高考物理一轮复习 第八章 恒定电流 第1讲 电流 电阻 电功 电功率

1、课标版 物理,第1讲电流电阻电功电功率,一、电流 1.定义:电荷的 形成电流。 2.公式:I=。 3.方向:规定和正电荷定向移动的方向相同,和负电荷定向移动的方向相反。 4.形成电流的条件:导体两端存在 。 注意I=中q是指时间t内通过导体某一横截面而不是单位横截面的电 荷量。在电解液导电和气体导电中q应为通过该截面的正、负电荷量的绝对值之和,定向移动,电压,自测1如图所示,一根横截面积为S的均匀长直橡胶棒上均匀带有负电荷,每米电荷量为q,当此棒沿轴线方向做速度为v的匀速直线运动时,由于棒运动而形成的等效电流大小为() A.vqB.C.qvSD. 答案A在运动方向上假设有一截面,则在t时间内通

2、过截面的电荷量 为Q=vtq,等效电流I=vq,故A正确,二、电阻 1.定义:导体两端的电压与通过导体中的电流的比值。 2.定义式:R=。 3.单位:欧姆,简称欧,国际符号 。 4.物理意义:导体的电阻反映了 的大小,R越大,阻碍作用越强,导体对电流阻碍作用,自测2(辨析题) (1)导体的电阻与导体两端的电压成正比,与通过导体的电流成反比。 () (2)导体的电阻与导体的体积有关,体积越大,电阻越大。() (3)电动机正常工作时,其内阻的大小为r=。() 答案(1)(2)(3,三、电阻定律 1.内容:同种材料的导体,其电阻R与它的长度l成正比,与它的横截面积S成反比;导体电阻还与构成它的材料有

3、关。 2.电阻率 (1)计算公式:=,与导体的长度l、横截面积S无关,是导体材料本身的电 学性质,与导体的材料有关,往往还随温度的变化而变化。 (2)物理意义:反映材料导电性能好坏的物理量,在数值上等于用这种材料制成的1 m长,横截面积为1 m2的导线的电阻值。 (3)与温度的关系 a.随温度的升高而增大,如 材料。 b.随温度的升高而减小,如 材料,金属,半导体,c.几乎不受温度的影响,如锰铜合金、镍铜合金。 自测3(辨析题) (1)由=知,导体的电阻率与导体的电阻和横截面积的乘积RS成正比,与 导体的长度成反比。() (2)电阻率是由导体材料本身决定的。() 答案(1)(2,四、电功、电功

4、率、焦耳定律 1.电功 (1)实质:电流做功的实质是 对自由电荷做功,电势能转化为其他形式的能的过程。 (2)公式:W=qU= ,这是计算电功普遍适用的公式。 2.电功率 (1)定义:单位时间内电流做的功叫电功率。 (2)公式:P= ,这是计算电功率普遍适用的公式。 3.焦耳定律 (1)内容:电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比,跟导体的电阻及通电时间成正比,电场力,UIt,UI,2)Q= ,这是计算电热普遍适用的公式。 4.热功率 (1)定义:单位时间内的发热量。 (2)表达式:P= ,这是计算热功率普遍适用的公式。 自测4在研究微型电动机的性能时,应用如图所示的实验电路。当调节滑动变

5、阻器R并控制电动机停止转动时,电流表和电压表的示数分别为0.50 A和2.0 V。重新调节R并使电动机恢复正常运转,此时电流表和电压表的示数分别为2.0 A和24.0 V。则这台电动机正常运转时的输出功率为(,I2Rt,I2R,A.32 WB.44 WC.47 WD.48 W 答案A分析题意得,当电动机停止转动时,电动机相当于一个纯电阻, 所以由题中两表的读数,可以计算出电动机的内阻为r= =4 。 重新调节R并使电动机恢复正常运转,根据题中两表的读数,计算出电动机的输出功率为P=U2I2-r=24.02.0 W-2.024 W=32 W,所以B、C、D三个,选项错,正确选项应该为A,考点一电

6、流的微观本质 如图所示,AD表示粗细均匀的一段导体,长为l,两端加一定的电压,导体中的自由电荷沿导体定向移动的速率为v,设导体的横截面积为S,导体每单位体积内的自由电荷数为n,每个自由电荷的电荷量为q,AD导体中自由电荷总数N=nlS,总电荷量Q=Nq=nqlS,所用时间t=,所以导体AD中的电流 I=nqSv,典例12014北京理综,24(2)若导线MN的质量m=8.0 g、长度L=0.10 m,感应电流I=1.0 A,假设一个原子贡献1个自由电子,计算导线MN中电子沿导线长度方向定向移动的平均速率ve(下表中列出一些你可能会用到的数据,答案7.810-6 m/s 解析导线MN中含有的原子数

