高考物理一輪復(fù)習(xí) 第十章 恒定電流 第1講 電流 電阻 電功及電功率課件

第1講電流電阻電功及電功率知識梳理知識梳理一、電流一、電流1.電流電流(1)定義:電荷的定向移動定向移動形成電流。(2)方向:規(guī)定正電荷正電荷定向移動的方向為電流的方向。(3)三個公式a.定義式:I=;b.決定式:I=;qtURc.微觀式:I=nqSv。2.歐姆定律歐姆定律(1)內(nèi)容:導(dǎo)體中的電流I跟導(dǎo)體兩端的電壓U成正比正比,跟導(dǎo)體的電阻R成反比反比。(2)公式:I=。(3)適用條件:適用于金屬金屬和電解液導(dǎo)電,適用于純電阻電路。UR1.電阻電阻(1)R=。(2)物理意義:導(dǎo)體的電阻反映了導(dǎo)體對電流阻礙作用導(dǎo)體對電流阻礙作用的大小,R越大,阻礙作用越大越大。UI二、電阻二、電阻2.電阻定律電阻定律(1)內(nèi)容:同種材料的導(dǎo)體,其電阻與它的長度長度成正比,與它的橫截面積橫截面積成反比;導(dǎo)體的電阻還與構(gòu)成它的材料有關(guān)。(2)公式:R=。lS3.電阻率電阻率(1)計算式:=R。(2)物理意義:反映導(dǎo)體的導(dǎo)電性能導(dǎo)電性能,是導(dǎo)體材料本身的屬性。(3)電阻率與溫度的關(guān)系金屬:電阻率隨溫度升高而增大;半導(dǎo)體:通常電阻率隨溫度升高而減小減小。Sl1.電功電功(1)定義:電流所做的功叫電功。電流做功,實質(zhì)上是導(dǎo)體中的恒定電場對自由電荷的靜電力靜電力在做功。(2)公式:W=qU=IUt。(3)電流做功是電能電能轉(zhuǎn)化成其他形式能的過程。三、電功和電功率三、電功和電功率2.電功率電功率(1)定義:單位時間內(nèi)電流所做的功。表示電流做功的快慢快慢。(2)公式:P=IU。Wt3.焦耳定律焦耳定律(1)電熱:電流流過一段導(dǎo)體時產(chǎn)生的熱量熱量。(2)計算式:Q=I2Rt。4.熱功率熱功率(1)定義:單位時間內(nèi)的發(fā)熱量。(2)表達式:P=I2R。Qt1.一個阻值為R的電阻兩端加上電壓U后,通過電阻橫截面的電荷量q隨時間變化的圖像如圖所示,此圖像的斜率可表示為()A.UB.RC.D.URIR答案答案C在q-t圖像中圖線的斜率是k=I,即表示電流,由歐姆定律知I=,則C正確。qtURC2.有、兩根不同材料的電阻絲,長度之比為l1 l2=1 5,橫截面積之比為S1 S2=2 3,電阻之比為R1 R2=2 5,外加電壓之比為U1 U2=12,則它們的電阻率之比為()A.2 3B.4 3C.3 4D.8 3答案答案B設(shè)兩根電阻絲電阻率分別為1、2,由電阻定律R=,故=,所以=,B正確。lSRSl12111222SRlSRl43B3.關(guān)于電功W和電熱Q的說法正確的是()A.在任何電路中都有W=UIt、Q=I2Rt,且W=QB.在任何電路中都有W=UIt、Q=I2Rt,但W不一定等于QC.W=UIt、Q=I2Rt均只有在純電阻電路中才成立D.W=UIt在任何電路中都成立,Q=I2Rt只在純電阻電路中成立答案答案BW=UIt、Q=I2Rt適用于一切電路,但在純電阻電路中W=Q,在非純電阻電路中WQ,B對,A、C、D錯。B4.橫截面積為S的導(dǎo)線中,通有大小為I的電流。已知導(dǎo)線單位體積中有n個自由電子,每個自由電子的電荷量是e,自由電子定向移動的速率是v,則在時間t內(nèi)通過導(dǎo)線截面的電子數(shù)是()A.nSvtB.nvtC.ItD.I tSeA答案答案A根據(jù)電流的定義式可知,在t內(nèi)通過導(dǎo)線截面的電荷量q=It。所以在這段時間內(nèi)通過的自由電子數(shù)為N=。由于自由電子定向移動的速率是v,因此在時間t內(nèi),位于以截面S為底,長為l=vt的這段導(dǎo)線內(nèi)的自由電子都能通過截面。這段導(dǎo)線的體積V=Sl=Svt,所以t內(nèi)通過截面S的自由電子數(shù)N=nV=nSvt。