高考物理一輪復(fù)習(xí)講義專題8.1　焦耳定律、電阻定律及電路串并聯(lián)規(guī)律（原卷版）

專題8.1焦耳定律、電阻定律及電路串并聯(lián)規(guī)律【講】【講核心素養(yǎng)】1.物理觀念：（1）了解電流的定義、定義式，會(huì)推導(dǎo)電流的微觀表達(dá)式。（2）理解電功、電功率、焦耳定律，會(huì)區(qū)分純電阻電路和非純電阻電路的特點(diǎn)。2.科學(xué)思維：（1）理解電阻的概念，掌握電阻定律。（2）理解歐姆定律并學(xué)會(huì)應(yīng)用歐姆定律分析問題3.科學(xué)態(tài)度與責(zé)任能分析和解決家庭電路中的簡單問題，能將安全用電和節(jié)約用電的知識(shí)應(yīng)用于生活實(shí)際?！局v考點(diǎn)題型】【知識(shí)點(diǎn)一】三個(gè)電流表達(dá)式的理解與應(yīng)用公式適用范圍字母含義公式含義定義式I＝eq\f(q,t)一切電路q為時(shí)間t內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量eq\f(q,t)反映了I的大小，但不能說I∝q，I∝eq\f(1,t)微觀式I＝nqSv一切電路n：導(dǎo)體單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)q：每個(gè)自由電荷的電荷量S：導(dǎo)體橫截面積v：電荷定向移動(dòng)的平均速率從微觀上看n、q、S、v決定了I的大小決定式I＝eq\f(U,R)金屬、電解液U：導(dǎo)體兩端的電壓R：導(dǎo)體本身的電阻I由U、R決定，I∝U，I∝eq\f(1,R)【例1】（2022·江蘇·模擬預(yù)測）在顯像管的電子槍中，從熾熱的金屬絲不斷放出的電子進(jìn)入電壓為U的加速電場，設(shè)其初速度為零，經(jīng)加速后形成橫截面積為S、電流為I的電子束。已知電子的電荷量為e、質(zhì)量為m，則在剛射出加速電場時(shí)，一小段長為Δl的電子束內(nèi)的電子個(gè)數(shù)是（）A．SKIPIF1<0SKIPIF1<0 B．SKIPIF1<0SKIPIF1<0C．SKIPIF1<0SKIPIF1<0 D．SKIPIF1<0SKIPIF1<0【素養(yǎng)升華】本題考察的學(xué)科素養(yǎng)主要是物理觀念及科學(xué)思維?！咀兪接?xùn)練1】（2022·北京海淀·二模）如圖所示，一根均勻帶電的長直橡膠棒沿其軸線方向做速度為v的勻速直線運(yùn)動(dòng)。已知棒的橫截面積為S，單位體積內(nèi)所帶的電荷量為-q。由于棒的運(yùn)動(dòng)而形成的等效電流（）A．大小為qv，方向與v相同 B．大小為qv，方向與v相反C．大小為qSv，方向與v相同 D．大小為qSv，方向與v相反【必備知識(shí)】利用“柱體微元”模型求解電流的微觀問題時(shí)，注意以下基本思路：設(shè)柱體微元的長度為L，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.【方法總結(jié)】電流的三種表達(dá)方式及其比較【知識(shí)點(diǎn)二】歐姆定律和電阻定律的理解與應(yīng)用1．電阻的決定式和定義式的比較公式R＝ρeq\f(L,S)R＝eq\f(U,I)區(qū)別電阻的決定式電阻的定義式說明了導(dǎo)體的電阻由哪些因素決定，R由ρ、L、S共同決定提供了一種測電阻的方法——伏安法，R與U、I均無關(guān)只適用于粗細(xì)均勻的金屬導(dǎo)體和濃度均勻的電解液適用于任何純電阻導(dǎo)體2.對(duì)伏安特性曲線的理解（如圖甲、乙所示）（1）圖線a、e、d、f表示線性元件，b、c表示非線性元件．（2）在圖甲中，斜率表示電阻的大小，斜率越大，電阻越大，Ra＞Re.在圖乙中，斜率表示電阻倒數(shù)的大小，斜率越大，電阻越小，Rd＜Rf.（3）圖線b的斜率變小，電阻變小，圖線c的斜率變大，電阻變?。⒁猓呵€上某點(diǎn)切線的斜率不是電阻或電阻的倒數(shù)．根據(jù)R＝eq\f(U,I)，電阻為某點(diǎn)和原點(diǎn)連線的斜率或斜率的倒數(shù)．