物理第八章 恒定電流 第1講 電路的基本概念和規(guī)律

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1、第八章第八章 恒定電流恒定電流第第1 1講電路的基本概念和規(guī)律講電路的基本概念和規(guī)律過好雙基關一、電流部分電路歐姆定律一、電流部分電路歐姆定律1.電流(1)形成的條件：導體中有 ；導體兩端存在 .(2)標矢性：電流是標量， 定向移動的方向規(guī)定為電流的方向.(3)兩個表達式：定義式：I 決定式：I2.部分電路歐姆定律(1)內(nèi)容：導體中的電流跟導體兩端的 成正比，跟導體的 成反比.(2)表達式：I (3)適用范圍：金屬導電和電解液導電，不適用于氣體導電或半導體元件.自由電荷電壓正電荷電壓電阻(4)導體的伏安特性曲線(IU)圖線比較電阻的大?。簣D線的斜率ktan 圖1中R1 R2(選填“”“圖1答案

2、自測自測1教材P43第3題改編 安培提出了著名的分子電流假說，根據(jù)這一假說，電子繞核運動可等效為一環(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，正確的是解析自測自測2(多選)如圖2所示是電阻R的IU圖象，圖中45，由此得出A.通過電阻的電流與兩端電壓成正比B.電阻R0.5 C.因IU圖象的斜率表示電阻的倒數(shù)，故R 1.0 D.在R兩端加上6.0 V的電壓時，每秒通過電阻 橫截面的電荷量是3.0 C答案圖2二、電阻及電阻定律二、電阻及電阻定律1.電阻(1)定義：導體對電流的阻礙作用，叫做導體的電阻.(2)公式：_，其中U為導體兩端的電壓，

3、I為通過導體的電流.(3)單位：國際單位是歐姆().(4)決定因素：導體的電阻反映了導體阻礙電流的性質，其大小由導體本身決定，與加在導體兩端的電壓和通過導體的電流 .無關2.電阻定律(1)內(nèi)容：同種材料的導體，其電阻R與它的長度l成 ，與它的橫截面積S成 ，導體電阻還與構成它的材料有關.(2)公式：_.其中l(wèi)是導體的長度，S是導體的橫截面積，是導體的 ，其國際單位是歐米，符號為m.(3)適用條件：粗細均勻的金屬導體或濃度均勻的電解液.正比反比電阻率3.電阻率(1)計算式：(2)物理意義：反映導體的 ，是導體材料本身的屬性.(3)電阻率與溫度的關系金屬：電阻率隨溫度升高而 ；半導體：電阻率隨溫度

4、升高而 .導電性能增大減小自測自測3兩根完全相同的金屬裸導線，如果把其中的一根均勻拉長到原來的2倍，把另一根對折后絞合起來，然后給它們分別加上相同電壓后，則在相同時間內(nèi)通過它們的電荷量之比為A.14 B.18C.116 D.161答案三、電功、電功率、電熱及熱功率三、電功、電功率、電熱及熱功率1.電功(1)定義：導體中的恒定電場對自由電荷的 做的功.(2)公式：WqU (適用于任何電路).(3)電流做功的實質： 轉化成其他形式能的過程.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).電場力IUt電能IU快慢3.焦耳定律(1)電熱：電流通過導體

5、產(chǎn)生的 跟電流的二次方成正比，跟導體的電阻及通電時間成正比.(2)公式：Q .(適用于任何電路)4.電功率PIU和熱功率PI2R的應用(1)不論是純電阻電路還是非純電阻電路，電流的電功率均為P電 ，熱功率均為P熱 .(2)對于純電阻電路而言：P電P熱IUI2R(3)對于非純電阻電路而言：P電IU P其他 P其他 P其他.熱量I2RtUII2RP熱I2R自測自測4(多選)如圖3所示，電阻R120 ，電動機的繞線電阻R210 .當開關斷開時，電流表的示數(shù)是0.5 A，當開關合上后，電動機轉動起來，電路兩端的電壓不變，電流表的示數(shù)I和電路消耗的電功率P應是A.I1.5 A B.I1.5 AC.P15

6、 W D.P15 W答案圖3研透命題點利用“柱體微元”模型求解電流的微觀問題時，注意以下基本思路：設柱體微元的長度為L，橫截面積為S，單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)為n，每個自由電荷的電荷量為q，電荷定向移動的速率為v，則：(1)柱體微元中的總電荷量為QnLSq.(2)電荷通過橫截面的時間t(3)電流的微觀表達式I nqvS. 命題點一利用“柱體微元模型”求電流基礎考點自主悟透基礎考點自主悟透模型模型構建構建例例1如圖4所示，一根長為L、橫截面積為S的金屬棒，其材料的電阻率為，棒內(nèi)單位體積自由電子數(shù)為n，電子的質量為m、電荷量為e.在棒兩端加上恒定的電壓時，棒內(nèi)產(chǎn)生電流，自由電子定向運動的平均速率為v

