高中物理課件第十章第一講歐姆定律電功及電功率

考點點擊1.電流．歐姆定律．電阻和電阻定律Ⅱ2.電阻率與溫度的關(guān)系Ⅰ3.半導體及其應用．超導及其應用Ⅰ4.電阻的串聯(lián)、并聯(lián)．串聯(lián)電路的分壓作用．并聯(lián)電路的分流作用Ⅱ5.電功和電功率．串聯(lián)、并聯(lián)電路的功率分配Ⅱ6.電源的電動勢和內(nèi)電阻．閉合電路的歐姆定律．路端電壓Ⅱ考點點擊7.電流、電壓和電阻的測量：電流表、電壓表和多用電表的使用．伏安法測電阻8.實驗：測定金屬的電阻率(同時練習使用螺旋測微器)9.實驗：描繪小電珠的伏安特性曲線10.實驗：把電流表改裝為電壓表考點點擊11.實驗：測定電源電動勢和內(nèi)阻12.實驗：用多用電表探索黑箱內(nèi)的電學元件13.實驗：傳感器的簡單應用考情播報1.導體伏安特性曲線I－U圖象和U－I圖象的應用以及

閉合電路歐姆定律路端電壓和電流關(guān)系圖象的應用．2.應用電路的串、并聯(lián)規(guī)律結(jié)合閉合電路歐姆定律進行

電路的動態(tài)分析．題型多為選擇題．3.含電容電路、含電動機電路等的分析和計算，以及電

路故障的分析與判斷．常以選擇題的形式出現(xiàn)．考情播報4.電路中的電功和電熱的計算，能量守恒定律在電路

中的應用，是高考命題的熱點．5.電學基本儀器的使用及讀數(shù)，電學實驗以及相關(guān)電

路的設(shè)計，幾乎是每年必考的內(nèi)容.1．在復習中應理清各個基本概念，熟記各個公式，明確各公式的適用條件．由于本章知識與實際生活聯(lián)系密切，要加強培養(yǎng)用物理知識解決實際問題的能力．2．由于該部分知識與學生實驗結(jié)合緊密，因此常通過實驗考查該部分知識的運用情況．考查既具體又靈活，像儀器的選擇、讀數(shù)、器材的連接、數(shù)據(jù)處理、誤差分析等，每年的高考試題中都有所涉及，在復習中應予以足夠重視．對于多用電表的認識和使用，常見的測量電阻的方法，滑動變阻器、電壓表、電流表等電學元件及儀表的使用等應該牢牢地掌握.2．方向：

定向移動的方向．3．矢標性：電流有方向，但電流是標量．一、電流1．電流形成的條件(1)導體中有

；(2)導體兩端存在

．自由電荷電壓正電荷4．公式(1)定義式：

.(2)微觀表達式：I＝

(n為單位體積內(nèi)

，e為自由電荷的電荷量，S為導體的橫截面積，v為

定向移動的速率)．nqvS自由電荷數(shù)自由電荷5．分類(1)直流電：

不隨時間改變的電流．

恒定電流：

和方向都不隨時間改變的電流．(2)交流電：

隨時間改變的電流．方向大小方向二、歐姆定律1．內(nèi)容：導體中的電流I跟導體兩端的電壓U成

，跟

導體的電阻R成

．2．公式表達：

.3．適用條件：適用于金屬導體導電和電解質(zhì)溶液導電，用

于

電路．正比反比I＝純電阻三、電阻、電阻定律和電阻率1．電阻(1)定義式：R＝.(2)物理意義：導體的電阻反映了

作用

的大小，R越大，阻礙作用越強，反之越弱．導體對電流的阻礙2．電阻定律(1)內(nèi)容：同種材料的導體，其電阻跟它的

成正比，

與它的

成反比，導體電阻與構(gòu)成它的材料

有關(guān)．(2)表達式：

.長度l橫截面積S3．電阻率(1)物理意義：反映材料

的物理量，是導體材料

本身的屬性．(2)電阻率與溫度的關(guān)系①金屬的電阻率隨溫度升高而

．②半導體的電阻率隨溫度升高而

．③超導體：當溫度降低到

附近時，某些材料的電阻率突然

成為超導體．導電性能增大減小絕對零度減小為零導體的電阻反映了導體對電流阻礙的性質(zhì)，是由導體本身決定的，與導體兩端的電壓和電流無關(guān)．四、電功、電功率、電熱1．電功(1)定義：電路中

