2020届高考物理总复习第八章恒定电流8.1电流电阻电功及电功率课件新人教版.pptx

第八章 恒 定 电 流 第1讲 电流 电阻 电功及电功率,【秒判正误】 (1)电流越大，单位时间内通过导体横截面的电荷量就 越多。 ( ) (2)电流I随时间t变化的图象与坐标轴所围面积表示通 过导体横截面的电荷量。 ( ) (3)由R= 可知，导体的电阻与导体的长度成正 比，与导体的横截面积成反比。 ( ),(4)由= 可知，导体的电阻率与导体的横截面积成 正比，与导体的长度成反比。 ( ) (5)W=UIt适用于任何电路，而W=I2Rt= t只适用于纯 电阻电路。 ( ) (6)在非纯电阻电路中，UII2R。 ( ) (7)焦耳热公式适用于任何电路。 ( ),考点1 电流 电阻和电阻定律的理解与应用 【典题突破】 题型1 “柱体微元模型”的应用 【典例1】 (2018长沙模拟)来自质子源的质子(初 速度为零)，经一加速电压为800 kV的直线加速器加 速，形成电流强度为1 mA的细柱形质子流。已知质子,电荷量e=1.60 10-19 C。这束质子流每秒打到靶上的个数为多少？假定分布在质子源到靶之间的加速电场是均匀的，在质子束中与质子源相距L和4L的两处，各取一段极短的相等长度的质子流，其中的质子数分别为N1和N2，则N1N2等于多少？,【解题思维】 1.题型特征：带电粒子在柱体内做匀加速直线运动(或匀速直线运动)。 2.题型解码： (1)模型构建：带电粒子在外加电场的作用下，形成定向移动的粒子流，从中取一圆柱形粒子流作为研究对象，即为“柱体微元”模型。,(2)处理方法： 选取一小段粒子流为柱体微元。 运用运动规律，结合柱体微元和整体的关系进行分析计算。,【解析】质子流每秒打到靶上的质子数由I= 可知， = =6.251015个。建立如图所示的“柱体微 元”模型，设质子经过距质子源L和4L处时的速度分 别为v1和v2，在L和4L处作两个长为L(极短)的柱体,微元，因L极短，故L和4L处的两个柱体微元中的质 子的平均速度可分别视为v1、v2，对于这两个柱体微 元，设单位体积内质子数分别为n1和n2，横截面积为 S，可知I= = =neSv，I1=n1eSv1，I2=n2eSv2， 作为串联电路电流处处相等，所以I1=I2，故,根据动能定理分别有eEL= eE4L= 可得 所以有 因此两个柱体微元中的质子 数之比为 答案： 6.251015个 21,【触类旁通】 一根长为L、横截面积为S的金属棒，其材料的电阻率为，棒内单位体积自由电子数为n，电子的质量为m、电荷量为e。在棒两端加上恒定的电压时，棒内产生电流，自由电子定向运动的平均速率为v，则金属棒内的电场强度大小为 ( ),【解析】选C。由电流定义可，I= =neSv，由 欧姆定律可得U=IR=neSv =neLv，又因为 E= ，故E=nev，选项C正确。,题型2 电阻定律的应用 【典例2】如图甲为一测量电解液电阻率的玻璃容器，P、Q为电极，设a=1 m，b=0.2 m，c=0.1 m，当里面注满某电解液，且P、Q加上电压后，其U-I图线如图乙所示。当U=10 V时，求电解液的电阻率是多少？,【解题思维】 1.题型特征：图象信息+实物模型。 2.题型解码： (1)分析图象信息获取电解液的电阻。 (2)从实物材料三维空间分析电阻定律公式R= 中 各对应的物理量。,【解析】由题图乙可求得电解液的电阻为 R= =2 000 由题图甲可知电解液长为l=a=1 m 横截面积为S=bc=0.02 m2 根据电阻定律R= 得= m=40 m。 答案：40 m,【触类旁通】神经系统中，把神经纤维分为有髓鞘与无髓鞘两大类。现代生物学认为，髓鞘是由多层(几十层到几百层不等)类脂物质髓质累积而成的，髓质具有很大的电阻。已知蛙有髓鞘神经，髓鞘的厚度只有2 m左右。而它在每平方厘米的面积上产生的电阻却高达1.6105 。,(1)若不计髓质片层间的接触电阻，计算髓质的电阻率。 (2)若有一圆柱体是由髓质制成的，该圆柱体的体积为32 cm3，当在其两底面上加上1 000 V的电压时，通过该圆柱体的电流为10 A，求圆柱体的圆面半径和高。