7、，則金屬棒內(nèi)的電場強度大小為答案解析圖4答案變式變式1在顯像管的電子槍中，從熾熱的金屬絲不斷放出的電子進入電壓為U的加速電場，設其初速度為零，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、質量為m，則在剛射出加速電場時，一小段長為l的電子束內(nèi)的電子個數(shù)是解析1.電阻的決定式和定義式的比較電阻的決定式和定義式的比較命題點二歐姆定律及電阻定律基礎考點自主悟透基礎考點自主悟透區(qū)別電阻的決定式電阻的定義式說明了導體的電阻由哪些因素決定，R由、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公式2.對伏安特性

8、曲線的理解對伏安特性曲線的理解(如圖5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，RaRe.在圖乙中，斜率表示電阻倒數(shù)的大小.斜率越大，電阻越小，RdRf.(3)圖線b的斜率變小，電阻變小，圖線c的斜率變大，電阻變小.注意：曲線上某點切線的斜率不是電阻或電阻的倒數(shù).根據(jù)R 電阻為某點和原點連線的斜率或斜率的倒數(shù).圖5例例2如圖6所示，厚薄均勻的矩形金屬薄片邊長為ab10 cm，bc5 cm，當將C與D接入電壓恒為U的電路時，電流強度為2 A，若將A與B接入電壓恒為U的電路中，則電流為A.0.5 A B.1 A

9、C.2 A D.4 A答案解析圖6例例3(多選)我國已經(jīng)于2012年10月1日起禁止銷售100 W及以上的白熾燈，以后將逐步淘汰白熾燈.假設某同學研究白熾燈得到某白熾燈的伏安特性曲線如圖7所示.圖象上A點與原點的連線與橫軸成角，A點的切線與橫軸成角，則答案解析圖7A.白熾燈的電阻隨電壓的增大而減小B.在A點，白熾燈的電阻可表示為tan C.在A點，白熾燈的電功率可表示為U0I0D.在A點，白熾燈的電阻可表示為解析解析白熾燈的電阻隨電壓的增大而增大，選項A錯誤；在A點，白熾燈的電阻大小可表示為 選項B錯誤，選項D正確；在A點，白熾燈的電功率可表示為U0I0，選項C正確.變式變式2用電器到發(fā)電站的

10、距離為l，線路上的電流為I，已知輸電線的電阻率為.為使線路上的電壓降不超過U，那么，輸電線橫截面積的最小值為答案解析1.電功和電熱、電功率和熱功率的區(qū)別與聯(lián)系電功和電熱、電功率和熱功率的區(qū)別與聯(lián)系命題點三電功、電功率、電熱及熱功率能力考點師生共研能力考點師生共研 意義公式聯(lián)系電功電流在一段電路中所做的功WUIt對純電阻電路，電功等于電熱，WQUItI2Rt；對非純電阻電路，電功大于電熱，WQ電熱電流通過導體產(chǎn)生的熱量QI2Rt電功率單位時間內(nèi)電流所做的功PUI對純電阻電路，電功率等于熱功率，P電P熱UII2R；對非純電阻電路，電功率大于熱功率，P電P熱熱功率單位時間內(nèi)導體產(chǎn)生的熱量PI2R2.

11、非純電阻電路的分析方法非純電阻電路的分析方法(1)抓住兩個關鍵量：確定電動機的電壓UM和電流IM是解決所有問題的關鍵.若能求出UM、IM，就能確定電動機的電功率PUMIM，根據(jù)電流IM和電動機的電阻r可求出熱功率PrIM2r，最后求出輸出功率P出PPr.(2)堅持“躲著”求解UM、IM：首先，對其他純電阻電路、電源的內(nèi)電路等，利用歐姆定律進行分析計算，確定相應的電壓或電流.然后，利用閉合電路的電壓關系、電流關系間接確定非純電阻電路的工作電壓UM和電流IM.(3)應用能量守恒定律分析：要善于從能量轉化的角度出發(fā)，緊緊圍繞能量守恒定律，利用“電功電熱其他能量”尋找等量關系求解. 例例4(多選)如圖

