高三新高考物理一輪人教版學(xué)案第八章第1課時(shí)電阻定律歐姆定律焦耳定律

第八章eq\a\vs4\al(\b\lc\|\rc\(\a\vs4\al\co1(,,,,,,,)))恒定電流[定標(biāo)——核心素養(yǎng)]物理觀念理解電流、電功、電功率、電熱等基本概念?？茖W(xué)思維能夠運(yùn)用閉合電路的歐姆定律解決實(shí)際問題。[定位——主干知識(shí)]1.歐姆定律2.電阻定律3.電阻的串聯(lián)、并聯(lián)4．電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻5.閉合電路的歐姆定律6.電功率、焦耳定律7．實(shí)驗(yàn)：測(cè)量金屬絲的電阻率8.實(shí)驗(yàn)：測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻9．實(shí)驗(yàn)：用多用電表測(cè)量電學(xué)中的物理量第1課時(shí)電阻定律、歐姆定律、焦耳定律eq\a\vs4\al(基礎(chǔ)自修課)必備知識(shí)(一)電流的理解及表達(dá)式的應(yīng)用1．[公式I＝eq\f(q,t)的應(yīng)用]如圖所示，在1價(jià)離子的電解質(zhì)溶液內(nèi)插有兩根碳棒A和B作為電極，將它們接在直流電源上，于是溶液里就有電流通過。若在t秒內(nèi)，通過溶液內(nèi)截面S的正離子數(shù)為n1，通過的負(fù)離子數(shù)為n2，設(shè)基本電荷為e，則以下說(shuō)法中正確的是()A．正離子定向移動(dòng)形成的電流方向從A→B，負(fù)離子定向移動(dòng)形成的電流方向從B→AB．溶液內(nèi)由于正、負(fù)離子移動(dòng)方向相反，溶液中的電流抵消，電流等于零C．溶液內(nèi)的電流方向從A→B，電流I＝eq\f(n1e,t)D．溶液內(nèi)的電流方向從A→B，電流I＝eq\f(n1＋n2e,t)[系統(tǒng)歸納]三種電流表達(dá)式的比較公式公式含義定義式I＝eq\f(q,t)eq\f(q,t)反映了I的大小，但不能說(shuō)I∝q，I∝eq\f(1,t)微觀式I＝nqSv從微觀上看n、q、S、v決定了I的大小決定式I＝eq\f(U,R)I由U、R決定，I∝UI∝eq\f(1,R)2.[微觀表達(dá)式I＝nqSv的應(yīng)用]如圖所示，一根長(zhǎng)為L(zhǎng)、橫截面積為S的金屬棒，其材料的電阻率為ρ，棒內(nèi)單位體積自由電子數(shù)為n，電子的質(zhì)量為m、電荷量為e。在棒兩端加上恒定的電壓時(shí)，棒內(nèi)產(chǎn)生電流，自由電子定向運(yùn)動(dòng)的平均速率為v，則金屬棒內(nèi)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小為()A.eq\f(mv2,2eL) B.eq\f(mv2Sn,e)C．ρnev D.eq\f(ρev,SL)利用“柱體微元”模型求解電流的微觀問題設(shè)柱體微元的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，橫截面積為S，單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)為n，每個(gè)自由電荷的電荷量為q，電荷定向移動(dòng)的速率為v，則(1)柱體微元中的總電荷量為Q＝nLSq。(2)電荷通過橫截面的時(shí)間t＝eq\f(L,v)。(3)電流的微觀表達(dá)式I＝eq\f(Q,t)＝nqvS。[精解詳析]1．選D電荷的定向移動(dòng)形成電流，規(guī)定正電荷定向移動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞣较?，?fù)電荷定向移動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞯姆捶较颍深}圖所示可知，電流方向是A→B，帶電離子在溶液中定向移動(dòng)形成電流，電流不為零，電流I＝eq\f(q,t)＝eq\f(n1e＋n2e,t)，故選項(xiàng)D正確，A、B、C錯(cuò)誤。2．選C由電流定義可知：I＝eq\f(q,t)＝eq\f(nvtSe,t)＝neSv，由歐姆定律可得：U＝IR＝neSv·ρeq\f(L,S)＝ρneLv，又E＝eq\f(U,L)，故E＝ρnev，選項(xiàng)C正確。