,【解析】(1)由电阻定律知R= ，则= 所以= m=8106 m (2)由部分电路欧姆定律和圆柱体体积公式：R= ， 由R= 得 = ， 联立r2h=V 代入数据解得h=0.02 m，r=0.04 m 答案：(1)8106 m (2)4 cm 2 cm,【提分秘籍】 1.计算电流的三个公式：,2.电阻与电阻率的区别： (1)电阻是反映导体对电流阻碍作用大小的物理量，电阻大的导体对电流的阻碍作用大。电阻率是反映制作导体的材料导电性能好坏的物理量，电阻率小的材料导电性能好。,(2)导体的电阻大，导体材料的导电性能不一定差；导体的电阻率小，电阻不一定小，即电阻率小的导体对电流的阻碍作用不一定小。 (3)导体的电阻、电阻率均与温度有关。,3.电阻的决定式和定义式的区别：,【加固训练】 如图所示，一根横截面积为S的均匀长直 橡胶棒上带有均匀分布的负电荷，设棒单 位长度内所含的电荷量为q，当此棒沿轴线方向做速度为v的匀速直线运动时，由于棒的运动而形成的等效电流大小为 ( ) A.vq B. C.nqv D.,【解析】选A 。在垂直棒的运动方向选取一截面，设 棒长为L，则棒上所有电荷通过这一截面所用的时间 t= ，从而得电流I= =qv，选项A正确。,考点2 欧姆定律与伏安特性曲线 【典题突破】 题型1 对欧姆定律的理解 【典例3】(多选)(2018亳州模拟)如图甲所示电路，小灯泡通电后其两端电压U随所通过的电流I变化的图线如图乙所示，P为图线上一点，PN为图线的切线，PM为U轴的垂线，PQ为I轴的垂线，下列说法中正确的是 ( ),A.随着所通电流的增大，小灯泡的电阻增大 B.对应P点，小灯泡的电阻为R=,C.在电路中灯泡L两端的电压为U1时，电阻R两端的电压为I1R D.对应P点，小灯泡的功率为图中矩形PQOM所围的面积,【解题思维】 1.题型特征：电路连接+图象信息。 2.题型解码： (1)小灯泡在实际电路中工作时电阻是变化的。 (2)U-I图象中某一点所对应的电压和电流瞬时性关系。,【解析】选A、B、D。由欧姆定律知，U-I图中任意一 点的电阻为该点与坐标原点的连线的斜率，随着所加 电压的增大，小灯泡的电阻增大，选项A正确；对应P 点，小灯泡的电阻为O、P连线的斜率，即R= ，选项 B正确；对应P点，小灯泡的功率为P=U1I2，即图中矩,形PQOM所围成的面积，选项D正确；在电路中灯泡L两端电压为U1时，通过电阻R的电流为I2，其两端的电压为I2R，选项C错误。,【触类旁通】如图甲所示的电路中，R1、R2均为定值电阻，且R1=100 ，R2阻值未知，R3为一滑动变阻器。当其滑片P从左端滑至右端时，测得电源的路端电压随电源中流过的电流变化图象如图乙所示，其中A、B两点是滑片P在滑动变阻器的两个不同端点得到的。求：,(1)电源的电动势和内阻。 (2)定值电阻R2的阻值。 (3)滑动变阻器的最大阻值。,【解析】(1)将题图乙中AB线延长，交U轴于20 V处， 交I轴于1.0 A处，所以电源的电动势为E=20 V，内阻 r= =20 。 (2)当P滑到R3的右端时，电路参数对应题图乙中的B 点，即U2=4 V、I2=0.8 A，得R2= =5 。,(3)当P滑到R3的左端时，由题图乙知此时U外=16 V， I总=0.2 A，所以R外= =80 。因为R外= +R2，所以滑动变阻器的最大阻值为R3=300 。 答案：(1)20 V 20 (2)5 (3)300 ,题型2 对伏安特性曲线的理解 【典例4】 导体A、B、C的伏安特性曲线分别是图线1、2、3，其中导体C为一非线性电阻，当它们串联后接在电压恒为6 V的直流电源两端时，它们的电阻分别为R1、R2、R3。则下列说法中正确的是 ( ),A.此时流过三导体的电流均为1 A B.R1R2R3=123 C.若将三导体串联后接在3 V的直流 电源上，则三导体的阻值之比不变 D.若将三导体并联后接在3 V的直流电源上，则通过它们的电流之比I1I2I3=231,【解题思维】 1.