【例2】（多選）（2022·黑龍江·高三期末）某同學(xué)通過實(shí)驗(yàn)正確作出標(biāo)有“SKIPIF1<0、SKIPIF1<0”的小燈泡的SKIPIF1<0圖線如圖甲所示，現(xiàn)把實(shí)驗(yàn)中使用的小燈泡接到如圖乙所示的電路中，其中電源電動(dòng)勢SKIPIF1<0，內(nèi)阻SKIPIF1<0，定值電阻SKIPIF1<0，則（）A．由甲圖可知，小燈泡的電阻值隨電壓的升高而增大B．由甲圖可知，小燈泡的電阻值隨電壓的升高而減小C．閉合乙圖開關(guān)，小燈泡的實(shí)際功率約為SKIPIF1<0D．閉合乙圖開關(guān)，小燈泡的實(shí)際功率約為SKIPIF1<0【素養(yǎng)升華】本題考察的學(xué)科素養(yǎng)主要是物理觀念、科學(xué)思維。【變式訓(xùn)練2】（2022·全國·高三課時(shí)練習(xí)）對(duì)于常溫下一根阻值為SKIPIF1<0的金屬電阻絲，下列說法正確的是（）A．常溫下，若將電阻絲均勻拉長為原來的SKIPIF1<0倍，則電阻變?yōu)镾KIPIF1<0B．常溫下，若將電阻絲從中點(diǎn)對(duì)折，電阻變?yōu)镾KIPIF1<0C．加在電阻絲上的電壓從SKIPIF1<0逐漸加大到SKIPIF1<0，則在任意狀態(tài)下的SKIPIF1<0的值不變D．若把溫度降到絕對(duì)零度附近，電阻絲的電阻突然變?yōu)榱?，這種現(xiàn)象稱為超導(dǎo)現(xiàn)象【必備知識(shí)】導(dǎo)體變形后電阻的分析方法某一導(dǎo)體的形狀改變后，討論其電阻變化應(yīng)抓住以下三點(diǎn)：（1）導(dǎo)體的電阻率不變．（2）導(dǎo)體的體積不變，由V＝lS可知l與S成反比．（3）在ρ、l、S都確定之后，應(yīng)用電阻定律R＝ρeq\f(l,S)求解．【方法總結(jié)】I-U圖象與U-I圖象比較分析【知識(shí)點(diǎn)三】電功、電功率、電熱及熱功率1.電功和電熱、電功率和熱功率的區(qū)別與聯(lián)系意義公式聯(lián)系電功電流在一段電路中所做的功W＝IUt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＝IU對(duì)純電阻電路，電功率等于熱功率，P電＝P熱＝IU＝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＝I2R2．純電阻電路與非純電阻電路的比較純電阻電路非純電阻電路實(shí)例白熾燈、電爐、電飯鍋、電熱毯、電熨斗及轉(zhuǎn)子被卡住的電動(dòng)機(jī)等電動(dòng)機(jī)、電解槽、日光燈等電功與電熱W＝UIt，Q＝I2Rt＝eq\f(U2,R)t，W＝QW＝UIt，Q＝I2Rt，W＞Q電功率與熱功率P電＝UI，P熱＝I2R＝eq\f(U2,R)，P電＝P熱P電＝UI，P熱＝I2R，P電＞P熱【例3】（多選）（2022·廣東廣州·二模）某型號(hào)掃地機(jī)器人的銘牌信息如下表。已知掃地機(jī)器人剩余電量為480mA·h時(shí)，機(jī)器人自動(dòng)停止掃地并返回充電基座充電。該型號(hào)掃地機(jī)器人（）額定工作電壓10V額定功率40W電池容量2400mA·hA．掃地時(shí)額定電流為4AB．內(nèi)部電路的總電阻為2.5ΩC．可以連續(xù)掃地的時(shí)間為0.6hD．每次掃地釋放的電能最多約為SKIPIF1<0【素養(yǎng)提升】本題考察的學(xué)科素養(yǎng)主要是科學(xué)思維?！咀兪接?xùn)練3】（2022·山東省單縣第二中學(xué)高三開學(xué)考試）如圖所示是一提升重物用的直流電動(dòng)機(jī)工作時(shí)的電路圖。電動(dòng)機(jī)內(nèi)電阻r＝0.8Ω，電路中另一電阻R＝10Ω，直流電壓U＝160V，電壓表示數(shù)UV＝110V。試求：（1）通過電動(dòng)機(jī)的電流；（2）輸入電動(dòng)機(jī)的電功率；（3）若電動(dòng)機(jī)以v＝1m/s勻速豎直向上提升重物，求該重物的質(zhì)量。