必備知識(shí)(二)歐姆定律和電阻定律的理解及應(yīng)用1．[電阻率的認(rèn)識(shí)]下列說(shuō)法中正確的是()A．由R＝eq\f(U,I)可知，電阻與電壓、電流都有關(guān)系B．由R＝ρeq\f(l,S)可知，電阻只與導(dǎo)體的長(zhǎng)度和橫截面積有關(guān)系C．各種材料的電阻率都與溫度有關(guān)，金屬的電阻率隨溫度的升高而減小D．所謂超導(dǎo)現(xiàn)象，就是當(dāng)溫度降低到接近絕對(duì)零度的某個(gè)臨界溫度時(shí)，導(dǎo)體的電阻率突然變?yōu)榱愕默F(xiàn)象2．[閉合電路歐姆定律和電阻定律的綜合應(yīng)用](2020·浙江1月選考)小明在一根細(xì)橡膠管中灌滿食鹽水，兩端用粗銅絲塞住管口，形成一段封閉的鹽水柱，他將此鹽水柱接到電源兩端，電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻恒定，握住鹽水柱兩端將它水平均勻拉伸到原長(zhǎng)的1.2倍，若忽略溫度對(duì)電阻率的影響，則此鹽水柱()A．通過的電流增大B．兩端的電壓增大[系統(tǒng)歸納](1)物理意義：反映導(dǎo)體的導(dǎo)電性能，是導(dǎo)體材料本身的屬性。(2)電阻率與溫度的關(guān)系：金屬的電阻率隨溫度升高而增大；半導(dǎo)體的電阻率隨溫度升高而減小。2．電阻的決定式和定義式的比較公式?jīng)Q定式定義式R＝ρeq\f(l,S)R＝eq\f(U,I)區(qū)別指明了電阻的決定因素提供了一種測(cè)定電阻的方法，電阻與U和I無(wú)關(guān)適用于粗細(xì)均勻的金屬導(dǎo)體和分布均勻的導(dǎo)電介質(zhì)適用于任何純電阻導(dǎo)體相同點(diǎn)都不能反映電阻的實(shí)質(zhì)(要用微觀理論解釋)3．[導(dǎo)體的伏安特性曲線]如圖所示為A、B兩電阻的伏安特性曲線，關(guān)于兩電阻的描述正確的是()A．電阻A的阻值隨電流的增大而減小，電阻B的阻值不變B．在兩圖線交點(diǎn)處，電阻A的阻值等于電阻B的阻值C．在兩圖線交點(diǎn)處，電阻A的阻值大于電阻B的阻值D．在兩圖線交點(diǎn)處，電阻A的阻值小于電阻B的阻值導(dǎo)體伏安特性曲線的理解(1)圖線的意義①由于導(dǎo)體的導(dǎo)電性能不同，所以不同的導(dǎo)體有不同的伏安特性曲線。②伏安特性曲線上每一點(diǎn)的電壓坐標(biāo)與電流坐標(biāo)的比值，對(duì)應(yīng)這一狀態(tài)下的電阻。(2)兩類圖線的比較線性元件的伏安特性曲線是過原點(diǎn)的直線，表明它的電阻是不變的，圖中Ra<Rb。非線性元件的伏安特性曲線是曲線，表明它的電阻是變化的，圖中Rc減小，Rd增大。[精解詳析]1．選DR＝eq\f(U,I)是電阻的定義式，R與電壓和電流無(wú)關(guān)，故A錯(cuò)誤；R＝ρeq\f(l,S)是電阻的決定式，即電阻與ρ、l、S都有關(guān)系，故B錯(cuò)誤；電阻率一般與溫度有關(guān)，金屬的電阻率隨溫度的升高而增大，故C錯(cuò)誤；當(dāng)溫度降低到接近絕對(duì)零度的某個(gè)臨界溫度時(shí)，導(dǎo)體的電阻率突然變?yōu)榱愕默F(xiàn)象叫超導(dǎo)現(xiàn)象，故D正確。2．選B根據(jù)電阻定律可知R＝ρeq\f(L,S)，橡膠管的體積不變，即R＝ρeq\f(L2,V)，由此可知當(dāng)長(zhǎng)度拉伸到原長(zhǎng)的1.2倍時(shí)，電阻變?yōu)樵瓉?lái)的1.44倍，選項(xiàng)C錯(cuò)誤。根據(jù)閉合電路的歐姆定律I＝eq\f(E,R＋r)，當(dāng)外電阻變大，則電流變小，內(nèi)電壓變小，而路端電壓變大，因此選項(xiàng)A錯(cuò)誤，B正確。根據(jù)P＝I2R，如果電流保持不變則電功率增大為原來(lái)的1.44倍，但是電流在變小，所以選項(xiàng)D錯(cuò)誤。3．選B由題圖可知，電阻A的I-U圖像的斜率越來(lái)越小，故A的電阻隨電流的增大而增大，電阻B的阻值不變，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤；兩圖像的交點(diǎn)處，電流和電壓均相同，則由歐姆定律可知，兩電阻的阻值相等，故選項(xiàng)B正確，C、D錯(cuò)誤。