2020版高考物理一轮复习第7章恒定电流第1讲电流电阻电功及电功率学案

1 第第 1 1 讲讲 电流电流 电阻电阻 电功及电功率电功及电功率 选考导航 历次选考统计 知识内容考试要求 2016 04 2016 1 0 2017 04 2017 11 2018 0 4 2018 1 1 电源和电流 c2311 电动势 c 欧姆定律 u i图象及 i u图象 c181818 串联电路和并联电路 c 焦耳定律 c1211125 导体的电阻 c918 闭合电路的欧姆定律 d22 多用电表的原理 a 实验 7 测绘小灯泡的伏安 特性曲线 181818 实验 8 探究导体电阻与其 影响因素 包括材料 的关系 211818 实验 9 练习使用多用电表 18 实验 10 测定电池的电动 势和内阻 18 知识排查 电源 电流 电动势 1 电源和电流 1 电流形成的机制 自由电荷的定向移动形成电流 一是要有自由电荷 二是要有电势差 2 恒定电流的含义 大小和方向都不变的电流称为恒定电流 3 电流方向的确定方法 电流是标量 填 标量 或 矢量 电流方向跟正电荷定向移 动的方向相同 外电路由电源正极流向电源负极 内电路由电源负极流向电源正极 4 两个表达式 定义式 i q为在时间t内通过导体横截面的电荷量 q t 微观表达式 i nqsv 其中n为导体中单位体积内自由电荷的个数 q为每个自由电荷 2 的电荷量 s为导体的横截面积 v为自由电荷定向移动的速率 2 电动势 1 物理意义 反映电源将其他形式的能转化为电能本领大小的物理量 2 定义 电源在移动电荷过程中 非静电力对电荷做的功w与移动电荷的电荷量的比值 3 定义式 e 单位 伏特 符号 v w q 4 电源内部也是由导体组成的 电源内部的电阻叫电源的内阻 欧姆定律 1 内容 导体中的电流i跟导体两端的电压u成正比 跟导体的电阻r成反比 2 公式 i u r 3 适用条件 适用于金属和电解液导电 适用于纯电阻电路 电阻定律 1 电阻定律 1 内容 同种材料的导体 其电阻跟它的长度成正比 与它的横截面积成反比 导体的电 阻还与构成它的材料有关 2 表达式 r l s 2 电阻率 1 计算式 r s l 2 物理意义 反映导体的导电性能 是导体材料本身的性质 3 电阻率与温度的关系 金属的电阻率随温度升高而增大 半导体的电阻率随温度升高而减小 电功率 焦耳定律 1 电功 1 定义 导体中的自由电荷在电场力作用下定向移动 电场力做的功称为电功 2 公式 w qu iut 3 电流做功的实质 电能转化成其他形式能的过程 2 电功率 1 定义 单位时间内电流做的功 表示电流做功的快慢 2 公式 p iu w t 3 焦耳定律 1 电热 电流流过一段导体时产生的热量 2 计算式 q i2rt 3 4 热功率 1 定义 单位时间内的发热量 2 表达式 p i2r q t 小题速练 1 思考判断 1 导体中只要电荷运动就形成电流 2 电流有方向 所以它是一个矢量 3 电流越大 单位时间内通过导体横截面的电荷量就越多 4 电动势越大 电源把其他形式的能转化为电能的本领越大 5 由r 知 导体的电阻与导体两端电压成正比 与流过导体的电流成反比 u i 6 由 知 导体的电阻率与导体的电阻和横截面积的乘积成正比 与导体的长度成 rs l 反比 7 公式w uit及q i2rt适用于任何电路 8 公式w t i2rt只适用于纯电阻电路 u2 r 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 2 2018 河北石家庄模拟 一个内阻可以忽略的电源 给一个绝缘的圆管里装满的水银供 电 电流为 0 1 a 若把全部水银倒在一个内径大一倍的绝缘圆管里 那么通过的电流将 是 a 0 4 a b 0 8 a c 1 6 a d 3 2 a 解析 设电源电动势为e 第一个圆管内部装的水银横截面积为s 长度为l 水银的电阻 率为 则i1 第二个圆管内部装满水银的横截面积为 4s 由于水银的 e r1 e l s es l 体积不变 则水银柱长度应变为 则i2 16i1 1 6 a 故选项 c 正确 l 4 e r2 e l 4 4s 16es l 答案 c 3 有三个用电器 分别为日光灯 电烙铁和电风扇 它们的额定电压和额定功率均为 220 v 60 