第1節(jié) 電流、電阻、電功、電功率與電熱

第1節(jié)電流、電阻、電功、電功率和電熱1．形成條件：導(dǎo)體兩端有

，導(dǎo)體提供大量的自由電荷，

在導(dǎo)體中建立了電場(chǎng)．2．電流的方向：規(guī)定與

定向運(yùn)動(dòng)的方向相同．注意：電流雖有方向，但仍為標(biāo)量．3.電流的大小(1)定義式：I＝

，單位是七個(gè)

之一，國(guó)際單位是安培，符號(hào)是A.(2)微觀表達(dá)式：I＝

.電壓電荷正電荷基本單位nqSv一、電流(3)決定式：I＝

(部分電路歐姆定律，只適用于

或

導(dǎo)電)．二、電阻和電阻率1.電阻(1)意義：反映了導(dǎo)體對(duì)電流的

作用．(2)定義式：R＝

，國(guó)際單位：歐姆，符號(hào)為Ω.(3)決定式(電阻定律)：R＝

，取決于導(dǎo)體的

、

、

和溫度．金屬電解液阻礙材料橫截面積長(zhǎng)度2．電阻率(1)意義：反映了導(dǎo)體的

，由

決定，但受溫度影響.(2)電阻率與溫度的關(guān)系金屬的電阻率隨著溫度的升高而

．半導(dǎo)體的電阻率隨溫度的升高而

．錳銅合金和鎳銅合金的電阻率隨溫度變化而幾乎

．導(dǎo)電性能材料增大減小保持不變(3)超導(dǎo)現(xiàn)象：當(dāng)溫度降低到接近0K時(shí)，某些金屬或合金的電阻率會(huì)突變?yōu)?，這種現(xiàn)象叫超導(dǎo)現(xiàn)象，最早發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象的科學(xué)家是荷蘭的昂尼斯．三、電功、電功率、電熱1.電功(1)定義：電流流過(guò)導(dǎo)體時(shí)把

轉(zhuǎn)化為其他形式的能的多少．(2)計(jì)算式：W＝

．2.電功率(1)定義：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)電流所做的功，表示電流做功的

．電能UIt快慢(2)定義式：P＝＝

.3．電熱(1)定義：電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí)電能轉(zhuǎn)化為

的多少．(2)計(jì)算式(焦耳定律):Q＝

.(3)熱功率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)發(fā)熱的功率P熱＝

.UI內(nèi)能I2RtI2R【思路點(diǎn)撥】本題的關(guān)鍵是正確把握電流定義式I＝q/t中電量的含義．【解析】計(jì)算電流時(shí)，通過(guò)某一截面的電荷量，可以是正電荷，也可以是負(fù)電荷，還可能是向相反方向定向移動(dòng)的正、負(fù)電荷絕對(duì)值之和．【答案】D【方法與知識(shí)感悟】正確理解電流定義式I＝

中電量的含義：(1)q是通過(guò)橫截面的電量，該“橫截面”未必一定是單位橫截面；(2)負(fù)離子的定向移動(dòng)等效看作是正離子反方向的定向移動(dòng)．當(dāng)異種電荷反方向通過(guò)某一個(gè)橫截面時(shí)，q＝|q1|＋|q2|；當(dāng)異種電荷同方向通過(guò)某一個(gè)橫截面時(shí)，q＝|q1|－|q2|.例2如圖所示，某一導(dǎo)體的形狀為長(zhǎng)方體，其長(zhǎng)、寬、高之比為a∶b∶c＝5∶3∶2.在此長(zhǎng)方體的上下、左右四個(gè)面上分別通過(guò)導(dǎo)線引出四個(gè)接線柱1、2、3、4.在1、2兩端加上恒定的電壓U，通過(guò)導(dǎo)體的電流為I1；在3、4兩端加上恒定的電壓U，通過(guò)導(dǎo)體的電流為I2，則I1∶I2為()A．4∶9B．9∶4C．25∶4D．25∶9【思路點(diǎn)撥】確定電阻的長(zhǎng)度和橫截面積是解題的關(guān)鍵．題型二：電阻定律的理解和應(yīng)用【答案】C題型三：電功和電功率及電熱和熱功率的計(jì)算例3有一個(gè)直流電動(dòng)機(jī)，把它接入0.2V電壓的電路中，電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)，測(cè)得流過(guò)電動(dòng)機(jī)的電流是0.4A；若把電動(dòng)機(jī)接入2.0V電壓的電路中，電動(dòng)機(jī)正常工作，工作電流是1.0A．求電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)的輸出功率是多大？如果在電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)，轉(zhuǎn)子突然被卡住，電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱功率是多大？【答案】1.5W8W【方法與知識(shí)感悟】通過(guò)純電阻與非純電阻元件來(lái)比較電功和電熱，如下表：純電阻元件非純電阻元件電功(率)W＝UIt(電功率P電＝UI)電熱(能)Q＝I2Rt(熱功率P熱＝I2R)電功和電熱的關(guān)系W＝Q(P電＝P熱)(P＝UI＝I2R＝)W>Q(P電>P熱)(W＝Q＋E其他或UI＝I2R＋P其他)C