题型特征：分析线性和非线性图象的物理意义。 2.题型解码： (1)图象的斜率表示电阻的倒数。 (2)由图象可以知道两定值电阻的电阻，根据串并联电路的规律可明确电流关系。,【解析】选A。由图可以知道，R1为1 ，R2为3 ， 当三个电阻串联时，通过各个电阻的电流相等，则三 个电阻两端的电压之和应为6 V，则由图可以知道， 三个电阻中的电流应为1 A；电压分别为1 V、3 V、 2 V，则由欧姆定律可以知道，电阻之比为R1R2R3 =132，所以选项A正确，B错误；若将三个电阻串,联接在3 V的电源上时，两定值电阻的阻值不变，而C因为电压变化，则电阻一定变化，比值即变化，故C错误；若将三个电阻并联在3 V的电源上，各电阻的电流分别为3 A、1 A、2 A，故D错误。,【触类旁通】 (2019武汉模拟)在如图甲所示的电路中，电阻R1和R2都是纯电阻，它们的伏安特性曲线分别如图乙中a、b所示。现在电路两端BC之间加上恒定的电压U0=7.0 V。调节滑动变阻器R3，使电阻R1和R3消耗的电功率恰好相等，求此时电阻R1和R2的阻值为多大？R3接入电路的阻值为多大？,【解析】R1、R2和R3串联，故电流相等。当电阻R1和电阻R2消耗的电功率相等时，得R1=R2，由图乙中的伏安特性曲线a、b可知，此时电路中的电流I=2.5 mA，加在电阻R1和R2上的电压U1=U2=2.5 V,由欧姆定律得R1=R2= =1 000 滑动变阻器R3两端电压为U3=U0-U1-U2=2 V 由欧姆定律得R3= =800 。 答案：R1=R2=1000 R3=800 ,【提分秘籍】 1.公式R= 、I= 和U=IR的对比：,2.线性元件和非线性元件的伏安特性曲线对比：,【加固训练】 一个小灯泡，当它两端的电压在3 V以下时，电阻等于15 不变；当它两端的电压增大到4 V时，钨丝温度明显升高，它的电阻为16 ；当电压增大到5 V时，它的电阻为18 ，它在05 V电压范围内的伏安特性曲线与下列哪个图象相符 ( ),【解析】选B。电压在03 V范围内小灯泡的电阻不 变，则I-U图象是过原点的直线，当电压为3 V时，电 流为I1= A=0.2 A；当它两端的电压增大到4 V时， 钨丝温度明显升高，电阻增大，I-U图象是曲线，电压 为4 V时，电流为I2= A=0.25 A；电压为5 V时，电 流为I3= A0.28 A。画出05 V电压范围内的伏 安特性曲线如题图B所示。,考点3 串并联电路规律及应用 【典题突破】 题型1 串并联电路规律及其应用 【典例5】 (2018南昌模拟)如图所示电路中，电源 电动势E=12 V，内阻r=2 ，R1=4 ，R2=6 ，R3= 3 。,(1)若在C、D间连一个理想电压表，其读数是多少？ (2)若在C、D间连一个理想电流表，其读数是多少？,【解题思维】 1.题型特征：电路的连接+电路规律应用。 2.题型解码： (1)理解电压表、电流表在电路中的连接方式。 (2)利用串并联电路的规律求解。,【解析】(1)若在C、D间连一个理想电压表，根据闭合 电路欧姆定律，有I1= =1 A。 理想电压表读数为UV=I1R2=6 V。,(2)若在C、D间连一个理想电流表，这时电阻R2与R3并 联，并联电阻大小R23= =2 根据闭合电路欧姆定律，有 I2= A=1.5 A。 理想电流表读数为 I= I2= 1.5 A=1 A。 答案：(1)6 V (2)1 A,【触类旁通】 在如图所示的电路中，R1=2 ，R2=R3=4 ，当电键K接a时，R2上消耗的电功率为4 W，当电键K接b时，电压表示数为4.5 V，试求：,(1)电键K接a时，通过电源的电流和电源两端的电压。 (2)电源的电动势和内电阻。 (3)当电键K接c时，通过R2的电流。,【解析】(1)K接a时，R1被短路，外电阻为R2，根据电 功率公式P=I2R可得通过电源电流I1= =1 A，再根 据P= ，得电源两端电压U1= =4 V。,(2)K接a时，有E=U1+I1r K接b时，R1和R2串联，R外=R1+R2=6 通过电源电流I2= =0.75 A 这时有：E=U2+I2r 解得E=6 V，r=2 。