w 现让它们在额定电压下工作相同时间 产生的热量 a 日光灯最多 b 电烙铁最多 4 c 电风扇最多 d 一样多 解析 电烙铁是纯电阻用电器 即以发热为目的 电流通过它就是用来发热 而日光灯和 电风扇是非纯电阻电路 电流通过它们时产生的热量很少 电能主要转化为其他形式的能 光能和叶片动能 综上所述 只有选项 b 正确 答案 b 电源 电流 电动势 电动势与电压的区别和联系 1 电源电动势是表征电源特性的物理量 只与电源有关 与外电路的状况无关 电路中任 意两点之间的电压与电源的电动势和电路参数有关 2 电动势的大小反映了电源把其他形式的能转化为电能的本领 即非静电力移送单位正电 荷从电源负极至正极所做的功 电压的大小表示电场力在电场中两点之间移动单位正电荷 做的功 是把电能转化为其他形式的能 3 两者之间的联系 电路闭合时 e u内 u外 电路断开时 e u外 1 多选 下列说法正确的是 a 电源外部存在着由正极指向负极的电场 内部存在着由负极指向正极的电场 b 在电源的外部负电荷靠静电力由电源的负极流向正极 c 在电源的内部正电荷靠非静电力由电源的负极流向正极 d 在电池中是化学能转化为电势能 解析 无论是电源外部还是内部 电场方向都是由正极指向负极 选项 a 错误 在外电路 电荷在静电力作用下移动 在内电路 电荷在非静电力作用下移动 故选项 b c 正确 电 池是把化学能转化为电势能的装置 选项 d 正确 答案 bcd 2 在示波管中 2 s 内有 6 1013个电子通过横截面积大小不知的电子枪 则示波管中电流 大小为 a 4 8 10 6 a b 3 10 13 a c 9 6 10 6 a d 无法确定 解析 由q it得 i a 4 8 10 6 a 故选项 a q t ne t 6 1013 1 6 10 19 2 正确 答案 a 3 一台发电机用 0 5 a 电流向外输电 在 1 min 内将 180 j 的机械能转化为电能 则发电 机的电动势为 5 a 6 v b 360 v c 120 v d 12 v 解析 由w eq q it可得 e v 6 v 故选项 a 正确 w q w it 180 0 5 60 答案 a 电阻定律的理解与应用 1 电阻与电阻率的关系 电阻率是影响导体电阻大小的因素之一 导体的长度 横截面积一定时 导体材料的电阻 率越大 导体的电阻越大 2 电阻的决定式和定义式 1 电阻的决定式r 指明了电阻的决定因素 适用于粗细均匀的金属导体和浓度均匀 l s 的电解液 2 电阻的定义式r 提供了一种测量电阻的方法 并不说明电阻与u和i有关 适用于 u i 任何纯电阻电路 1 2016 10 月浙江选考 一根细橡胶管中灌满盐水 两端用短粗铜丝塞住管口 管中盐水 柱长为 40 cm 时测得电阻为r 若溶液的电阻随长度 横截面积的变化规律与金属导体相 同 现将管中盐水柱均匀拉长至 50 cm 盐水体积不变 仍充满橡胶管 则盐水柱电阻变 为 a r b r c r d r 4 5 5 4 16 25 25 16 解析 由于总体积不变 设 40 cm 长时的横截面积为s 所以长度变为 50 cm 后 横截面 积s s 根据电阻定律r 可得r r 选项 d 正确 4 5 l s 25 16 答案 d 2 一段长为l 电阻为r的均匀电阻丝 把它拉制成 3l长的均匀细丝后 切成等长的三段 然后把它们并联在一起 其电阻值为 a b 3r c d r r 3 r 9 6 解析 根据电阻定律r 在拉伸过程中电阻丝的体积不变 当长度变为原来的 3 倍后 l s 横截面积变为原来的 所以r 9r 平分成 3 段后 每段的电阻为 3r 故 1 3 3l 1 3s 9l s 根据并联电路规律可得并联后的电阻为 解得r并 r 故选项 d 正确 1 r并 1 3r 1 3r 1 3r 答案 d 欧姆定律及伏安特性曲线 根据伏安特性曲线求电阻 1 图 1 甲中 图线a b表示线性元件 图乙中图线c d表示非线性元件 2 图线a b的斜率表示电阻的倒数 斜率越大 电阻越小 故ra rb 如图甲所示 3 图线c的电阻随电压的增大而减小 图线d的电阻随电压的增大而增大 如图乙所示 图 1 4 伏安特性曲线上每一点的电压坐标与电流坐标的比值即r 对应这一状态下的电阻 u i 要特别注意r不一定等于 u i 1 