移動電荷做的功．(2)公式：W＝qU＝

(適用于任何電路)．(3)實質(zhì)：電場力對電荷做功，

轉(zhuǎn)化成其他形式能的

過程．電場力IUt電能2．電功率(1)定義：單位時間內(nèi)電流所做的功．表示電流做功的

．(2)公式：P＝＝

(適用于任何電路)．3．電熱：電流流過導體產(chǎn)生的熱量．由

定律來計算，

Q＝

.4．熱功率：一段電路因發(fā)熱而消耗的功率，表達式為：

P熱＝＝

.快慢IU焦耳I2RtI2R1．公式Q＝I2Rt適用于任何形式的電熱計算(包括純電阻和

非純電阻)．2．計算時要區(qū)分電路是否為純電阻電路，選取合適的公式

進行計算．公式適用范圍字母含義公式含義定義式I＝一切電路q：(1)是通過整個導體橫截面的電量，不是單位面積上．(2)當異種電荷反向通過某截面時，所形成的電流是同向的，應是q＝|q1|＋|q2|

反映了I大小，但不能說I∝q，I∝公式適用范圍字母含義公式含義微觀式I＝nqSv一切電路n：導體單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)q：每個自由電荷的電量S：導體橫截面積v：定向移動的速率從微觀上看n、q、S、v決定了I大小公式適用范圍字母含義公式含義決定式I＝金屬電解液U：導體兩端的電壓R：導體本身的電阻I由U、R決定I∝U，I∝2．與電流有關(guān)的三種速率的比較名稱電荷定向移動速率電流的傳導速率電荷無規(guī)則熱運動速率概念自由電荷沿某一方向運動的速率電場的傳播速率自由電荷做無規(guī)則運動的速率速率大小金屬導體中約為10－5m/s

等于光速3×108m/s

約為105m/s

1．公式I＝nvSe中S為導體的橫截面積，而n為導體單位體

積內(nèi)自由電荷的個數(shù)．2．如果n的含義不同(如n為單位長度自由電荷的個數(shù))，

則I的微觀表達式也不同(I＝nve)．1．如圖10－1－2所示，一根橫截面

積為S的均勻長直橡膠棒上均勻

帶有負電荷，每米電荷量為q，

當此棒沿軸線方向做速度為v的勻速直線運動時，由于

棒運動而形成的等效電流大小為(

)A．vq

B.C．qvSD.解析：在電荷的運動方向上假設(shè)有一橫截面，而在時間t內(nèi)通過的電荷量為Q＝vtq，由I＝可得：由于棒運動而形成的等效電流大小為I＝＝vq，故A正確．答案：A1．電阻與電阻率的區(qū)別(1)電阻是反映導體對電流阻礙作用大小的物理量，電阻大的導體對電流的阻礙作用大．電阻率是反映制作導體的材料導電性能好壞的物理量，電阻率小的材料導電性能好．(2)導體的電阻大，導體材料的導電性能不一定差；導體的電阻率小，電阻不一定小，即電阻率小的導體對電流的阻礙作用不一定小．(3)導體的電阻、電阻率均與溫度有關(guān)．2．電阻的決定式和定義式的區(qū)別與相同點公式R＝ρR＝區(qū)別電阻定律的表達式電阻的定義式說明了電阻的決定因素提供了一種測定電阻的方法，并不說明電阻與U和I有關(guān)只適用于粗細均勻的金屬導體和濃度均勻的電解液適用于任何純電阻導體相同點都不能反映電阻的實質(zhì)(要用微觀理論解釋)利用R＝ρ和R＝計算出來的電阻都是某一特定溫度下的電阻，因為電阻率隨溫度而變．2．如圖10－1－3所示，厚薄

