2025高考物理步步高同步練習必修3學習筆記第十一章　電路及其應用電源和電流

2025高考物理步步高同步練習必修3學習筆記第十一章電路及其應用1電源和電流[學習目標]1.了解形成電流的條件，知道電源的作用和導體中的恒定電場.2.理解電流的定義，知道電流的單位和方向.3.會推導電流的微觀表達式，了解表達式中各量的意義．一、電源1．定義：能把電子從電源____________搬運到電源________的裝置就是電源．2．作用：使導體兩端始終存在____________．二、恒定電流1．定義：________、________都不隨時間變化的電流稱為恒定電流．2．電流的定義式：I＝____________，其物理意義：________時間內(nèi)通過導體橫截面的________，是表示電流強弱程度的物理量．3．在國際單位制中，電流的單位是________，符號是________．4．電流的方向：規(guī)定為____________定向移動的方向，與負電荷定向移動的方向________．1．判斷下列說法的正誤．(1)導體內(nèi)沒有電流時，就說明導體內(nèi)部的電荷沒有運動．()(2)電流既有大小，又有方向，是矢量．()(3)導體中的電流一定是正電荷定向移動形成的．()(4)電子定向移動的方向就是電流的方向．()(5)電流越大，單位時間內(nèi)通過導體橫截面的電荷量越多．()2．一次閃電，流動的電荷量大約為300C，持續(xù)的時間大約是0.005s，所形成的平均電流為_________A.一、電流的理解和計算導學探究1．如圖所示，用導線連接兩個分別帶正、負電荷的導體，導線中有無電流？為什么？如果有，這個電流能持續(xù)下去嗎？2.如圖所示，如何讓導線中保持持續(xù)的電流？電源起到了什么作用？3.如圖，鹽水中可以形成電流，鹽水中的電流和金屬導體中的電流的形成有什么不同？知識深化1．電流的大小定義式：I＝eq\f(q,t).用該式計算出的電流是時間t內(nèi)的平均值．對于恒定電流，電流的瞬時值與平均值相等．2．對電流的理解(1)電流雖然有方向，但它是標量，其計算遵循代數(shù)運算法則．(2)在外電路中電流方向由電源正極到負極，在電源內(nèi)部電流方向由電源負極到正極．(3)I＝eq\f(q,t)是電流的定義式，或者說是求解電流的一種方法，電流I與q、t無正反比關系．(4)q＝It是電荷量的計算式．例1(多選)(2021·武漢新洲一中月考改編)下列說法正確的是()A．電源的作用是使電路中產(chǎn)生電荷B．電源的作用是使電路中的電荷發(fā)生定向移動C．電流是矢量，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例2(2021·重慶巴蜀中學月考)在2s內(nèi)有0.1C電荷通過橫截面積為2mm2的金屬導體，則電流是()A．0.025A B．0.05AC．0.1A D．0.02A例3如圖所示，電解池內(nèi)有一價的電解液，t時間內(nèi)通過溶液內(nèi)面積為S的截面的正離子數(shù)是n1，負離子數(shù)是n2，設元電荷為e，以下說法中正確的是()A．當n1＝n2時電流大小為零B．當n1＜n2時，電流方向從B→A，電流大小為I＝eq\f(n2－n1e,t)C．當n1＞n2時，電流方向從A→B，電流大小為I＝eq\f(n1－n2e,t)D．溶液內(nèi)電流方向從A→B，電流大小為I＝eq\f(n1＋n2e,t)公式I＝eq\f(q,t)的應用1．金屬導體中的電流是由自由電子的定向移動形成的，因此q為通過導體橫截面的自由電子的電荷量．2．電解質(zhì)溶液中的電流是正、負離子同時向相反方向定向移動形成的，因此q為正、負離子電荷量的絕對值之和．3．電解液中電流的方向與正離子定向移動的方向相同，與負離子定向移動的方向相反．例4(2021·煙臺市第一中學高二期末)安培提出了著名的分子電流假說，根據(jù)這一假說，電子繞核的運動可等效為環(huán)形電流．設電荷量為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()A．電流大小為eq\f(ve,2πr)，電流方向為順時針B．電流大小為eq\f(ve,r)，電流方向為順時針C．電流大小為eq\f(ve,2πr)，電流方向為逆時針D．電流大小為eq\f(ve,r)，電流方向為逆時針二、電流的微觀表達式1．