的两个电阻是 (A) A.a和bB.b和dC.a和cD.c和d解析本题考查U-I图像的意义。根据R= 知,定值电阻的U-I图线的斜率表示定值电阻的阻值。在U-I图中分别连接O与4个点,根据它们的倾斜度可知,a和b的阻值最接近,故选A。UI1.运用伏安特性曲线求电阻应注意的问题(1)如图所示,非线性元件的I-U图线是曲线,导体电阻Rn= ,即电阻等于图线上点(Un,In)与坐标原点连线的斜率的倒数,而不等于该点切线斜率的倒数。(2)I-U图线中的斜率k= ,斜率k不能理解为k=tanα(α为图线与U轴的夹角),因坐标轴的单位可根据需要人为规定,同一电阻在坐标轴单位不同时倾角α是不同的。2.电阻的伏安特性曲线的应用技巧(1)用I-U图线来描述电阻的伏安特性时,图线上每一点对应一组U、I值, 为该状态下的电阻值,UI为该状态下的电功率。(2)如果I-U图线为直线,图线斜率的绝对值为该电阻的倒数。如果I-U图线为曲线,则图线上某点切线斜率的绝对值不表示该点电阻的倒数,电阻的阻值只能用该点的电压和电流的比值来计算。nnUI1R总结提升UI考点三电功电功率焦耳定律1.纯电阻电路与非纯电阻电路的比较2.额定功率与实际功率(1)用电器在额定电压下正常工作,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,若U实U额,则P实P额,用电器可能被烧坏。例2一台电风扇,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?(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?【审题指导】电动机不转时是纯电阻还是非纯电阻元件?电动机正常工作时呢?解析(1)因为P入=IU所以I= = A=0.3A(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=64.2WPU入66220答案(1)0.3A(2)64.2W1.8W97.3%(3)11A2420W2420W电风扇正常工作时的效率为η= = = ≈97.3%(3)电风扇的扇叶被卡住后通过电风扇的电流I'= = A=11A电动机消耗的电功率P'=I'U=11×220W=2420W电动机的发热功率P内'=I2'R=112×20W=2420(2019广东广州质检)定值电阻R1、R2、R3的阻值均为2Ω,在电路中所消耗的电功率的最大值分别为10W、10W、2W,现将这三个电阻按照如图所示的方式连接,则这部分电路消耗的电功率的最大值为 (B) A.22WB.12WC.15WD.16W解析由题意知R1=R2=R3=2Ω,P1=10W,P2=10W,P3=2W,首先分析两个并联电阻R