均勻的長方體金屬片，

邊長ab＝10cm，bc＝5

cm，當A與B間接入的

電壓為U時，電流為1A，

當C與D間接入的電壓為U時，其電流為(

)A．4AB．2AC．0.5AD．0.25A解析：設(shè)矩形金屬片的厚度為l，則當AB接入電壓U時的電阻RAB＝ρ·；當CD接入電壓U時的電阻RCD＝ρ·，故RAB∶RCD＝(ab)2∶(bc)2＝4∶1.根據(jù)歐姆定律I＝得，IAB∶ICD＝RCD∶RAB＝1∶4，即ICD＝4A，選項A正確．答案：A1．電功與電熱(1)在純電阻電路(如白熾燈、電爐、電飯鍋、電烙鐵、電熱毯、電熨斗及轉(zhuǎn)子被卡住的電動機等)中，電功等于電熱，即W＝Q＝Pt＝UIt＝I2Rt＝t.(2)在非純電阻電路(含有電動機、電解槽、給蓄電池充電及日光燈等)中，消耗的電能除轉(zhuǎn)化成內(nèi)能外，還有一部分轉(zhuǎn)化成機械能(如電動機)或化學能(如電解槽)，即：電動機：W＝E機＋Q

(UIt＝E機＋I2Rt)電解槽：W＝E化＋Q

(UIt＝E化＋I2Rt)此時：W>Q

(UIt>I2Rt)在非純電阻電路中，t既不能表示電功，也不能表示電熱，因為歐姆定律不再成立．2．電功率與熱功率(1)在純電阻電路中，電功率等于熱功率，即P＝UI＝I2R＝.(2)在非純電阻電路中，電功率包含熱功率，P＝UI為電功率，

P′＝I2R為熱功率，有P>P′.當電動機轉(zhuǎn)子卡住不轉(zhuǎn)動時，仍為純電阻電路，歐姆定律仍適用，電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能．在電動機轉(zhuǎn)動時為非純電阻電路，U>IR，歐姆定律不再適用，大部分電能轉(zhuǎn)化為機械能．3．(2010·陽江模擬)有三個用電器，分別為日光燈、電烙鐵和電風扇，它們的額定電壓和額定功率均為“220V，60W”．現(xiàn)讓它們在額定電壓下工作相同時間，產(chǎn)生的熱量(

)A．日光燈最多B．電烙鐵最多C．電風扇最多D．一樣多解析：因三種用電器的額定電壓、額定功率都相同，它們在相同時間內(nèi)消耗的電能也都相同．電烙鐵為純電阻用電器，消耗的電能全部轉(zhuǎn)化為熱量，而日光燈、電風扇為非純電阻用電器，消耗的電能僅有一小部分轉(zhuǎn)化為熱量，故只有B正確．答案：B如圖10－1－4所示，在某種帶有一價離子的水溶液中，正、負離子在定向移動，方向如圖所示．如果測得2s內(nèi)分別有1.0×1018個正離子和負離子通過溶液內(nèi)部的橫截面M，試問：溶液中電流的方向如何？電流多大？圖10－1－3[思路點撥]

正、負離子反向通過截面M時形成的電流方向相同，因此溶液中的電流為正、負離子同時運動形成的總電流．[課堂筆記]

根據(jù)電流正方向的規(guī)定可知，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e＝1.6×10－19C．該水溶液導電時負離子由B向A運動，負離子的定向移動可以等效看做是正離子反方向的定向移動．所以，一定時間內(nèi)通過橫截面的電荷量應該是正、負兩種離子電荷量的絕對值之和．I＝

A＝0.16A.[答案]

A→B

0.16A正確理解I＝中q的含義應注意兩點：(1)q是通過橫截面的電荷量而不是單位橫截面的電荷量．(2)電荷量不等的同種電荷同向通過某一橫截面時，q＝q1＋q2；異種電荷反向通過某一橫截面時，q＝|q1|＋|q2|，不能相互抵消.兩根完全相同的金屬祼導線A和B，如果把導線A均勻拉長到原來的2倍，電阻為RA′，導線B對折后絞合起來，電阻為RB′，然后分別加上相同的電壓，求：(1)它們的電阻之比；(2)相同時間內(nèi)通過導線橫截面的電荷量之比．[思路點撥]

當導體的形狀發(fā)生改變時，導體的長度和橫截面積將發(fā)生變化，根據(jù)R＝ρ就可以找出導體電阻變化的規(guī)律．[課堂筆記]