電流的微觀表達式的推導如圖所示，AD表示粗細均勻的一段長為l的導體，兩端加一定的電壓，導體中的自由電荷沿導體定向移動的速率為v，設導體的橫截面積為S，導體單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)為n，每個自由電荷的電荷量大小為q.則：導體AD內(nèi)的自由電荷全部通過橫截面D所用的時間t＝eq\f(l,v).導體AD內(nèi)的自由電荷總數(shù)N＝nlS總電荷量Q＝Nq＝nlSq此導體中的電流I＝eq\f(Q,t)＝eq\f(nlSq,\f(l,v))＝nqSv.2．電流的微觀表達式I＝nqSv的理解(1)I＝eq\f(q,t)是電流的定義式，I＝nqvS是電流的決定式，因此I與通過導體橫截面的電荷量q及時間t無關，從微觀上看，電流取決于導體中單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)n、每個自由電荷的電荷量大小q、定向移動的速率v，還與導體的橫截面積S有關．(2)v表示電荷定向移動的速率．自由電荷在不停地做無規(guī)則的熱運動，其速率為熱運動的速率，電流是自由電荷在熱運動的基礎上向某一方向定向移動形成的．3．區(qū)別三種速率自由電荷定向移動速率自由電荷定向移動形成電流，其中自由電荷定向移動速率的數(shù)量級一般為10－4m/s電子熱運動速率導體內(nèi)的自由電子在永不停息地做無規(guī)則的熱運動，由于熱運動，自由電子向各個方向運動的機會相等，故不能形成電流，常溫下電子熱運動速率的數(shù)量級為105m/s電場傳播速率(或電流傳導速率)等于光速．閉合開關的瞬間，電路中各處以真空中光速c的速度建立恒定電場，在恒定電場的作用下，電路中各處的自由電子幾乎同時開始定向運動，整個電路也就幾乎同時形成了電流例5某根導線的橫截面積為S，通過的電流為I.已知該導線材料密度為ρ，摩爾質(zhì)量為M，電子電荷量為e，阿伏加德羅常數(shù)為NA，設每個原子只提供一個自由電子，則該導線中自由電子定向移動的速率為()A.eq\f(MI,ρNASe)B.eq\f(MINA,ρSe)C.eq\f(INA,MρSe)D.eq\f(INASe,Mρ)針對訓練(2021·浙大附中期中)某實驗室有兩種材料制成的兩個導體棒A和B，其中A的橫截面積為B的2倍，經(jīng)相等的時間流過導體棒B橫截面的電荷量為流過導體棒A橫截面的電荷量的2倍．則下列說法中正確的是()A．流過兩導體棒的電流相等B．導體棒B中的電流為導體棒A的2倍C．導體棒A中自由電子定向移動的速率是導體棒B的eq\f(1,2)D．兩導體棒中自由電子定向移動的速率相同三、電池的容量1．定義：電池放電時輸出的總電荷量；2．單位：“安時”(A·h)或“毫安時”(mA·h)．例6(多選)如圖是某品牌電動汽車的標識牌，以下說法正確的是()A．該電池的容量為60A·hB．該電池以6A的電流放電，可以工作10hC．該電池以6A的電流放電，可以工作60hD．該電池充完電可貯存的電荷量為60C2導體的電阻[學習目標]1.理解電阻的定義，會用歐姆定律分析電流、電壓與電阻之間的關系.2.掌握電阻定律，知道影響電阻率大小的因素.3.能根據(jù)I－U圖像或U－I圖像求導體的電阻．一、電阻1．定義：導體兩端________與通過導體的________之比．2．公式：R＝eq\f(U,I).3．物理意義：反映了導體對電流的________作用．4．在導體的U－I圖像中，斜率反映了________________________．二、影響導體電阻的因素為探究導體電阻是否與導體長度、________________和材料有關，我們采用______________法進行實驗探究．三、導體的電阻率1．電阻定律(1)內(nèi)容：同種材料的導體，其電阻R與它的________成正比，與它的________________成反比；導體電阻還與構(gòu)成它的________有關．(2)公式：R＝____________，式中ρ是比例系數(shù)，叫作這種材料的電阻率．2．電阻率(1)電阻率是反映導體______性能好壞的物理量．(2)影響電阻率的兩個因素是_______和_____________．(3)純金屬電阻率較________，合金的電阻率較________．