必備知識(shí)(三)電功、電功率及焦耳定律1．[電功率和熱功率的認(rèn)識(shí)](多選)如圖所示是某一直流電動(dòng)機(jī)提升重物的示意圖，重物質(zhì)量m＝50kg，電源提供給電動(dòng)機(jī)的電壓為U＝110V，不計(jì)各種摩擦，當(dāng)電動(dòng)機(jī)以v＝0.9m/s的恒定速率向上提升重物時(shí)，通過電動(dòng)機(jī)的電流為I＝5.0A，重力加速度g取10m/s2，則()A．電動(dòng)機(jī)的輸入功率為550WB．電動(dòng)機(jī)提升重物的功率為550WC．電動(dòng)機(jī)提升重物的功率為450WD．電動(dòng)機(jī)的線圈電阻為22Ω2．[電功和電熱的認(rèn)識(shí)](多選)如圖所示是某款吹風(fēng)機(jī)的內(nèi)部電路圖，它主要由電動(dòng)機(jī)M和電熱絲R構(gòu)成。閉合開關(guān)S1、S2后，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)風(fēng)葉使其旋轉(zhuǎn)，將空氣從進(jìn)風(fēng)口吸入，經(jīng)電熱絲加熱，形成熱風(fēng)后從出風(fēng)口吹出。已知吹風(fēng)機(jī)的額定電壓為220V，吹冷風(fēng)時(shí)的功率為120W，吹熱風(fēng)時(shí)的功率為1000W。關(guān)于該吹風(fēng)機(jī)，下列說(shuō)法正確的是()A．電熱絲的電阻為55ΩB．電動(dòng)機(jī)的電阻約為403ΩC．當(dāng)吹風(fēng)機(jī)吹熱風(fēng)時(shí)，電熱絲每秒鐘消耗的電能為120JD．當(dāng)吹風(fēng)機(jī)吹熱風(fēng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)每秒鐘消耗的電能為120J,[系統(tǒng)歸納]1．電功和電熱、電功率和熱功率的比較意義公式聯(lián)系電功電流在一段電路中所做的功W＝UIt對(duì)純電阻電路，電功等于電熱，W＝Q＝UIt＝I2Rt對(duì)非純電阻電路，電功大于電熱，W＞Q電熱電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量Q＝I2Rt電功率單位時(shí)間內(nèi)電流所做的功P電＝UI對(duì)純電阻電路，電功率等于熱功率，P電＝P熱＝UI＝I2R對(duì)非純電阻電路，電功率大于熱功率，P電＞P熱熱功率單位時(shí)間內(nèi)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量P熱＝I2R(1)在非純電阻電路中，歐姆定律不再適用，不能用歐姆定律求電流，應(yīng)用P＝UI求電流。(2)在非純電阻電路中，電功大于電熱，即W>Q，這時(shí)電功只能用W＝UIt計(jì)算，電熱只能用Q＝I2Rt計(jì)算，兩式不能通用。(3)由能量守恒定律得W＝Q＋E，E為其他形式的能。對(duì)電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，輸入的功率P入＝IU，發(fā)熱的功率P熱＝I2r，輸出的功率即機(jī)械功率P機(jī)＝P入－P熱＝UI－I2r。[精解詳析]1．選AC電動(dòng)機(jī)的輸入功率P入＝UI＝110×5.0W＝550W，A對(duì)。提升重物的功率P出＝mgv＝50×10×0.9W＝450W，B錯(cuò)，C對(duì)。由P入＝P出＋P熱和P熱＝I2R線得R線＝eq\f(P入－P出,I2)＝eq\f(550－450,25)Ω＝4Ω，D錯(cuò)。2．選AD電動(dòng)機(jī)和電熱絲并聯(lián)，當(dāng)吹熱風(fēng)時(shí)，電熱絲消耗的功率為P＝P熱－P冷＝1000W－120W＝880W，由公式P＝eq\f(U2,R)可知，R＝eq\f(U2,P)＝55Ω，故A正確；電動(dòng)機(jī)為非純電阻，故不能使用公式P＝eq\f(U2,R)求解電阻，所以其電阻值不等于eq\f(1210,3)Ω≈403Ω，故B錯(cuò)誤；當(dāng)吹風(fēng)機(jī)吹熱風(fēng)時(shí)，電熱絲每秒鐘消耗的電能為W＝Pt＝(P熱－P冷)t＝(1000－120)×1J＝880J，故C錯(cuò)誤；無(wú)論吹風(fēng)機(jī)吹熱風(fēng)還是冷風(fēng)，電動(dòng)機(jī)的功率都是不變的，故當(dāng)吹風(fēng)機(jī)吹熱風(fēng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)每秒鐘消耗的電能為120J，故D正確。