,(3)当K接c时，R2、R3并联， R23= =2 R总=R1+r+R23=6 总电流I3= =1 A 通过R2的电流I= I3=0.5 A。 答案：(1)1 A 4 V (2)6 V 2 (3)0.5 A,题型2 电表的改装 【典例6】某电流表内阻Rg为200 ，满偏电流Ig为 2 mA，如图甲、乙改装成量程为0.1 A和1 A的电流 表，试求：,(1)图甲中，R1和R2各为多少？ (2)图乙中，R3和R4各为多少？ (3)从安全角度分析，哪种改装方法较好？,【解题思维】 1.题型特征：电路的连接分析+电表改装计算。 2.题型解码： (1)准确地判断出电路的连接方式。 (2)利用串、并联电路的基本规律、特点求解。,【解析】(1)按图甲接法，由并联电路中电流跟电阻成 反比，可得R1= Rg= 200 =4.08 ， R2= Rg= 200 =0.4 。 (2)按图乙接法，量程为1 A时，R4和Rg串联后与R3并联； 量程为0.1 A时，R3和R4串联后与Rg并联，分别得,Ig(Rg+R4)=(1-Ig)R3 IgRg=(0.1-Ig)(R3+R4) 解得R3=0.41 ，R4=3.67 。 (3)乙图接法较好。 甲图中，若开关S接触不良而没有接通，或换量程的过程中，电流将全部流经表头，可能把表头烧坏。,答案：(1)4.08 0.4 (2)0.41 3.67 (3)见解析,【触类旁通】 如图所示，其中电流表 A的量程为0.6 A，表盘均匀划分为30 个小格，每一小格表示0.02 A；R1的 阻值等于电流表内阻的 ；R2的阻值等于电流表内阻 的2倍。若用电流表A的表盘刻度表示流过接线柱1的 电流值，则下列分析正确的是( ),A.将接线柱1、2接入电路时，每一小格表示0.04 A B.将接线柱1、2接入电路时，每一小格表示0.02 A C.将接线柱1、3接入电路时，每一小格表示0.06 A D.将接线柱1、3接入电路时，每一小格表示0.01 A,【解析】选C。设电流表A的内阻为RA，用电流表A的表盘刻度表示流过接线柱1的电流值时，若将接线柱1、2接入电路，根据并联电路的特点，(I1-IA)R1=IARA，解得I1=3IA，则每一小格表示0.06 A；若将接线柱1、3接入电路，则(I2-IA)R1=IARA，解得I2=3IA，则每一小格表示0.06 A，选项C正确。,【提分秘籍】 1.串、并联电路的三个结论： (1)串联电路的总电阻大于电路中任意一个电阻，电路中任意一个电阻变大时，总电阻变大。 (2)并联电路的总电阻小于电路中任意一个电阻，任意一个电阻变大时，总电阻变大。,(3)某电路中无论电阻怎样连接，该电路消耗的电功率P总等于各个电阻消耗的电功率之和。,2.两表改装对比：,【加固训练】 (多选)四个相同的小量程电流表(表头)分别改装成两个电流表A1、A2和两个电压表V1、V2。已知电流表A1的量程大于A2的量程，电压表V1的量程大于V2的量程，改装好后把它们按图示接法连入电路，则( ),A.电流表A1的读数大于电流表A2的读数 B.电流表A1的偏转角小于电流表A2的偏转角 C.电压表V1的读数小于电压表V2的读数 D.电压表V1的偏转角等于电压表V2的偏转角,【解析】选A、D。改装后的电流表A1的量程大于电流 表A2的量程，故电流表A1的电阻值小于电流表A2的电阻 值，并联电路中，电阻小的支路电流大，故电流表A1 的读数大于电流表A2的读数，选项A正确；两电流表的 表头并联，电压相同，故偏转角相等，选项B错误；,改装后，电压表V1的电阻值大于电压表V2的电阻值，故电压表V1的读数大于电压表V2的读数，选项C错误；两电压表的表头串联，电流相等，故偏转角相等，选项D正确。,考点4 电功、电热、电功率 【典题突破】 题型1 纯电阻电路 【典例7】(2018梅州模拟)如图甲是一种家用电熨斗的电原理图(额定电压为220 V)。R0是定值电阻，R是可变电阻(调温开关)，其电阻值均不受温度影响。