(1)一根給定的導線體積不變，若均勻拉長為原來的2倍，則橫截面積變?yōu)樵瓉淼?，設(shè)A、B導線原長為l，橫截面積為S，電阻為R，則lA′＝2l，SA′＝，lB′＝，SB′＝2S.RA′＝ρ＝4ρ＝4R，RB′＝ρ則RA′∶RB′＝4R∶＝16∶1.(2)根據(jù)I＝，q＝It＝t(此步推導的方向是利用不變量

U和已知量R、t)，由題意知：UA＝UB，tA＝tB，則qA

∶qB＝RB′∶RA′＝1∶16.[答案]

(1)16∶1

(2)1∶16導體形狀發(fā)生改變時，討論其電阻變化規(guī)律時，應首先抓住兩點：一是電阻率不變，二是總體積不變；然后由V＝lS可知l和S成反比例變化，在ρ、l、S都確定后，應用R＝ρ就可做出判斷.(14分)一臺電風扇，內(nèi)阻為20Ω，接上220V電壓后正常工作，消耗功率66W，求：(1)電風扇正常工作時通過電動機的電流是多少？(2)電風扇正常工作時轉(zhuǎn)化為機械能的功率是多少？轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的功率是多少？電動機的效率是多少？(3)如果接上電源后，電風扇的扇葉被卡住，不能轉(zhuǎn)動，這時通過電動機的電流以及電動機消耗的電功率和發(fā)熱功率是多少？[思路點撥]

電風扇是非純電阻用電器，關(guān)鍵是把握住能量守恒定律及電風扇不轉(zhuǎn)時可視為純電阻用電器．[解題樣板]

(1)因為P入＝IU┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(1分)所以I＝＝

A＝0.3A┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(1分)(2)電風扇正常工作時轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的功率為P內(nèi)＝I2R＝0.32×20W＝1.8W┄┄┄┄┄┄┄┄┄(2分)電風扇正常工作時轉(zhuǎn)化為機械能的功率為P機＝P入－P內(nèi)＝66W－1.8W＝64.2W┄┄┄┄┄┄(2分)電風扇正常工作時的效率為η＝×100%≈97.3%.┄┄┄┄┄┄(2分)(3)電風扇的扇葉被卡住后通過電風扇的電流I＝

A＝11A┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(2分)電動機消耗的電功率

P＝IU＝11×220W＝2420W┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(2分)電動機發(fā)熱功率P內(nèi)＝I2R＝112×20W＝2420W．┄┄┄┄┄┄┄┄┄(2分)[答案]

(1)0.3A

(2)64.2W

1.8W

97.3%(3)11A

2420W

2420W解決電功、電熱這類問題時，首先判斷電路是純電阻電路還是非純電阻電路．若是非純電阻電路，關(guān)鍵是搞清楚電能轉(zhuǎn)化為什么形式的能，然后再確定選用什么公式計算電功或電功率．1．關(guān)于電流，下列說法中正確的是(

)A．導線內(nèi)自由電子定向移動的速率等于電流的傳導速率B．電子運動的速率越大，電流越大C．電流是一個矢量，其方向就是正電荷定向移動的方向D．在國際單位制中，電流是一個基本物理量，其單位安培是基本單位解析：電荷在導體中定向移動形成電流，由電流的微觀表達式I＝neSv可知，電流的大小不只是和電荷定向移動的速率有關(guān)，故B錯；電流的傳導速率等于電場的傳播速率，故A錯；電流雖有方向，但只有正、負兩個方向，故電流是標量，故C錯；只有D項正確．答案：D2．(2009·廣東高考)導體的電阻是導體本身的一種性質(zhì)，對于同種材料的導體，下列表述正確的是(

)A．橫截面積一定，電阻與導體的長度成正比B．長度一定，電阻與導體的橫截面積成正比C．電壓一定，電阻與通過導體的電流成正比D．電流一定，電阻與導體兩端的電壓成反比解析：由電阻定律R＝ρ和電阻的定義式R＝可得A正確，B、C、D均錯誤．答案：A3．溫度能明顯地影響金屬導體和半導體材料的導電性能，如

圖10－1－4所示的圖線分別為某金屬導體和某半導體的電阻

隨溫度變化的關(guān)系曲線，則

(

)A．圖線1反映半導體材料的電阻隨溫度的變化關(guān)系B．圖線2反映金屬導體的電阻隨溫度的變化關(guān)