【解析】本題考查的是對(duì)電阻率的理解．電阻率的影響因素是導(dǎo)體本身的材料和溫度，與導(dǎo)體的長(zhǎng)度、橫截面積等無(wú)關(guān)，A錯(cuò)誤，B錯(cuò)誤，C正確．D項(xiàng)的前半句是正確的，但后半句中導(dǎo)體對(duì)電流的阻礙作用是電阻而不是電阻率，D錯(cuò)誤．C

3．某一用直流電動(dòng)機(jī)提升重物的裝置如圖所示．重物的質(zhì)量m＝50kg，電源電動(dòng)勢(shì)E＝110V，不計(jì)電源電阻及各處摩擦，當(dāng)電動(dòng)機(jī)以v＝0.90m/s的恒定速度向上提升重物時(shí)，電路中的電流強(qiáng)度I＝5A，由此可知，電動(dòng)機(jī)線圈的電阻R是多少？(g取10m/s2)【解析】電源工作時(shí)將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能輸入電路，電流通過(guò)電動(dòng)機(jī)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能輸出，由能量守恒定律可知EIt＝I2Rt＋mgvt，解得電動(dòng)機(jī)線圈的電阻R＝4Ω.【鞏固基礎(chǔ)】A2．(2012全國(guó))一臺(tái)電風(fēng)扇的額定電壓為交流220V．在其正常工作過(guò)程中，用交流電流表測(cè)得某一段時(shí)間內(nèi)的工作電流I隨時(shí)間t的變化如圖所示．這段時(shí)間內(nèi)電風(fēng)扇的用電量為()A．3.9×10－2度B．5.5×10－2度C．7.8×10－2度D．11.0×10－2度B【解析】分段計(jì)算用電量，根據(jù)W＝UIt得W＝W1＋W2＋W3＝220×0.3×10×60J＋220×0.4×10×60J＋220×0.2×40×60J＝1.98×105J，而1度＝1kW·h＝3.6×106J，所以W＝1.98×105J＝0.055度＝5.5×10－2度，故B選項(xiàng)正確，A、C、D選項(xiàng)錯(cuò)誤．B

【解析】公式P＝UI適用于任何電路的電功率的計(jì)算，而非電熱功率的計(jì)算，故A錯(cuò)誤；焦耳定律公式P＝I2R適用于任何電路的電熱功率的計(jì)算，故B正確；C、D錯(cuò)誤．*4．一個(gè)T形電路如圖所示，電路中的電阻R1＝10Ω，R2＝120Ω，R3＝40Ω.另有一測(cè)試電源，電動(dòng)勢(shì)為100V，內(nèi)阻忽略不計(jì)．則()A．當(dāng)cd端短路時(shí)，ab之間的等效電阻是40ΩB．當(dāng)ab端短路時(shí)，cd之間的等效電阻是40ΩC．當(dāng)ab兩端接通測(cè)試電源時(shí)，cd兩端的電壓為80VD．當(dāng)cd兩端接通測(cè)試電源時(shí)，ab兩端的電壓為80VAC5．三個(gè)同樣的電阻，額定功率均為10W，把其中兩個(gè)并聯(lián)再與第三個(gè)串聯(lián)接入電路，則此電路允許消耗的最大功率為()A．10WB．15WC．20WD．30WB【提升能力】6．近年來(lái)，因低溫雨雪冰凍造成高壓輸電線因結(jié)冰而損毀嚴(yán)重．為消除高壓輸電線上的冰凌，有人設(shè)計(jì)了這樣的融冰思路：利用電流的熱效應(yīng)除冰．若在正常供電時(shí)，高壓線路上輸電電壓為U，電流為I，熱量損耗功率為ΔP；除冰時(shí)(認(rèn)為輸電總功率和輸電線電阻不變)，輸電線上的熱量損耗功率需變?yōu)?5ΔP，則除冰()A．輸電電流為5IB．輸電電流為25I