,(1)该电熨斗温度最低时的耗电功率为121 W，温度最高时的耗电功率为484 W，求R0的阻值及R的阻值变化范围。,(2)假定电熨斗每秒钟散发的热量Q跟电熨斗表面温度与环境温度的温差关系如图乙所示，现在温度为20 的房间使用该电熨斗来熨烫毛料西服，要求熨斗表面温度为220 ，且保持不变，问应将R的阻值调为多大？,【解题思维】 1.题型特征：电路连接+图象信息。 2.题型解码： (1)理解电熨斗为纯电阻用电器。 (2)不同温度下图象信息获取相关物理量。,【解析】(1)由温度最低时可知P1= 温度最高时P2= ， 解得R0=100 ， Rmax=300 所以可变电阻R的阻值范围是0300 。,(2)此时电熨斗表面温度与环境温度之差t=220 - 20 =200 由图象知电熨斗每秒钟散发的热量Q=440 J 要保持电熨斗的表面温度不变，则电熨斗的电功率 P=440 W，则P= ，,解得R=10 ，应将R调至10 。 答案：(1)100 变阻器阻值范围是0300 (2)应将R调至10 ,【触类旁通】(多选)一个用半导体材料制成的电阻器D，其电流I随它两端的电压U的关系图象如图甲所示，将它与两个标准电阻R1、R2并联后接在电压恒为U的电源上，如图乙所示，三个用电器消耗的电功率均为P。现将它们连接成如图丙所示的电路，仍然接在该电源的两端，设电阻器D和电阻R1、R2消耗的电功率分别为PD、P1、P2，它们之间的大小关系有( ),A.P1=4 P2 B.PDP2,【解析】选B、C。当三个电阻并联接到电压为U的电源 上时，消耗的功率都是P，说明此时三个电阻的阻值相 等，因此两个定值电阻R1=R2，有P= 。若将它们连 接成如题图丙所示的电路，仍然接在该电源的两端， 则R2与D并联的阻值小于电阻R1，所以R1两端电压U1 U， D与R2两端电压U2 U，由D的I-U图象可知，电压越小，,D的电阻越大，所以此时RDR2，设图丙中总电流为I， 则流过R2的电流关系是I2 I，由P=I2R得P14P2，选 项A错误，C正确。由P= 得PDP2，选项D错误，B正 确。,题型2 非纯电阻电路 【典例8】如图所示，A为电解槽，M为电动机，N为电 炉子，恒定电压U=12 V，电解槽内阻rA=2 ，S1闭 合，S2、S3断开时，电流表A示数为6 A，当S2闭合，,S1、S3断开时，电流表A示数为5 A，且电动机输出功 率为35 W；当S3闭合，S1、S2断开时，电流表A示数为 4 A。求： (1)电炉子的电阻及发热功率。 (2)电动机的内阻。 (3)在电解槽工作时，电能转化为化学能的功率为多少。,【解题思维】 1.题型特征：非纯电阻电路分析与计算。 2.题型解码： (1)理解电动机和电解槽工作时为非纯电阻用电器。 (2)从能量守恒角度分析非纯电阻用电器。,【解析】(1)电炉子为纯电阻元件，由欧姆定律得： R= =2 其发热功率为：P=UI1=126 W=72 W。 (2)电动机为非纯电阻元件，由能量守恒定律得： UI2= rM+P输出 所以rM= =1 。,(3)电解槽为非纯电阻元件，由能量守恒定律得： P化=UI3- rA 所以P化=(124-422) W=16 W。 答案：(1)2 72 W (2)1 (3)16 W,【典例9】(多选)(2019宁德模拟)如表列出了某品牌电动自行车及所用电动机的主要技术参数，不计其自身机械损耗。若该车在额定状态下以最大运行速度行驶，则( ),A.电动机的输入功率为576 W B.电动机的内电阻为4 C.该车获得的牵引力为104 N D.该车受到的阻力为63 N,【解析】选A、D。电动机的输入功率为P入=UI=48 12 W=576 W，A正确；电动机的发热功率为Q=I2r=P入 -P出，代入数据解得r1.6 ，B错误；由vmax= 20 km/h= m/s，根据P出=Fv大，解得F=63 N，且当 该车速度最大时，F=f=63 N，C错误，D正确。,【触类旁通】(多选)锂电池因能量高环保无污染而广泛使用在手机等电子产品中。现用充电器为一手机锂电池充电，等效电路如图所示，充电器