高考物理一輪總復習 第7章 恒定電流 第1節(jié) 電流電阻電功與電功率課件 新人教版

2017高三一輪總復習 物理 選修3 1 第七章恒定電流 第一節(jié)電流 電阻 電功與電功率 欄目導航 基礎知識整合 熱門考點研析 方法技巧歸納 考題隨堂演練 基礎知識整合 2016屆東城區(qū)一模 變壓器的線圈是由金屬絲繞制成的 若在短時間內吸熱過多來不及散熱就會損壞 現(xiàn)對粗細均勻的電阻絲通以直流電的情況進行討論 設通電產(chǎn)生的焦耳熱與電阻絲升高的溫度之間滿足如下關系 Q kcm T 其中c表示物體的比熱 m為物體的質量 T表示升高的溫度 k為大于1的常數(shù) 請你選擇一些物理量 通過論述和計算證明 為避免升溫過快 若電流越大 電阻絲應該越粗 說明自己所設物理量的含義 思路引導 1 設定物理量 如何表示電流流過電阻絲產(chǎn)生的焦耳熱 2 如何結合比熱容求出單位時間內升高的熱量的表達式 解析 本題考查了焦耳定律 電阻定律和能量守恒定律的知識 求出單位時間內升高的熱量是解題的關鍵 設電阻絲長度為L 橫截面積為S 電阻率為 密度為 0 通過電阻絲的電流為I 經(jīng)過 t時間電阻絲升溫 T 上述表明 當電流越大時 若想讓單位時間內升高的溫度少一些 則要求電阻線的橫截面積大一些 電流 電阻 電阻定律1 電流 1 形成電流的條件 導體中有能夠自由移動的電荷 導體兩端存在 知識點1 電壓 2 電流 定義 電荷 形成電流 物理意義 反映了電流的強弱程度 定義式 I 單位 安培 安 符號A 1A 1C s 3 電流的方向 與正電荷定向移動的方向 與負電荷定向移動的方向 電流雖然有方向 但它是 定向移動 相同 相反 標量 2 電阻 電阻定律 1 電阻的定義式 R 導體的阻值與兩端的電壓和流過的電流無關 2 電阻定律 內容 同種材料的導體 其電阻與它的 成正比 與它的 成反比 導體的電阻還與構成它的 有關 決定式 R 長度 橫截面積 材料 3 電阻率 公式 與導體長度l 橫截面積S無關 是導體材料本身的性質 由其材料決定 且與溫度有關 物理意義 反映導體的 是表征 的物理量 電阻率與溫度的關系 金屬 電阻率隨溫度升高而 半導體 電阻率隨溫度升高而 錳銅合金 鎳銅合金 幾乎不受溫度的影響 導電性能 材料性質 增大 減小 歐姆定律1 內容 導體中的電流跟導體兩端的 成正比 跟導體的 成反比 2 公式 I 3 適用范圍 1 金屬導電和電解液導電 對氣體導電不適用 2 純電阻電路 不含電動機 電解槽等的電路 知識點2 電壓 電阻 電功 電功率1 電功 1 定義 電路中 移動電荷所做的功 2 公式 W qU 適用于所有的用電器 3 實質 轉化成其他形式的能的過程 知識點3 電場力 UIt 電能 2 電功率 1 定義 單位時間內電流做的功 表示電流做功的 3 額定功率 當用電器兩端的電壓或流過用電器的電流為額定值時 用電器正常工作 此時用電器的功率就是額定功率 3 焦耳定律 1 內容 電流通過導體產(chǎn)生的熱量跟電流的二次方成正比 跟導體的電阻及通電時間成正比 2 表達式 Q 快慢 UI I2Rt 特別提醒電阻是反映導體對電流阻礙作用大小的物理量 電阻率是反映制作導體的材料導電性能好壞的物理量 導體電阻阻值與電阻率無直接關系 即電阻大 電阻率不一定大 電阻率小 電阻不一定小 電阻公式的比較 熱門考點研析 1 定義式 電流的三個公式 考點1 2 關系式3 微觀表達式I neSv是電流的微觀表達式 從微觀來看 電流的大小決定于導體中單位體積內的自由電荷數(shù)n 電荷量e 定向移動的速率v 還與導體的橫截面積有關 這是電流的本質 2015年安徽高考 一根長為L 橫截面積為S的金屬棒 其材料的電阻率為 棒內單位體積自由電子數(shù)為n 電子的質量為m 電荷量為e 在棒兩端加上恒定的電壓時 棒內產(chǎn)生電流 自由電子定向運動的平均速率為v 則金屬棒內的電場強度大小為 思路引導 1 電流的微觀表達式是什么 2 