用电器到发电站的距离为l 线路上的电流为i 已知输电线的电阻率为 为使线路 上降低的电压不超过u 那么 输电线的横截面积的最小值为 a b c d l r 2 li u u li 2ul i 解析 输电线的总长为 2l 由公式r r 得s 故选项 b 正确 u i l s 2 li u 答案 b 2 如图 2 所示是电阻r的i u图象 图中 45 由此得出 图 2 a 通过电阻的电流与两端电压成正比 7 b 电阻r 0 5 c 因i u图象的斜率表示电阻的倒数 故r 1 0 1 tan d 在r两端加上 6 0 v 的电压时 每秒通过电阻横截面的电荷量是 0 3 c 解析 由欧姆定律可知通过该定值电阻的电流与电压成正比 选项 a 正确 电阻r u i 10 5 2 选项 b 错误 由于i u图线中纵横坐标单位长度表示数值不同 所以r 选项 c 错误 在r两端加上 6 0 v 电压时 i 3 a 每秒通过导体横截面的电 1 tan u r 荷量q it 3 0 c 选项 d 错误 答案 a 3 小灯泡通电后其电流i随所加电压u变化的图线如图 3 所示 p为图线上一点 pn为图 线在p点的切线 pq为u轴的垂线 pm为i轴的垂线 则下列说法中不正确的是 图 3 a 随着所加电压的增大 小灯泡的电阻增大 b 对应p点 小灯泡的电阻为r u1 i2 c 对应p点 小灯泡的电阻为r u1 i2 i1 d 对应p点 小灯泡的功率为图中矩形pqom所围面积大小 解析 由于灯泡的电阻在图线上的每一点都是r 由图线不难看出 随电压的增大 电 u i 流的增加变得缓慢 i u图线的斜率逐渐减小 电阻变大 对应p点灯泡电阻为r u1 i2 故选项 a b 正确 c 错误 小灯泡的功率p ui 所以选项 d 正确 答案 c 电功 电热 电功率和热功率 1 电功 电热 电功率和热功率 8 2 电功和电热的处理方法 1 首先要分清所研究的电路是纯电阻电路还是非纯电阻电路 正确选择计算公式 2 处理非纯电阻电路的计算问题时 要善于从能量转化的角度出发 紧紧围绕能量守恒定 律 利用 电功 电热 其他能量 寻找等量关系求解 典例 1 2018 4 月浙江选考 杭州市正将主干道上的部分高压钠灯换成 led 灯 已知 高压钠灯功率为 400 w led 灯功率为 180 w 若更换 4 000 盏 则一个月可节约的电能约 为 a 9 102 kw h b 3 105 kw h c 6 105 kw h d 1 1012 kw h 解析 每盏灯节约的电功率为 0 22 kw 每天亮灯时间大约 12 h 因此 4 000 盏灯一个月 节约的电能w 0 22 4 000 12 30 kw h 3 105 kw h 因此选项 b 正确 答案 b 典例 2 如图所示是一个电热水壶的铭牌 小沈同学利用所学知识 结合该铭牌上获 取的信息 得出该电热水壶 电热水壶 产品型号 额定频率 50 hz 额定电压 220 v 额定容量 1 2 l 额定功率 1 500 w 执行标准 a 正常工作时的电流约为 6 8 a b 正常工作 5 min 耗电约 0 5 kw h c 只能在直流电下工作 d 只能在 220 v 电压下工作 9 解析 由p ui 得i a 6 8 a 选项 a 正确 t 5 min h p u 1 500 220 5 60 1 12 h e w pt 1 5 kw h 0 125 kw h 选项 b 错误 工作电压可以比额定电压稍 1 12 低 表示使用的是交流电 选项 c d 错误 答案 a 1 2016 10 月浙江选考 如图 4 为一种服务型机器人 其额定功率为 48 w 额定工作电压 为 24 v 机器人的锂电池容量为 20 a h 则机器人 图 4 a 额定工作电流为 20 a b 充满电后最长工作时间为 2 h c 电池充满电后总电荷量为 7 2 104 c d 以额定电流工作时每秒消耗能量为 20 j 解析 由p iu知额定电流i 2 a 选项 a 错误 充满电后 锂电池容量为 20 a h p u 最长工作时间t 10 h 选项 b 错误 电池充满电后总电荷量q it 20 3 600 q i c 7 2 104 c 选项 c 正确 以额定电流工作时每秒消耗能量w pt 48 j d 错误 答案 c 2 2018 绍兴模拟 