高三物理電功及電功率

關(guān)于高三物理電功及電功率第1頁，共13頁，2023年，2月20日，星期日1.在本章中，高考命題頻率最大的是實驗。本章共包含4個實驗，在每年高考試題中，實驗題一般是這些實驗的變形，其中，測定電源電動勢和內(nèi)阻、測定金屬的電阻率(含螺旋測微器的使用)、描繪小燈泡的伏安特性曲線、多用電表的使用等，是近幾年高考中高考實驗命題的熱點，而且近兩年高考實驗題都具有一個突出特點——往往是教材相關(guān)實驗的改進或變形。

2.閉合電路的動態(tài)分析及電路故障的判斷分析，一直是近幾年高考命題的熱點，多以選擇題形式出現(xiàn)。

3.將生活、生產(chǎn)實際中的電路進行分析或計算，已成為高考命題的趨勢。

本章的核心內(nèi)容是閉合電路歐姆定律，重點是電路分析計算和電路設(shè)計、實際問題的解決。由本章的特點，學(xué)生實驗多，且為高考命題的重點，因此在復(fù)習(xí)時要注重實驗的基本原理和研究方法，還要注重實驗的創(chuàng)新思維，能根據(jù)要求設(shè)計實驗電路和應(yīng)用所學(xué)知識解決實際問題。第2頁，共13頁，2023年，2月20日，星期日

如圖7-1-2所示，AD表示粗細(xì)均勻的一段導(dǎo)體l，兩端加一定的電壓，導(dǎo)體中的自由電荷沿導(dǎo)體定向移動的速度為v，設(shè)導(dǎo)體的橫截面積為S，導(dǎo)體每單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)為n，每個自由電荷所帶的電荷量為q。

AD導(dǎo)體中的自由電荷總數(shù)：N=nlS

總電荷量Q=Nq=nlSq

所有這些電荷都通過橫截面D所需要的時間：t=l/v

所以導(dǎo)體AD上的電流：I=Q/t=nlSq/(l/v)=nqSv。由此可見，從微觀上看，電流取決于導(dǎo)體中自由電荷的密度、電荷量、定向移動速度，還與導(dǎo)體的橫截面積有關(guān)。要點一電流的微觀表達式圖7-1-2名師支招：

(1)由I=nqSv可以看出，導(dǎo)體橫截面積越大的位置，自由電荷定向移動的速率越小。

(2)公式I=nqSv是由I=Q/t推導(dǎo)出來的，適合于從微觀出發(fā)研究電流的形成，其中n為導(dǎo)體單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)。學(xué)案1電流電阻電功及電功率第3頁，共13頁，2023年，2月20日，星期日1.W=IUt普遍適用于計算任何一段電路上的電功。P=IU普遍適用于計算任何一段電路上消耗的電功率。

2.Q=I2Rt，只用于計算電熱。

3.對純電阻電路來說，由于電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，所以有關(guān)電功、電功率的所有公式和形式都適用，即W=IUt=I2Rt=U2/Rt，P=IU=I2R=U2/R。

4.在非純電阻電路中，總電能中的一部分轉(zhuǎn)化為熱能，另一部分轉(zhuǎn)化為其他形式的能，電熱仍用Q=I2Rt計算。這時，W總=IUt>Q=I2Rt，同理P總>P熱。

5.用電器的額定功率和實際功率用電器正常工作條件下所加的電壓叫做額定電壓，額定電壓下消耗的功率是額定功率，即P額=I額U額。實際功率是指用電器在實際電壓下消耗的功率，即P實=I實U實，P實不一定等于P額，若U實>U額，則P實>P額，用電器可能被燒毀。要點二正確理解電功和電功率的幾個公式第4頁，共13頁，2023年，2月20日，星期日有一個直流電動機，把它接入0.2V電壓的電路中，電動機不轉(zhuǎn)，測得流過電動機的電流是0.4A；若把電動機接入2.0V電壓的電路中，電動機正常工作，工作電流是1.0A。求電動機正常工作時的輸出功率是多大？如果在電動機正常工作時，轉(zhuǎn)子突然被卡住，電動機的發(fā)熱功率是多大？【答案】1.5W8W

＊體驗應(yīng)用＊第5頁，共13頁，2023年，2月20日，星期日【例1】如圖7-1-3所示為某種帶有一價離子的水溶液中，正負(fù)離子在定向移動，方向如圖。如果測得2s內(nèi)分別有1.0×1018個正離子和負(fù)離子通過溶液內(nèi)部的橫截面

M，試問：溶液中電流的方向如何？電流多大？熱點一電流的計算【名師支招】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，注意兩方面的理解：