由于用電器的電阻通常遠大于導線電阻，一般情況下，可認為導線電阻為________．3．超導現(xiàn)象一些金屬在溫度特別低時電阻可以降到______，這種現(xiàn)象叫作超導現(xiàn)象．1．判斷下列說法的正誤．(1)導體的電阻由導體本身的性質(zhì)決定，跟導體兩端的電壓及流過導體的電流的大小無關．()(2)由R＝ρeq\f(l,S)知，材料相同的兩段導體，長度大的導體的電阻一定比長度小的導體的電阻大．()(3)電阻率是反映材料導電性能好壞的物理量，電阻率越大的導體導電性能越差．()2．一根阻值為R的均勻電阻絲，均勻拉長至原來的2倍，電阻變?yōu)開_______．一、電阻導學探究如圖所示的圖像為金屬導體A、B的U－I圖像，思考：(1)對導體A(或?qū)wB)來說，電流與它兩端的電壓有什么關系？U與I的比值怎樣？(2)對導體A、B，在電壓U相同時，誰的電流??？誰對電流的阻礙作用大？知識深化1．R＝eq\f(U,I)是電阻的定義式，反映了導體對電流的阻礙作用，其大小由導體本身的性質(zhì)決定，與導體兩端是否加電壓，導體中是否有電流無關．2．I＝eq\f(U,R)是歐姆定律的數(shù)學表達式，表示通過導體的電流I與電壓U成正比，與電阻R成反比，適用條件是金屬或電解質(zhì)溶液導電(純電阻電路)．例1電路中有一段導體，給它兩端加上4V的電壓時，通過它的電流為10mA，可知這段導體的電阻為________Ω；如果給它兩端加上10V的電壓，在單位時間內(nèi)通過某一橫截面的電荷量為______C；如果要讓導體的電流為15mA，則需要在其兩端加上________V的電壓．例2根據(jù)歐姆定律，下列說法中正確的是()A．由關系式U＝IR可知，導體兩端的電壓U由通過它的電流I和它的電阻R共同決定B．由關系式I＝eq\f(U,R)可知，導體中電流跟導體兩端的電壓成正比，跟導體的電阻成反比C．由關系式R＝eq\f(U,I)可知，導體的電阻跟導體兩端的電壓成正比，跟導體中的電流成反比D．由R＝eq\f(U,I)可知，導體兩端電壓為0時，導體的電阻也為0二、電阻定律電阻率導學探究1．根據(jù)圖猜想導體電阻大小與哪些因素有關？2．探究多個變量之間關系的方法是什么？3．實驗探究：如圖所示，a、b、c、d是四條不同的金屬導體．導體b、c、d在長度、橫截面積、材料三個因素方面，分別只有一個因素與導體a不同．下表所示為四個串聯(lián)導體的各方面因素關系及導體兩端的電壓關系．不同導體三個因素及電壓長度橫截面積材料電壓alS鐵Ub2lS鐵2Ucl2S鐵eq\f(U,2)dlS鎳銅合金5U①對比導體a和b說明什么？②對比導體a和c說明什么？③對比導體a和d說明什么？知識深化1．導體電阻的決定式R＝ρeq\f(l,S)l是導體的長度，S是導體的橫截面積，ρ是比例系數(shù)，與導體材料有關，叫作電阻率．2．電阻率(1)電阻率是一個反映導體材料導電性能的物理量，是導體材料本身的屬性，與導體的形狀、大小無關．(2)電阻率與溫度的關系及應用①金屬的電阻率隨溫度的升高而增大，可用于制作電阻溫度計．②大部分半導體的電阻率隨溫度的升高而減小，半導體的電阻率隨溫度的變化較大，可用于制作熱敏電阻．③有些合金，電阻率幾乎不受溫度變化的影響，常用來制作標準電阻．④一些導體在溫度特別低時電阻率可以降到零，這個現(xiàn)象叫作超導現(xiàn)象．3．R＝eq\f(U,I)與R＝ρeq\f(l,S)的區(qū)別與聯(lián)系區(qū)別與聯(lián)系定義式：R＝eq\f(U,I)決定式：R＝ρeq\f(l,S)區(qū)別適用于純電阻元件適用于粗細均勻的金屬導體或濃度均勻的電解液、等離子體聯(lián)系R＝ρeq\f(l,S)是對R＝eq\f(U,I)的進一步說明，即導體的電阻與U和I無關，而是取決于導體本身的材料、長度和橫截面積例3(2022·浙江高二學業(yè)考試)下列關于電阻率的說法中正確的是()A．電阻率是反映材料導電性能的物理量，電阻率越大的材料導電性能越好B．電阻溫度計是利用金屬的電阻率隨溫度變化的規(guī)律制成的C．材料的電阻率取決于導體的電阻、橫截面積和長度D．電阻率的大小只隨溫度的變化而變化，而與材料本身無關例4如圖所示為一塊長方體銅塊，使電流沿I1，I2兩個方向通過該銅塊，則兩次銅塊的電阻之比為()A．