12、8所示，電源電動勢E3 V，小燈泡L的規(guī)格為“2 V0.4 W”，開關S接1，當滑動變阻器調(diào)到R4 時，小燈泡L正常發(fā)光，現(xiàn)將開關S接2，小燈泡L和電動機M均正常工作.則 A.電源內(nèi)阻為1 B.電動機的內(nèi)阻為4 C.電動機正常工作電壓為1 VD.電源效率約為93.3%答案解析圖8變式變式3如圖9所示，電源電動勢為12 V，電源內(nèi)阻為1.0 ，電路中的電阻R0為1.5 ，小型直流電動機M的內(nèi)阻為0.5 ，閉合開關S后，電動機轉動，電流表的示數(shù)為2.0 A.則以下判斷中正確的是A.電動機的輸出功率為14 WB.電動機兩端的電壓為7.0 VC.電動機產(chǎn)生的熱功率為4.0 WD.電源輸出的功率為24

13、W答案解析圖9解析解析由題意得電動機兩端的電壓UEI(R0r)7 V，則電動機的輸入功率PUI14 W，熱功率P熱I2RM2 W，輸出功率P出PP熱12 W.電源的輸出功率PEII2r20 W，故B正確，A、C、D錯誤.變式變式4如圖10所示是某款理發(fā)用的電吹風的電路圖，它主要由電動機M和電熱絲R構成.當閉合開關S1、S2后，電動機驅動風葉旋轉，將空氣從進風口吸入，經(jīng)電熱絲加熱，形成熱風后從出風口吹出.已知電吹風的額定電壓為220 V，吹冷風時的功率為120 W，吹熱風時的功率為1 000 W.關于該電吹風，下列說法正確的是答案解析A.電熱絲的電阻為55 B.電動機的電阻為C.當電吹風吹冷風時

14、，電熱絲每秒鐘消耗的電能為120 JD.當電吹風吹熱風時，電動機每秒鐘消耗的電能為880 J圖10由于不知道電動機線圈的發(fā)熱功率，所以電動機線圈的電阻無法計算，選項B錯誤；當電吹風吹冷風時，電熱絲沒有工作，選項C錯誤；當電吹風吹熱風時，電動機每秒鐘消耗的電能為120 J，選項D錯誤. 課時作業(yè)1.關于電流，下列說法中正確的是A.通過導體橫截面的電荷量越多，電流越大B.電子運動的速率越大，電流越大C.單位時間內(nèi)通過導體橫截面的電荷量越多，導體中的電流越大D.因為電流有方向，所以電流是矢量答案解析12345678910111213雙基鞏固練雙基鞏固練14解析解析電流的大小等于單位時間內(nèi)通過導體橫截

15、面的電荷量，故A錯，C對；電流的微觀表達式IneSv，電流的大小由單位體積的電荷數(shù)、每個電荷所帶電荷量、導體的橫截面積和電荷定向移動的速率共同決定，故B錯；矢量運算遵循平行四邊形定則，標量的運算遵循代數(shù)法則，電流的運算遵循代數(shù)法則，故電流是標量，故D錯. 12345678910111213142.(2017河北正定中學月考)下列說法正確的是A.電源的電動勢在數(shù)值上等于電源在搬運單位電荷時非靜電力所做的功B.電阻率是反映材料導電性能的物理量，僅與材料種類有關，與溫度、 壓力和磁場等外界因素無關C.電流通過導體的熱功率與電流大小成正比D.電容是表征電容器容納電荷本領的物理量，由C 可知電容的大小是

16、 由Q(帶電荷量)或U(電壓)決定的答案解析1234567891011121314解析解析電源的電動勢在數(shù)值上等于電源在搬運單位電荷時非靜電力所做的功，A正確；電阻率是反映材料導電性能的物理量，不僅與材料種類有關，還與溫度、壓力和磁場等外界因素有關，B錯誤；電流通過導體的熱功率與電流大小的平方成正比，C錯誤；12345678910111213143.有一個直流電動機，把它接入0.2 V電壓的電路中電機不轉，測得流過電動機的電流是0.4 A；若把電動機接入2.0 V電壓的電路中，正常工作時的電流是1.0 A，此時，電動機的輸出功率是P出；如果在電動機正常工作時，轉子突然被卡住，電動機的發(fā)熱功率是