(1)q是通過橫截面的電量，該“橫截面”未必一定是單位橫截面；

(2)負(fù)離子的定向移動等效看作是正離子反方向的定向移動。當(dāng)異種電荷反方向通過某一個橫截面時，q=|q1|+|q2|；當(dāng)異種電荷同方向通過某一個橫截面時，q=|q1|-|q2|。【解析】水溶液導(dǎo)電是靠自由移動的正負(fù)電荷，它們在電場的作用下向相反方向定向移動。電學(xué)中規(guī)定，電流的方向為正電荷定向移動的方向，所以溶液中電流的方向與正離子定向移動的方向相同，即由A指向B。每個離子的電荷量為1e=1.6×10-19C。該水溶液導(dǎo)電時負(fù)電荷由B向A運動，負(fù)離子的定向移動可以等效看作是正離子反方向的定向移動。所以，一定時間內(nèi)通過橫截面的電量應(yīng)該是正負(fù)兩種離子電荷量的絕對值之和。

I=q/t=(q1+q2)/t=(1.0×1018×1.6×10-19+1.0×1018×1.6×10-19)/2A=0.16A?！敬鸢浮緼指向B0.16A圖7-1-3第6頁，共13頁，2023年，2月20日，星期日

1若氫原子的核外電子繞核做半徑為r的勻速圓周運動，則其角速度ω=______；電子繞核的運動可等效為環(huán)形電流，則電子運動的等效電流I=_______。(已知電子的質(zhì)量為m，電荷量為e，靜電力恒量用k表示)第7頁，共13頁，2023年，2月20日，星期日【例2】［2009年高考全國理綜卷Ⅰ］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℃時的電阻率。在一定的溫度范圍內(nèi)α是與溫度無關(guān)的常量。金屬的電阻一般隨溫度的增加而增加，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，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，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，求所需碳棒的長度(忽略碳棒和銅棒的尺寸隨溫度的變化)?！久麕熤д小勘绢}考查重點是電阻定律及其應(yīng)用，考查了利用題敘述材料進行推理能力及應(yīng)用數(shù)學(xué)知識解決問題的能力。【解析】設(shè)所需碳棒的長度為l1，電阻率為ρ1，電阻溫度系數(shù)為α1；銅棒的長度為l2，電阻率為ρ2，電阻溫度系數(shù)為α2。由題意，得

ρ1=ρ10(1+α1t)①ρ2=ρ20(1+α2t)②

式中ρ10、ρ20分別為碳和銅在0℃時的電阻率。設(shè)碳棒的電阻為R1，銅棒的電阻為R2。根據(jù)電阻定律，有

R1=ρ1l1/S③R2=ρ2l2/S④

其中S為碳棒和銅棒的橫截面積。碳棒與銅棒連接成的導(dǎo)體的總電阻和總長度分別為

R=R1+R2⑤l0=l1+l2⑥

式中l(wèi)0=1.0m

由①②③④⑤⑥得

R=ρ10l1/S+ρ20l2/S+(ρ10α1l1+ρ20α2l2)/St⑦

要使R不隨t變化，⑦式中t的系數(shù)必須為零，即

ρ10α1l1+ρ20α2l2=0⑧

由⑥⑧兩式，有

l1=ρ20α2/(ρ20α2-ρ10α1)l0⑨

代入數(shù)據(jù)得l1=3.8×10-3m。熱點二電阻定律的應(yīng)用【答案】3.8×10-3m第8頁，共13頁，2023年，2月20日，星期日

2【答案】64:1

兩根完全相同的金屬導(dǎo)線，如果把其中的一根均勻拉長到原來的4倍，把另一根導(dǎo)線對折后絞合起來，則它們的電阻之比是多少？第9頁，共13頁，2023年，2月20日，星期日【例3】電熱毯、電飯鍋等是人們常用的電熱式家用電器，它們一般具有加熱和保溫功能，其工作原理大致相同。圖7-1-4為某種電熱式電器的簡化電路圖，主要元件有電阻絲R1、R2和自動開關(guān)S。

(1)當(dāng)自動開關(guān)S閉合和斷開時，用電器分別處于什么狀態(tài)？

(2)用電器由照明電路供電(U=220V)，設(shè)加熱時用電器的電功率為400W，保溫時用電器的電功率為40W，則R1和R2分別為多大？

(3)若將圖7-1-4中的自動開關(guān)S換成理想的晶體二極管D，如圖7-1-5所示，其他條件不變，求該用電器工作1小時消耗的電能。熱點三電功、電功率的計算【名師支招】熟悉“用電器”在電路中使用的基本常識，用公式P=U2/R分析不同狀態(tài)下功率的差別；理想二極管在交流電中只有一半時間導(dǎo)通，是本題的解題關(guān)鍵?！窘馕觥?1)S閉合，處于加熱狀態(tài)；S斷開，處于保溫狀態(tài)。

(2)由功率公式得

P1=U2/R1①

P2=U2/(R1+R2)②

聯(lián)立①②得R1=121Ω，R2=1089Ω(3)W=P1t/2+P2t/2=0.22kW·h(或