1B.eq\f(a2,c2)C.eq\f(a2,b2)D.eq\f(b2,c2)針對訓練(2022·北京市延慶區(qū)高二期末)R1和R2是材料相同、厚度相同的正方形導體片，R1的邊長為R2邊長的2倍．在兩導體片加上相同的電壓，通過兩導體片的電流方向如圖所示，則通過兩者的電流的大小之比I1∶I2為()A．1∶1B．2∶1C．1∶2D．4∶1三、導體的伏安特性曲線1．伏安特性曲線：用縱坐標表示電流I，用橫坐標表示電壓U，這樣畫出的導體的I－U圖像叫作導體的伏安特性曲線．2．線性元件和非線性元件(1)線性元件：伏安特性曲線是一條過原點的直線，歐姆定律適用的元件，如金屬導體、電解質(zhì)溶液．3．I－U圖像與U－I圖像比較內(nèi)容I－U圖線U－I圖線坐標軸橫坐標表示電壓U、縱坐標表示電流I橫坐標表示電流I、縱坐標表示電壓U斜率圖線上的點與坐標原點連線的斜率表示導體電阻的倒數(shù)圖線上的點與坐標原點連線的斜率表示導體的電阻線性元件圖線的形狀R1＞R2R1＜R2非線性元件圖線的形狀電阻隨U的增大而增大電阻隨I的增大而減小例5(2022·河南高二階段練習)如圖所示是電阻R的I－U圖線，圖中α＝45°，由此得出()A．通過電阻的電流與兩端電壓成正比B．電阻R＝0.5ΩC．因I－U圖線的斜率表示電阻的倒數(shù)，故R＝eq\f(1,tanα)＝1.0ΩD．在R兩端加6.0V電壓時，每秒通過電阻橫截面的電荷量是6.0C例6(多選)(2021·福建師大附中期中)兩個電阻R1、R2的伏安特性曲線如圖所示，由圖可知()A．R1為線性元件，R2為非線性元件B．R1的電阻R1＝tan45°Ω＝1ΩC．R2的電阻隨電壓的增大而減小D．當U＝1V時，R2的電阻等于R1的電阻3實驗：導體電阻率的測量實驗1長度的測量及測量工具的選用[學習目標]1.掌握游標卡尺和螺旋測微器的讀數(shù)方法.2.掌握電流表、電壓表的讀數(shù)方法．一、游標卡尺的原理及讀數(shù)1．構(gòu)造：主尺、游標尺(主尺和游標尺上各有一個內(nèi)、外測量爪)、游標卡尺上還有一個深度尺．(如圖所示)2．原理：利用主尺的單位刻度與游標尺的單位刻度之間固定的微量差值來提高測量精度．不管游標尺上有多少個小等分刻度，它的刻度部分的總長度比主尺上的同樣多的小等分刻度少1mm.常見的游標尺上小等分刻度有10個、20個、50個的，其規(guī)格見下表：刻度格數(shù)(分度)刻度總長度1mm與每小格的差值精確度(可精確到)109mm0.1mm0.1mm2019mm0.05mm0.05mm5049mm0.02mm0.02mm3.用途：測量厚度、長度、深度、內(nèi)徑、外徑．4．讀數(shù)若用x表示由主尺上讀出的整毫米數(shù)，K表示從游標尺上讀出與主尺上某一刻度線對齊的游標尺的格數(shù)，則記錄結(jié)果表示為(x＋K×精確度)mm.5．注意事項(1)游標卡尺是根據(jù)刻度線對齊來讀數(shù)的，所以不需要估讀，但讀數(shù)要注意最小精確度所在的位數(shù)，如果讀數(shù)最后一位是零，該零不能去掉．(2)讀數(shù)時，要注意游標尺第幾條刻度線(不含零刻度線)與主尺對齊．例1如圖甲為一游標卡尺的結(jié)構(gòu)示意圖．當測量一鋼筆帽的內(nèi)徑時，應該用游標卡尺的______(選填“A”“B”或“C”)進行測量；示數(shù)如圖乙所示，該鋼筆帽的內(nèi)徑為______mm.針對訓練1如圖甲、乙、丙所示的三把游標卡尺，它們的讀數(shù)依次為______mm、______mm、________mm.二、螺旋測微器的原理及讀數(shù)1．構(gòu)造如圖所示，它的測砧A和固定刻度B固定在尺架C上，可動刻度E、旋鈕D和微調(diào)旋鈕D′是與測微螺桿F連在一起的，并通過精密螺紋套在B上．2．原理測微螺桿F與固定刻度B之間的精密螺紋的螺距為0.5mm，即旋鈕D每旋轉(zhuǎn)一周，F(xiàn)前進即螺旋測微器的精確度為0.01mm.讀數(shù)時估讀到毫米的千分位上，因此，螺旋測微器又叫千分尺．3．讀數(shù)方法L＝固定刻度示數(shù)＋可動刻度示數(shù)(估讀一位)×0.01mm.4．注意事項(1)讀數(shù)時準確到0.01mm，要估讀到0.001mm，測量結(jié)果若用毫米做單位，則小數(shù)點后面必須保留三位．(2)讀數(shù)時，要注意固定刻度上半毫米刻度線是否露出．例2某同學利用螺旋測微器測量一金屬板的