金屬棒內的電場強度如何表示 例1 答案 C 總結提升 電流的微觀表達式建立了電流的宏觀量和微觀量之間的關系 安培提出了著名的分子電流假說 根據(jù)這一假說 電子繞核運動可等效為一環(huán)形電流 設電量為e的電子以速率v繞原子核沿順時針方向做半徑為r的勻速圓周運動 關于該環(huán)形電流的說法 正確的是 針對訓練1 答案 C 1 伏安特性曲線 1 以電流為縱軸 電壓為橫軸所畫出的導體上的電流隨電壓的變化曲線稱為I U圖線 如圖甲所示 2 以電壓為縱軸 電流為橫軸畫出U I圖線 如圖乙所示 伏安特性曲線 考點2 3 比較電阻的大小2 線性元件和非線性元件線性元件 伏安特性曲線是直線的電學元件 歐姆定律適用 非線性元件 伏安特性曲線為曲線的電學元件 歐姆定律不適用 圖線a b表示線性元件 圖線c d表示非線性元件 圖象的斜率表示電阻的倒數(shù) 斜率越大 電阻越小 故Ra Rb 圖線c的電阻減小 圖線d的電阻增大 伏安特性曲線上每一點的電壓坐標與電流坐標的比值對應這一狀態(tài)下的電阻 在曲線上某點切線的斜率不是電阻的倒數(shù) 如圖所示 圖線1 2 3分別表示導體A B C的伏安特性曲線 其中導體C為一非線性元件 當串聯(lián)接在電壓恒為6V的直流電源兩端時 它們的電阻分別為R1 R2 R3 則下列說法正確的是 例2 A 此時流過三導體的電流均為1AB R1 R2 R3 1 2 3C 若將三導體串聯(lián)后改接在3V的直流電源上 則三導體的阻值之比不變D 若將三導體并聯(lián)后接在3V的直流電源上 則通過它們的電流比I1 I2 I3 3 2 1 思路引導 1 串聯(lián)電路具有什么規(guī)律 三個電阻串聯(lián)時總電壓是多少 2 非線性元件電阻隨電壓如何變化 伏安特性曲線的物理含義是什么 解析 三個導體串聯(lián)在6V的電源上 根據(jù)串聯(lián)電路特點可知 電流大小相等 分析圖象可知 當電流為1A時 三個導體兩端電壓之和為6V A選項正確 分析圖象可知 伏安特性曲線的斜率表示電阻的倒數(shù) R1 1 R2 3 R3 2 電阻之比為1 3 2 B選項錯誤 線性電阻的阻值不隨電壓的變化而變化 非線性電阻的阻值隨電壓的變化而變化 故將三導體串聯(lián)后改接在3V的直流電源上 則三導體的阻值之比變化 C選項錯誤 將三導體并聯(lián)后接在3V的直流電源上 分析圖象可知 通過它們的電流分別為3A 1A 2 4A D選項錯誤 答案 A 總結提升 1 由于導體的導電性能不同 所以不同的導體有不同的伏安特性曲線 2 伏安特性曲線上每一點的電壓坐標與電流坐標的比值 對應這一狀態(tài)下的電阻 2016屆嘉興月考 由于溫度的影響 某一導體的伏安特性曲線如圖AB段 曲線 所示 關于導體的電阻 以下說法正確的是 A B點的電阻為12 B B點的電阻為40 C 導體的電阻因溫度的影響改變了1 D 導體的電阻因溫度的影響改變了9 針對訓練2 答案 B 1 純電阻電路和非純電阻電路 1 純電阻電路 電流通過純電阻電路 消耗的電能全部轉化為內能 如電燈 電爐子 電烙鐵 歐姆定律只適用于純電阻電路 電功 電功率和電熱的計算 考點3 2 非純電阻電路 電路通過非純電阻電路 消耗的電能部分轉化為內能 大部分轉化為機械能 電動機 和化學能 電解槽 電功大于電熱 W UIt Q I2Rt 電功率大于熱功率 P電 UI P熱 I2R 2 電動機問題的解題技巧處理非純電阻電路的計算問題時 要善于從能量轉化的角度出發(fā) 緊緊圍繞能量守恒定律 利用 電功 電熱 其他能量 尋找等量關系求解 電動機工作時所消耗的電能大部分轉化為機械能 一小部分才轉化為熱能 因此 在計算電動機電路可用以下公式 1 電流做功是所消耗的總能量W總 UIt 工作所產(chǎn)生的熱量Q I2Rt 所轉化的機械能W機 W總 Q UIt I2Rt 2 電流做功的功率P總 UI 其發(fā)熱功率P熱 I2R 轉化的機械功率P機 