（g取10m/s2）【方法技巧】.非純電阻電路的分析方法（1）抓住兩個(gè)關(guān)鍵量確定電動(dòng)機(jī)的電壓UM和電流IM是解決所有問題的關(guān)鍵。若能求出UM、IM，就能確定電動(dòng)機(jī)的電功率P＝IMUM，根據(jù)電流IM和電動(dòng)機(jī)的電阻r可求出熱功率Pr＝Ieq\o\al(2,M)r，最后求出輸出功率P出＝P－Pr。（2）堅(jiān)持“躲著”求解UM、IM首先，對(duì)其他純電阻電路、電源的內(nèi)電路等，利用歐姆定律進(jìn)行分析計(jì)算，確定相應(yīng)的電壓或電流。然后，利用閉合電路的電壓關(guān)系、電流關(guān)系間接確定非純電阻電路的工作電壓UM和電流IM。（3）應(yīng)用能量守恒定律分析：要善于從能量轉(zhuǎn)化的角度出發(fā)，緊緊圍繞能量守恒定律，利用“電功＝電熱＋其他能量”尋找等量關(guān)系求解?！局R(shí)點(diǎn)四】電路的串聯(lián)、并聯(lián)及電表的改裝1．電阻的串、并聯(lián)（1）串聯(lián)電路串聯(lián)電路的總電阻大于其中任一部分電路的電阻。若n個(gè)相同的電阻串聯(lián)，總電阻R總＝nR。（2）并聯(lián)電路①并聯(lián)電路的總電阻小于其中任一支路的電阻，且小于其中最小的電阻。②n個(gè)相同的電阻并聯(lián)，總電阻等于其中一個(gè)電阻的eq\f(1,n)，即R總＝eq\f(1,n)R。③兩個(gè)電阻并聯(lián)時(shí)的總電阻R＝eq\f(R1R2,R1＋R2)，當(dāng)其中任一個(gè)增大或減小時(shí)總電阻也隨之增大或減小。由此知：多個(gè)電阻并聯(lián)時(shí)，其中任一個(gè)電阻增大或減小，總電阻也隨之增大或減小。（3）無論是串聯(lián)電路，還是并聯(lián)電路，或者是混聯(lián)電路，其中任何一個(gè)電阻增大（或減?。?，總電阻就增大（或減小）。2．電表改裝（1）改裝方法改裝成電壓表改裝成電流表原理串聯(lián)分壓并聯(lián)分流改裝電路連接電阻大小R串＝eq\f(UR,Ug)Rg＝（n－1）RgR并＝eq\f(Ig,Ig)Rg＝eq\f(Rg,n－1)與擴(kuò)程倍數(shù)n的關(guān)系串聯(lián)的電阻是原電表內(nèi)阻的n－1倍串聯(lián)的電阻是原電表內(nèi)阻的1/（n－1）（2）校準(zhǔn)電路電壓表的校正電路如圖甲所示，電流表的校正電路如圖乙所示。【例4】（2022·全國·高三專題練習(xí)）如圖所示為某實(shí)驗(yàn)小組設(shè)計(jì)的兩個(gè)量程的電流表，已知表頭G的滿偏電流為SKIPIF1<0，定值電阻SKIPIF1<0的阻值均等于表頭的內(nèi)阻。當(dāng)使用1和2兩個(gè)端點(diǎn)時(shí)，電流表的量程為SKIPIF1<0，當(dāng)使用1和3兩個(gè)端點(diǎn)時(shí)，電流表的量程為SKIPIF1<0。下列說法正確的是（）A．SKIPIF1<0B．SKIPIF1<0C．若僅使SKIPIF1<0阻值變小，則SKIPIF1<0和SKIPIF1<0均變大D．若僅使SKIPIF1<0阻值變小，則SKIPIF1<0和SKIPIF1<0均變大【素養(yǎng)升華】本題考察的學(xué)科素養(yǎng)主要是物理觀念及科學(xué)思維。【變式訓(xùn)練4】（2022·全國·高三課時(shí)練習(xí)）某同學(xué)對(duì)毫安表進(jìn)行改裝。如圖所示，已知毫安表表頭的內(nèi)阻為200Ω，滿偏電流為1mA；R1和R2為定值電阻。若使用a和b兩個(gè)接線柱，電表量程為3mA；若使用a和c兩個(gè)接線柱，電表量程為10mA。求R1和R2的阻值?！颈貍渲R(shí)】電表的改裝改裝成電壓表改裝成電流表內(nèi)部電路改裝后的量程U＝Ig（R＋Rg）I＝eq\f(R＋Rg,R)Ig量程擴(kuò)大的倍數(shù)n＝eq\f(U,Ug)n＝eq\f(I,Ig)接入電阻的阻值R＝eq\f(U,Ig)－Rg＝（n－1）RgR＝eq\f(Ig