7、为N=NA 因为一个金属原子贡献一个电子,所以导线MN中的自由电子数也是N。 导线MN单位体积内的自由电子数n= 其中,S为导线MN的横截面积。 因为电流I=nveSe 所以ve= 解得ve=7.810-6 m/s,1-1(2015安徽理综,17,6分)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() A.B.C.nevD. 答案C金属棒的电阻R=,自由电子定向移动形成的电流I=neSv,金,属棒两端电压U=IR,故金属棒内的电场强度

8、E=nev,选项C正 确,考点二对电阻、电阻率的理解和应用 1.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。电阻率是反映制作导体的材料导电性能好坏的物理量。 (2)导体电阻阻值与电阻率无直接关系,即电阻大,电阻率不一定大;电阻率小,电阻不一定小。 2.两个公式的对比,典例2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)

9、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,求该圆柱体的底面半径和高。 答案(1)8106 m(2)4 cm2 cm,解析(1)由电阻定律:R= 得=8106 m。 (2)由R=,圆柱体体积公式V=r2h及电阻定律R=得 = 代入数据解得h=0.02 m=2 cm 将h值代入V=r2h得r=0.04 m=4 cm,A.=1B.=C.=D.=2 答案C根据电阻定律有:R甲=,R乙=,又知P甲=,P乙=,若使P 甲=P乙,即=,则=2,得=,所以选项C是正确的,2-1把两根同种材料做成的电阻丝,分别接在两个电路中

10、,甲电阻丝长为l,直径为d,乙电阻丝长为2l,直径为2d,要使两电阻丝消耗的功率相等,加在两电阻丝上的电压应满足(,考点三对欧姆定律及伏安特性曲线的理解和应用 1.I=与R=的区别 (1)I=表示通过导体的电流I与电压U成正比,与电阻R成反比,2)R=表明了一种测量电阻的方法,不能错误地认为“电阻跟电压成正 比,跟电流成反比”。 2.对伏安特性曲线的理解 (1)图甲中的图线a、b表示线性元件,图乙中的图线c、d表示非线性元件。 (2)图线的斜率表示电阻的倒数,斜率越大,电阻越小,故RaRb(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,4)伏

11、安特性曲线上每一点的电压坐标与电流坐标的比值对应这一状态下的电阻,典例3某种金属导体的I-U图像如图所示,图像上A点和原点的连线与横轴成角,A点的切线与横轴成角,关于该导体的叙述下列说法中正确的是() A.导体的电功率随电压U的增大而增大 B.导体的电功率与电压U的平方成正比 C.在A点,导体的电阻为,D.在A点,导体的电阻为 答案A由图像知,U增大,电流I也增大,则电功率增大,故选项A正确;由 欧姆定律知,导体的电阻R=,结合题图可知,随U增大,I增大得越来越快,故 导体的电阻R随U的增大而减小,则由P= 得导体的电功率与电压U的平 方不成正比,故选项B错误;在物理图像上,图线的倾角决定于标

12、度的选取,不能用倾角的正切求斜率,所以C、D选项都不正确,3-1(2016湖北七市联考)某一导体的伏安特性曲线如图AB段(曲线)所示,关于导体的电阻,以下说法正确的是() A.B点的电阻为12 B.B点的电阻为40 C.导体的电阻因温度的影响改变了1 D.导体的电阻因温度的影响改变了9 答案BA点电阻RA= =30 ,B点电阻RB= =40 ,故 A错误、B正确。R=RB-RA=10 ,故C、D错误,考点四电功与电热的计算 1.W=IUt普遍适用于计算任何一段电路上的电功。P=IU普遍适用于计算任何一段电路上消耗的电功率。 2.Q=I2Rt只用于计算电热。 3.对纯电阻电路来说,由于电能全部转

13、化为内能,所以有关电功、电功率的所有公式和形式都适用,即W=IUt=I2Rt=t,P=IU=I2R=。 4.在非纯电阻电路中,总电能中的一部分转化为内能,另一部分转化为其他形式的能,即:W总=UIt=E其他+Q,电热仍用Q=I2Rt计算。这时,W总=IUtQ=I2Rt,同理P总P热,典例4一个直流电动机,线圈电阻是0.5 ,当它两端所加电压为6 V时,通过电动机的电流是2 A。由此可知() A.电动机消耗的电功率为10 W B.电动机发热的功率为10 W C.电动机输出的机械功率为10 W D.电动机的工作效率为20,答案C电动机是非纯电阻器件,电动机消耗的电功率P总=UI=12 W,A 错误;发热功率P热=I2R=2 W,B错误;输出功