qeI te深化拓展深化拓展考點一考點一電流的微觀解釋電流的微觀解釋 考點二考點二對電阻、電阻定律的理解和應(yīng)用對電阻、電阻定律的理解和應(yīng)用考點三考點三歐姆定律和伏安特性曲線歐姆定律和伏安特性曲線考點四考點四電功、電功率、電熱與熱功率電功、電功率、電熱與熱功率深化拓展深化拓展考點一電流的微觀解釋考點一電流的微觀解釋一、電流的微觀解釋一、電流的微觀解釋1.建立微觀模型:如圖所示,粗細均勻的一段導(dǎo)體長為l,橫截面積為S,導(dǎo)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為q,當(dāng)導(dǎo)體兩端加上一定的電壓時,導(dǎo)體中的自由電荷沿導(dǎo)體定向移動的速率為v。2.在時間t內(nèi)導(dǎo)體中長度l=vt內(nèi)的自由電荷全部通過了截面D。3.這些電荷的總電荷量為Q=nvtSq。4.電流的表達式:I= =nqSv。5.結(jié)論:從微觀上看,電流由導(dǎo)體中自由電荷的密度、電荷定向移動的速率、導(dǎo)體的橫截面積和自由電荷帶電量共同決定。Qt二、與電流有關(guān)的三種速率的比較二、與電流有關(guān)的三種速率的比較電荷定向移動速率電流的傳導(dǎo)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(dǎo)體中約為10-5m/s等于光速3108m/s約為105m/s1-1(多選)一根粗細均勻的金屬導(dǎo)線,兩端加上恒定電壓U時,通過金屬導(dǎo)線的電流為I,金屬導(dǎo)線中自由電子定向移動的平均速率為v,若將金屬導(dǎo)線均勻拉長,使其長度變?yōu)樵瓉淼?倍,仍給它兩端加上恒定電壓U,則此時()A.通過金屬導(dǎo)線的電流為B.通過金屬導(dǎo)線的電流為C.自由電子定向移動的平均速率為D.自由電子定向移動的平均速率為2I4I2v4vBC答案答案BC金屬導(dǎo)線均勻拉長,使其長度變?yōu)樵瓉淼?倍,橫截面積變?yōu)樵瓉淼?電阻變?yōu)樵瓉淼?倍,兩端加上恒定電壓U,通過金屬導(dǎo)線的電流為,A錯誤,B正確。根據(jù)I=neSv可知自由電子定向移動的平均速率為,C正確、D錯誤。124I2v1-22014北京理綜,24(2)若導(dǎo)線MN的質(zhì)量m=8.0g、長度L=0.10m,感應(yīng)電流I=1.0A,假設(shè)一個原子貢獻1個自由電子,計算導(dǎo)線MN中電子沿導(dǎo)線長度方向定向移動的平均速率ve(下表中列出一些你可能會用到的數(shù)據(jù))。阿伏加德羅常數(shù)NA6.01023mol-1元電荷e1.610-19C導(dǎo)線MN的摩爾質(zhì)量6.010-2kg/mol答案答案7.810-6m/s解析解析導(dǎo)線MN中含有的原子數(shù)為N=NA因為一個金屬原子貢獻一個電子,所以導(dǎo)線MN中的自由電子數(shù)也是N。導(dǎo)線MN單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)n=其中,S為導(dǎo)線MN的橫截面積。因為電流I=nveSe所以ve=解得ve=7.810-6m/s。mNSLInSeILNeAILmN e考點二對電阻、電阻定律的理解和應(yīng)用考點二對電阻、電阻定律的理解和應(yīng)用1.電阻與電阻率的區(qū)別電阻與電阻率的區(qū)別(1)電阻是反映導(dǎo)體對電流阻礙作用大小的物理量。電阻率是反映制作導(dǎo)體的材料導(dǎo)電性能好壞的物理量。(2)導(dǎo)體電阻阻值與電阻率無直接關(guān)系,即電阻大,電阻率不一定大;電阻率小,電阻不一定小。2.兩個公式的對比兩個公式的對比公式R=R=適用條件(1)金屬、電解液(2)純電阻電路導(dǎo)電材料字母含義U:導(dǎo)體兩端的電壓I:通過導(dǎo)體的電流:材料的電阻率l:沿電流方向?qū)w的長度S:垂直電流方向?qū)w的橫截面積公式含義反映了R的大小,不能說RU、RR的決定式,R由、l、S共同決定UIlSUI1I2-1把兩根同種材料做成的電阻絲,分別接在兩個電路中,甲電阻絲長為l,直徑為d,乙電阻絲長為2l,直徑為2d,要使兩電阻絲消耗的功率相等,加在兩電阻絲上的電壓應(yīng)滿足()A.