eq\a\vs4\al([本課小結(jié)與自主評(píng)價(jià)])[課堂鞏固落實(shí)]1．生活中的“純電阻”和“非純電阻”生活中，人們?cè)诩抑袝?huì)使用很多用電器，如電飯鍋、空調(diào)、冰箱、電風(fēng)扇、電吹風(fēng)等，這些用電器有的可以視為純電阻，有的則不是純電阻，請(qǐng)結(jié)合以下各題自主領(lǐng)悟。2．分析生活中的用電器問題的兩條思路(1)了解用電器的結(jié)構(gòu)，含有電動(dòng)機(jī)且正常工作的為非純電阻；不含電動(dòng)機(jī)或含電動(dòng)機(jī)但電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)的則為純電阻。(2)從能量轉(zhuǎn)化角度來(lái)區(qū)分，若消耗的電能全部轉(zhuǎn)化為電熱，則為純電阻；若消耗的電能有一部分轉(zhuǎn)化為其他能量，則為非純電阻。1．一只電飯煲和一臺(tái)洗衣機(jī)并聯(lián)接在輸出電壓為220V的交流電源上(電源內(nèi)阻可忽略不計(jì))，均正常工作。用電流表分別測(cè)得通過電飯煲的電流是5.0A，通過洗衣機(jī)電動(dòng)機(jī)的電流是0.50A，則下列說(shuō)法中正確的是()A．電飯煲的電阻為44Ω，洗衣機(jī)電動(dòng)機(jī)線圈的電阻為440ΩB．電飯煲消耗的電功率為1555W，洗衣機(jī)電動(dòng)機(jī)消耗的電功率為155.5W×104×103JD．電飯煲發(fā)熱功率是洗衣機(jī)電動(dòng)機(jī)發(fā)熱功率的10倍解析：選C由于電飯煲是純電阻元件，所以R1＝eq\f(U,I1)＝44Ω，P1＝UI1＝1100W，其在1min內(nèi)消耗的電能W1＝UI1t×104J；洗衣機(jī)為非純電阻元件，所以R2≠eq\f(U,I2)，P2＝UI2＝110W，其在1min內(nèi)消耗的電能W2＝UI2t×103J，其熱功率P熱≠P2，所以電飯煲發(fā)熱功率不是洗衣機(jī)電動(dòng)機(jī)發(fā)熱功率的10倍。綜上可知C正確。2．為了生活方便，電熱水壺已進(jìn)入千家萬(wàn)戶。如果將一電熱水壺接在220V的電源兩端，經(jīng)時(shí)間t0電熱水壺的開關(guān)自動(dòng)切斷，假設(shè)熱量的損失不計(jì)、加熱絲的阻值不受溫度的影響。則()A．如果將電熱水壺接在110V的電源兩端，需經(jīng)2t0的時(shí)間電熱水壺的開關(guān)自動(dòng)切斷B．如果將電熱水壺接在110V的電源兩端，需經(jīng)16t0的時(shí)間電熱水壺的開關(guān)自動(dòng)切斷C．如果將電熱水壺接在55V的電源兩端，需經(jīng)4t0的時(shí)間電熱水壺的開關(guān)自動(dòng)切斷D．如果將電熱水壺接在55V的電源兩端，需經(jīng)16t0的時(shí)間電熱水壺的開關(guān)自動(dòng)切斷解析：選D電熱水壺是純電阻元件，根據(jù)公式Q＝eq\f(U2,R)t可知，煮沸一壺水所需的熱量為Q＝eq\f(U2,R)t0，當(dāng)電壓變?yōu)樵瓉?lái)的eq\f(1,2)時(shí)，所需熱量沒變，因此時(shí)間要變?yōu)樵瓉?lái)的4倍，即4t0，A、B錯(cuò)誤；當(dāng)電壓變?yōu)樵瓉?lái)的eq\f(1,4)時(shí)，時(shí)間要變?yōu)樵瓉?lái)的16倍，即16t0，C錯(cuò)誤，D正確。3．(多選)下表列出了某品牌電動(dòng)自行車及所用電動(dòng)機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)，不計(jì)其自身機(jī)械損耗。若該車在額定狀態(tài)下以最大運(yùn)行速度行駛，則(