P總 P熱 UI I2R 例3 思路引導 1 如何計算電子加速運動得到的動能 2 一秒內一個電子獲得的動能是多少 總結提升 1 電流做功 把電能轉化為其他形式的能 1 電流通過純電阻 電燈 電爐等 電路做功 電能 內能 2 電流通過電動機做功 電能 內能 機械能 3 電流通過電解液做功 電能 化學能 2 非純電阻電路比純電阻電路多了其他能量參與轉化 若當非純電阻電路中的其他能量停止轉化時 非純電阻電路也就轉化成了純電阻電路 電路特征發(fā)生了根本性轉變 電路元件中電流一定會發(fā)生變化 需要根據(jù)歐姆定律重新確定電流值 這類電路最典型的就是電動機通電后突然處于不轉動狀態(tài) 電動機無機械能輸出變成了純電阻電路 國家水利發(fā)展規(guī)劃指出 若按現(xiàn)有供水能力測算 我國供水缺口極大 蓄引提水是目前解決供水問題的重要手段之一 某地要把河水抽高20m 進入蓄水池 用一臺電動機通過傳動效率為80 的皮帶 帶動效率為60 的離心水泵工作 工作電壓為380V 此時輸入電動機的電功率為19kW 電動機的內阻為0 4 已知水的密度為1 103kg m3 重力加速度取10m s2 求 1 電動機內阻消耗的熱功率 2 將蓄水池蓄入864m3的水需要的時間 不計進 出水口的水流速度 針對訓練3 答案 1 1kW 2 2 104s 方法技巧歸納 電路的簡化1 串并聯(lián)電路的特點 2 幾個有用的結論 1 串聯(lián)電路的總電阻大于電路中任意一個電阻 電路中任意一個電阻變大時 總電阻變大 2 并聯(lián)電路的總電阻小于電路中任意一個電阻 任意一個電阻變大時 總電阻變大 3 某電路中無論電阻怎樣連接 該電路消耗的電功率P總等于各個電阻消耗的電功率之和 3 電路簡化的技巧 1 理想導線可任意長短 與導線直接連接的各點的電勢必相等 2 理想的電流表可認為是短路的 理想電壓表認為是斷路的 3 凡接在同樣兩個等勢點上的電阻為并聯(lián)關系 4 電壓穩(wěn)定時電容所在的支路為斷路 2016屆江西月考 如圖所示 設R1 R2 R3 R4 R 求開關S閉合和斷開時 A B兩端的電阻之比 思路引導 1 串并聯(lián)電路的特點是什么 2 開關S閉合和斷開時 如何簡化電路求解A B兩端的電阻 例4 解析 開關S閉合時 電阻R4被短路 電阻R1 R2 R3并聯(lián) 電路如圖所示 開關S斷開時 電阻R4和R3串聯(lián) 再和電阻R1 R2并聯(lián) 電路如圖所示 2013年安徽高考 用圖示的電路可以測量電阻的阻值 圖中Rx是待測電阻 R0是定值電阻 G是靈敏度很高的電流表 MN是一段均勻的電阻絲 閉合開關 改變滑動頭P的位置 當通過電流表G的電流為零時 測得MP l1 PN l2 則Rx的阻值為 針對訓練4 答案 C 考題隨堂演練 1 2016屆邢臺四模 歐姆不僅發(fā)現(xiàn)了歐姆定律 還研究了電阻定律 有一個長方體金屬電阻 材料分布均勻 邊長分別為a b c 且a b c 電流沿以下方向流過該金屬電阻 其中電阻阻值最小的是 答案 A 2 截面積為S的導線中通有電流I 已知導線每單位體積中有n個自由電子 每個自由電子的電荷量是e 自由電子定向移動的速率是v 則在時間 t內通過導線橫截面的電子數(shù)是 A B C D 答案 A 3 多選 2016屆浙江聯(lián)考 三個導體元件A B C的伏安特性曲線分別如圖線a b c所示 當它們串聯(lián)后接在6V穩(wěn)壓直流電源兩端時 它們的電阻分別為RA RB RC 其中圖線b在點 2 1 處的切線與圖線c平行 則下列說法正確的是 A RA RB RC 1 2 3B 此時導體A的功率為1W C 若將三個導體元件并聯(lián)后接在3V的穩(wěn)壓直流電源上 則A元件消耗的功率最小D 若僅將導體B C串聯(lián)后接在2V的穩(wěn)壓直流電源上 B元件消耗的功率大于0 5W 答案 AB 4 多選 如圖所示 一個