=1B.=C.=D.=2UU甲乙UU甲乙22UU甲乙2UU甲乙答案答案C根據(jù)電阻定律有:R甲=,R乙=,又知P甲=,P乙=,若使P甲=P乙,即=,則=2,得=,所以選項C是正確的。lS甲2lS乙2UR甲甲2UR乙乙2UR甲甲2UR乙乙22UU甲乙RR甲乙22(/ 2)2ldldUU甲乙2C2-2如圖甲所示為一測量電解液電阻率的玻璃容器,P、Q為電極,設(shè)a=1m,b=0.2m,c=0.1m,當(dāng)里面注滿某電解液,且P、Q加上電壓后,其U-I圖線如圖乙所示,當(dāng)U=10V時,求電解液的電阻率是多少?答案答案40m解析解析由題圖乙可求得U=10V時電解液的電阻為R=2000由題圖甲可知電解液長為:l=a=1m橫截面積為:S=bc=0.02m2結(jié)合電阻定律R=得=m=40m。UI3105 10lSRSl2000 0.021考點三歐姆定律和伏安特性曲線考點三歐姆定律和伏安特性曲線1.歐姆定律歐姆定律(1)公式I=,是電流的決定式,I正比于電壓,反比于電阻。(2)公式中的I、U和R三個量必須對應(yīng)同一段電路或同一段導(dǎo)體。(3)適用范圍:適用于金屬、電解液等組成的純電阻電路。對于氣體導(dǎo)電、含有電動機和電解槽等非純電阻的電路不適用。UR2.對伏安特性曲線的理解對伏安特性曲線的理解(如圖所示如圖所示)(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,圖線a、e的斜率表示電阻的大小,斜率越大,電阻越大,RaRe。在圖乙中,圖線d、f的斜率表示電阻倒數(shù)的大小,斜率越大,電阻越小,RdQ2C.Q1Q2D.無法確定答案答案C由I-U圖線的斜率表示電阻的倒數(shù)可知R1R2,串聯(lián)電路中電流處處相等,再結(jié)合焦耳定律Q=I2Rt可知Q1Q電功率與熱功率P電=UI,P熱=I2R=,P電=P熱P電=UI,P熱=I2R,P電P熱2UR2UR4.電功和電熱的處理方法電功和電熱的處理方法無論在純電阻電路還是在非純電阻電路中,發(fā)熱功率都是I2R。處理非純電阻電路的計算問題時,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。4-1一個直流電動機,線圈電阻是0.5,當(dāng)它兩端所加電壓為6V時,通過電動機的電流是2A。由此可知()A.電動機消耗的電功率為10WB.電動機發(fā)熱的功率為10WC.電動機輸出的機械功率為10WD.電動機的工作效率為20%C答案答案C電動機是非純電阻器件,P總=P機+P熱,電動機消耗的電功率P總=UI=12W,A錯誤。發(fā)熱功率P熱=I2R=2W,B錯誤。輸出的機械功率P出=P總-P熱=10W,C正確。電動機的工作效率=100%=83%,D錯誤。PP出總4-2如圖所示,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r=0.8,電路中另一電阻R=10,直流電壓U=160V,電壓表示數(shù)UV=110V。試求:(1)通過電動機的電流;(2)輸入電動機的電功率;(3)若電動機以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)答案答案(1)5A(2)550W(3)53kg解析解析(1)由電路中的電壓關(guān)系可得電阻R兩端電壓UR=U-UV=(160-110)V=50V流過電阻R的電流IR=A=5A則通過電動機的電流IM=IR=5A(2)電動機兩端電壓UM=UV=110V輸入電動機的電功率P電=IMUM=550W(3)電動機的發(fā)熱功率P熱=r=20W電動機輸出的機械功率P機=P電-P熱=530W又因P機=mgv,所以m=53kgRUR50102MIPgv機