17、P熱，則A.P出2 W，P熱0.5 WB.P出1.5 W，P熱8 WC.P出2 W，P熱8 WD.P出1.5 W，P熱0.5 W答案1234567891011121314解析12345678910111213144.(多選)兩電阻R1和R2的伏安特性曲線如圖1所示.從圖線可判斷答案1234567891011121314解析A.兩電阻阻值的關系是R1R2B.電阻一定時，電流隨著電壓的增大而減小C.電壓相同時，通過R1的電流較大D.兩電阻串聯(lián)接入電路時，R1消耗的功率小圖1根據(jù)圖象可得電阻一定時，電流隨電壓的增大而增大，B錯誤；從圖象中可得電壓相同時，通過電阻R1的電流較大，C正確；兩電阻串聯(lián)接入

18、電路時，通過兩電阻的電流相同，根據(jù)公式PI2R可得電阻越大，消耗的電功率越大，故D正確. 12345678910111213145.如圖2所示均勻的長薄片合金電阻板abcd，ab邊長為L1，ad邊長為L2，當端點1、2或3、4接入電路中時，R12R34為答案解析1234567891011121314A.L1L2B.L2L1C.11D.L12L22圖26.(2017河北邢臺一中月考)兩根用同種材料制成的電阻絲甲和乙，甲電阻絲的長度和直徑分別為l和d；乙電阻絲的長度和直徑分別為2l和2d.將甲、乙兩根電阻絲分別接入電路時，如果兩電阻絲消耗的電功率相等，則加在兩根電阻絲上的電壓的比值應滿足答案解析1

19、2345678910111213147.一只電飯煲和一臺洗衣機并聯(lián)接在輸出電壓為220 V的交流電源上(其內(nèi)電阻可忽略不計)，均正常工作.用電流表分別測得通過電飯煲的電流是5.0 A，通過洗衣機電動機的電流是0.50 A，則下列說法中正確的是A.電飯煲的電阻為44 ，洗衣機電動機線圈的電阻為440 B.電飯煲消耗的電功率為1 555 W，洗衣機電動機消耗的電功率為155.5 WC.1 min內(nèi)電飯煲消耗的電能為6.6104 J，洗衣機電動機消耗的電能為 6.6103 JD.電飯煲發(fā)熱功率是洗衣機電動機發(fā)熱功率的10倍 答案解析1234567891011121314解析解析由于電飯煲是純電阻元件

20、，所以R1 44 ，P1UI11 100 W，其在1 min內(nèi)消耗的電能W1UI1t6.6104 J，洗衣機電動機為非純電阻元件，所以R2 P2UI2110 W，其在1 min內(nèi)消耗的電能W2UI2t6.6103 J，其熱功率P熱P2，所以電飯煲發(fā)熱功率不是洗衣機電動機發(fā)熱功率的10倍.12345678910111213148.在研究微型電動機的性能時，可采用如圖3所示的實驗電路.當調(diào)節(jié)滑動變阻器R，使電動機停止轉動時，電流表和電壓表的示數(shù)分別為1.0 A和1.0 V；重新調(diào)節(jié)R，使電動機恢復正常運轉時，電流表和電壓表的示數(shù)分別為2.0 A和15.0 V.則當這臺電動機正常運轉時A.電動機的內(nèi)

21、阻為7.5 B.電動機的內(nèi)阻為2.0 C.電動機的輸出功率為30.0 WD.電動機的輸出功率為26.0 W答案解析1234567891011121314圖3解析解析因為電動機停止轉動時，電流表和電壓表的示數(shù)分別為1.0 A和1.0 V，電動機在沒有將電能轉化為機械能時屬于純電阻元件，故說明電動機的內(nèi)阻r 1.0 ，選項A、B錯誤；當電動機正常運轉時，電流表和電壓表的示數(shù)分別為2.0 A和15.0 V，則電動機的總功率為P總U2I22.0 A15.0 V30.0 W，此時電動機的發(fā)熱功率為P熱I22r(2.0 A)21.0 4.0 W，故電動機的輸出功率為P出P總P熱30.0 W4.0 W26.