家电待机耗电问题常常被市民所忽略 北京市电力公司曾举办 计量 日进您家 活动 免费上门为市民做家庭用电耗能诊断分析 在上门实测过程中 技术人 员发现电视机待机一天的耗电量在 0 2 度左右 小小机顶盒一天的待机耗电量更是高达 0 4 度 据最新统计绍兴市的常住人口约 500 万人 参考下表数据 估算每年绍兴地区家 庭用电器待机耗电量约为 家庭常用电器电视机洗衣机空调电脑 户均数量 台 2121 电器待机功耗 w 台 10204040 a 2 105度 b 2 107度 10 c 2 109度 d 2 1011度 解析 由题意可知 绍兴市家庭数为n 1 25 106 每户家庭用电器待机耗 500 104 4 电功率p户 160 w 每年全区家用电器待机耗电量 w np户t 1 25 106 365 24 160 w h 1 75 109 kw h 2 109度 答案 c 3 2016 4 月浙江选考 如图 5 所示中的路灯为太阳能路灯 每只路灯的光伏电池板有效 采光面积约 0 3 m2 晴天时电池板上每平方米每小时接收到的太阳辐射能约为 3 106 j 如果每天等效日照时间约为 6 h 光电池一天产生的电能可供 30 w 的路灯工作 8 h 光电 池的光电转换效率约为 图 5 a 4 8 b 9 6 c 16 d 44 解析 由题意可知 总功w总 0 3 3 106 6 j 5 4 106 j 有用功w有 30 8 3 600 j 8 64 105 j 光电池的光电转换效率 100 16 c 正确 w有 w总 8 64 105 5 4 106 答案 c 4 2017 11 月浙江选考 小明同学家里部分电器的消耗功率及每天工作时间如表所示 则 这些电器一天消耗的电能约为 电器消耗功率 w工作时间 h 电茶壶 2 0001 空调 1 2003 电视机 1002 节能灯 164 路由器 924 a 6 1 103 w b 6 1 103 j c 2 2 104 w d 2 2 107 j 解析 根据题中表格数据可知 每天消耗的电能为w 2 kw 1 h 1 2 kw 3 h 0 1 kw 2 h 0 016 kw 4 h 0 009 kw 24 h 6 08 kw h 2 2 107 j 选项 d 正确 答案 d 活页作业 11 时间 30 分钟 a 组 基础过关 1 随着我国人民生活水平的不断提高 家庭中使用的电器越来越多 下列电器中主要利用 电流的热效应工作的是 a 电风扇 b 电动轿车 c 洗衣机 d 电饭煲 解析 电风扇 电动轿车 洗衣机均利用电动机将电能主要转化为机械能 而电饭煲则是 利用电流的热效应使电能变为内能 故选项 d 正确 答案 d 2 如图 1 所示是某一电器的铭牌 从铭牌上的信息可推断该铭牌对应的电器可能是 图 1 解析 根据铭牌读出用电器的额定功率为 24 w 选项中电饭煲 电熨斗 电热水壶都是大 功率用电器 只有电风扇的功率较小 故 a 正确 答案 a 3 如图 2 所示 一幢居民楼里住着生活水平各不相同的 24 户居民 所以整幢居民楼里有各 种不同的电器 例如电炉 电视机 微波炉 电脑等 停电时 用欧姆表测得a b间电阻 为r 供电后 各家电器同时使用 测得a b间电压为u 进线电流为i 则计算该幢居 民楼用电的总功率可以用的公式是 图 2 a p i2r b p u2 r c p iu d p i2r u2 r 解析 家用电器中有纯电阻也有非纯电阻 故总电功率只能用p ui来计算 选项 c 正确 12 答案 c 4 下列关于电阻率的叙述 正确的是 a 电阻率与导体的长度和横截面积有关 b 电阻率表征了材料的导电能力的强弱 由导体的材料决定 且与温度有关 c 电阻率大的导体 电阻一定大 d 有些合金的电阻率几乎不受温度变化的影响 可以用来制成电阻温度计 解析 电阻率表征了材料的导电能力的强弱 电阻率的大小与材料 温度有关 与横截面 积 长度无关 选项 a 错误 b 正确 根据电阻定律r 知 电阻率大的导体 电阻不 l s 一定大 还与横截面积和长度有关 选项 c 错误 有些合金的电阻率几乎不受温度变化的 影响 温度变化时电阻几乎不变 无法显示其温度 不能用来制成电阻温度计 选项 d 错 误 答案 b 5 一个阻值为r的电阻两端加上电压u后 通过电阻横截面的电荷量q随时间变化的图象 如图 3 所示 