C．輸電電壓為25UD．輸電電壓為5UA根據(jù)銘牌上提供的信息，下列說(shuō)法正確的是()A．四種電器都正常工作時(shí)電風(fēng)扇中通過(guò)的電流最小B．四種電器都正常工作時(shí)空調(diào)機(jī)消耗的電功率最大C．在24小時(shí)內(nèi)正常使用的電冰箱比連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的電風(fēng)扇耗電多D．在24小時(shí)內(nèi)正常使用的電冰箱比連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的電風(fēng)扇耗電少ABD【解析】四種用電器正常工作時(shí)，額定電壓均可認(rèn)為為220V，而電風(fēng)扇的功率最小，由P＝UI知，電風(fēng)扇中電流最小，A對(duì)；由于空調(diào)電流最大，故空調(diào)消耗的電功率最大，B對(duì)；電風(fēng)扇24小時(shí)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)消耗的電能為W＝Pt＝65×10－3×24kW·h＝1.56kW·h，大于電冰箱消耗的電能0.8kW·h，所以C錯(cuò)，D對(duì)．故答案為A、B、D.*8．如圖所示的電路中，輸入電壓U恒為12V，燈泡L上標(biāo)有“6V、12W”字樣，電動(dòng)機(jī)線圈的電阻RM＝0.50Ω.若燈泡恰能正常發(fā)光，以下說(shuō)法中正確的是()A．電動(dòng)機(jī)的輸入功率為12WB．電動(dòng)機(jī)的輸出功率為12WC．電動(dòng)機(jī)的熱功率為2.0WD．整個(gè)電路消耗的電功率為22WAC9．某材料的電阻率ρ隨溫度變化的規(guī)律為ρ＝ρ0(1＋αt)，其中α稱為電阻溫度系數(shù)，ρ0是材料在t＝0℃時(shí)的電阻率．在一定的溫度范圍內(nèi)α是與溫度無(wú)關(guān)的常數(shù)．金屬的電阻一般隨溫度的升高而增大，具有正溫度系數(shù)；而某些非金屬如碳等則相反，具有負(fù)溫度系數(shù)．利用具有正負(fù)溫度系數(shù)的兩種材料的互補(bǔ)特性，可制成阻值在一定溫度范圍內(nèi)不隨溫度變化的電阻．已知：在0℃時(shí)，銅的電阻率為1.7×10－8Ω·m，碳的電阻率為3.5×10－5Ω·m，在0℃附近時(shí)，銅的電阻溫度系數(shù)為3.9×10－3℃－1，碳的電阻溫度系數(shù)為－5.0×10－4℃－1.將橫截面積相同的碳棒與銅棒串接成長(zhǎng)1.0m的導(dǎo)體，要求其電阻在0℃附近不隨溫度變化，求所需碳棒的長(zhǎng)度(忽略碳棒和銅棒的尺寸隨溫度的變化)．10．一輛電動(dòng)自行車的銘牌上給出了如下的技術(shù)參數(shù)表：規(guī)格后輪驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)車型26″電動(dòng)自行車額定電壓下的輸出功率110W整車質(zhì)量30kg額定電壓36V最大載重120kg額定電流3.5A質(zhì)量為M＝70kg的人騎此電動(dòng)自行車沿平直公路行駛，所受阻力f恒為車和人總重的0.02倍．若g取10m/s2，那么在此人行駛的過(guò)程中，求：(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)(1)此車電動(dòng)機(jī)在額定電壓下正常工作的效率有多高？(2)在電動(dòng)機(jī)以額定功率提供動(dòng)力的情況下，此人騎車行駛的最大速度為多大？(3)在電動(dòng)機(jī)以額定功率提供動(dòng)力的情況下，當(dāng)車速為v1＝1.0m/s時(shí)，此人騎車的加速度為多大？(4)假設(shè)電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)，損失的功率有80%是由于電機(jī)繞線電阻生熱而產(chǎn)生的，則電動(dòng)機(jī)的繞線電阻為多大？11．如圖所示是一種懸球式加速度儀．它可以用來(lái)測(cè)定沿水平軌道做勻加速直線運(yùn)動(dòng)的列車的加速度．m是一個(gè)金屬球，它系在細(xì)金屬絲的下端，金屬絲的上端懸掛在O點(diǎn)，AB是一根長(zhǎng)為l的電阻絲，其阻值為R.金屬絲與電阻絲接觸良好，摩擦不計(jì)．電阻絲的中點(diǎn)C焊接一根導(dǎo)線．從O點(diǎn)也