22、0 W，選項C錯誤，D正確.12345678910111213149.(2017重慶一中期末)如圖4所示的電解池接入電路后，在t秒內(nèi)有n1個一價正離子通過溶液內(nèi)某截面S，有n2個一價負離子通過溶液內(nèi)某截面S，設e為元電荷，以下說法正確的是A.當n1n2時，電流為零綜合提升練綜合提升練答案解析1234567891011121314圖41234567891011121314解析解析根據(jù)正電荷定向移動的方向為電流的方向，負電荷定向移動的方向與電流的方向相反，可判斷出溶液中電流方向為AB，選項A、C錯誤；10.(2018湖南長沙調(diào)研)改革開放以來，人們的生活水平和生活質量有了較大的改善，電冰箱、空調(diào)機

23、、電視機等家用電器得到了普遍使用.根據(jù)圖5中銘牌上提供的信息，判斷在12小時內(nèi)正常使用的電冰箱與連續(xù)運轉的電風扇消耗電能的情況是答案解析1234567891011121314BC65B電冰箱額定電壓220 V工作頻率50 Hz額定功率70 W耗電量：0.5 kWh/24 hPS69電風扇規(guī)格400 mm額定電壓220 V工作頻率50 Hz額定功率65 W圖5A.電冰箱比電風扇多B.電風扇比電冰箱多C.電風扇與電冰箱一樣多D.電冰箱比電風扇可能多，也 可能少 解析解析依據(jù)電冰箱銘牌可知，電冰箱在12 h內(nèi)消耗電能0.25 kWh，而電風扇在12 h內(nèi)消耗電能WPt0.78 kWh，B項正確.12

24、3456789101112131411.某一導體的伏安特性曲線如圖6中AB段(曲線)所示，關于導體的電阻，以下說法正確的是答案1234567891011121314圖6A.B點的電阻為12 B.B點的電阻為40 C.導體的電阻因溫度的影響改變了1 D.導體的電阻因溫度的影響改變了9 RRBRA10 ，故C、D錯誤.解析12.如圖7所示，電源電動勢E12 V，內(nèi)阻r3 ，R01 ，直流電動機內(nèi)阻R01 .當調(diào)節(jié)滑動變阻器R1時可使圖甲中電路的輸出功率最大；調(diào)節(jié)R2時可使圖乙中電路的輸出功率最大，且此時電動機剛好正常工作(額定輸出功率為P02 W)，則R1和R2連入電路中的阻值分別為A.2 、2

25、B.2 、1.5 C.1.5 、1.5 D.1.5 、2 1234567891011121314圖7解析答案解析解析因為題圖甲電路是純電阻電路，當外電阻與電源內(nèi)阻相等時，電源的輸出功率最大，所以R1接入電路中的阻值為R1rR02 ；而題圖乙電路是含電動機的非純電阻電路，歐姆定律不適用，電路的輸出功率PIUI(EIr)I(123I)3I212I3(I24I)3(I2)212，所以當I2 A時，輸出功率P有最大值，此時電動機的輸出功率為P02 W，發(fā)熱功率為P熱I2R04 W，所以電動機的輸入功率為P入P0P熱6 W，電動機兩端的電壓為Um 3 V，電阻R2兩端的電壓為U2EIrUm3 V，所以R

26、2接入電路中的阻值為R2 1.5 ，B正確.123456789101112131413.如圖8所示，電源電動勢E10 V，內(nèi)阻r1 ，閉合開關S后，標有“8 V ，12 W”的燈泡恰能正常發(fā)光，電動機M繞組的電阻R04 ，求：(1)電源的輸出功率P出；答案答案16 W答案解析1234567891011121314圖8解析解析由題意知，并聯(lián)部分電壓為U8 V，內(nèi)電壓應為U內(nèi)EU2 V電源的輸出功率P出UI16 W；(2)10 s內(nèi)電動機產(chǎn)生的熱量Q；答案答案10 J答案解析1234567891011121314則流過電動機的電流I2II10.5 A電動機的熱功率P0I22R01 W10 s內(nèi)產(chǎn)生

27、的熱量QP0t10 J；(3)電動機的機械功率.答案答案3 W答案解析1234567891011121314解析解析電動機的總功率PUI24 W電動機的機械功率P機PP03 W. 14.如圖9所示是一提升重物用的直流電動機工作時的電路圖.電動機內(nèi)電阻r0.8 ，電路中另一電阻R10 ，直流電壓U160 V，電壓表示數(shù)UV110 V.試求：(1)通過電動機的電流；答案答案5 A答案解析1234567891011121314圖9解析解析由電路中的電壓關系可得電阻R的分壓URUUV(160110)V50 V，即通過電動機的電流IMIR5 A.(2)輸入電動機的電功率；答案答案550 W答案解析1234567891011121314解析解析電動機的分壓UMUV110 V，輸入電動機的電功率P電IMUM550 W.(3)若電動機以v1 m/s勻速豎直向上提升重物，求該重物的質量.(g取10 m/s2).答案答案53 kg答案解析1234567891011121314解析解析電動機的發(fā)熱功率P熱IM2r20 W，電動機輸出的機械功率P出P電P熱530 W，又因P出mgv，