此图象的斜率可表示为 图 3 a u b r c d 1 r u r 解析 根据电流的定义式i 可知q t图象的斜率代表的就是电流 根据欧姆定律可 q t 知 i 故 d 正确 u r 答案 d 6 2015 10 浙江选考 如图 4 所示是我国某 10 兆瓦 1 兆瓦 106w 光伏发电站 投入使用 后每年可减少排放近万吨二氧化碳 已知该地区每年能正常发电的时间约为 1 200 h 则 该电站年发电量约为 图 4 a 1 2 106 kw h b 1 2 107 kw h 13 c 1 2 109 kw h d 1 2 1010 kw h 解析 根据w pt可知 w 10 106 10 3 1 200 kw h 1 2 107 kw h 选项 b 正确 a c d 错误 答案 b 7 额定电压 额定功率均相同的电吹风机 电热水壶和日光灯 各自在额定电压下正常工 作了相同的时间 比较它们产生的热量 下列说法正确的是 a 电吹风机最多 b 电热水壶最多 c 日光灯最多 d 一样多 解析 电吹风机 电热水壶和日光灯额定电压 额定功率相同 相同时间内消耗的电能相 等 而电吹风机消耗的电能大部分转化为机械能 日光灯消耗的电能大部分转化为光能 电热水壶消耗的电能全部转化为内能 所以电热水壶产生的热量最多 选项 b 正确 答案 b 8 锂电池因能量密度高 绿色环保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 5 所示 充电器电源的输出电压为u 输出电流为i 手机电池 的内阻为r 下列说法正确的是 图 5 a 电能转化为化学能的功率为ui b 充电器输出的电功率为ui i2r c 电池产生的热功率为i2r d 充电器的充电效率为 100 ir u 解析 充电器将电能转化为锂电池的化学能和内能 即uit e化 i2rt 充电器输出的电 功率为ui 电池产生的热功率为i2r 据此可知 电能转化为化学能的功率为ui i2r 充 电器的充电效率为 100 所以选项 c 正确 a b d 错误 u ir u 答案 c 9 如图 6 所示 将左边的铜导线和右边的铝导线连接起来 已知截面积s铝 2s铜 在铜 导线上取一截面a 在铝导线上取一截面b 若在 1 s 内垂直地通过它们的电子数相等 那 么 通过这两截面的电流的大小关系是 14 图 6 a ia ib b ia 2ib c ib 2ia d 不能确定 解析 这个题目中有很多干扰项 例如两个截面的面积不相等 导线的组成材料不同等等 但关键是通过两截面的电子数在单位时间内相等 根据i 可知电流相等 q t 答案 a b 组 能力提升 10 多选 2018 浙江台州高三期末 某个屋顶太阳能发电系统的发电功率为 3 kw 平均 每天能正常工作 4 小时 则 a 该发电系统一年能为用户提供的电能约为 12 kw h b 该发电系统一年能为用户提供的电能约为 4 380 kw h c 有 300 万户家庭装上该系统 则年发电量约为 1 3 1010 kw h d 某一火电站的功率为 3 0 105 kw 该火电站年供电量与 10 万个该系统的年供电最相当 解析 该发电系统一年能为用户提供的电能约为w pt 3 4 365 kwh 4 380 kw h 故 a 错误 b 正确 有 300 万户家庭装上该系统 则年发电量约为 w总 nw 3 106 4 380 kw h 1 314 1010kw h 故 c 正确 某一火电站的功率为 3 0 105 kw 1 年供电量 为 w pt 3 0 105 365 24 kw h 2 628 109 kw h 10 万个该系统的年供电量为 w p t 3 0 4 10 104 365 kw h 4 38 108 kw h 故 d 错误 答案 bc 11 如图 7 所示 电阻r和电动机 m 串联接到电路中 已知电阻r跟电动机 m 线圈的电阻相 等 开关闭合后 电动机正常工作 设电阻r和电动机两端的电压分别为u1和u2 经过时 间t 电流通过电阻r做功为w1 产生的热量为q1 电流通过电动机 m 做功为w2 产生的 热量为q2 则有 图 7 a u1 u2 q1 q2 b w1 w2 q1 q2 c w1 w2 q1 q2 d u1 u2 q1 q2 解析 电阻r和电动机 m 串联 流过两用电器的