高二 第六讲欧姆定律 电功与电热(精英班 教师版)

1、 望子成龙 高二物理秋季班 教为不教 学为自学第六讲 欧姆定律电功与电热（精英班 教师版）自主·夯实基础自主预习轻松过关名师点金本讲的重点是欧姆定律,串、并联电路的电流、电压、功率的分配关系，难点为纯电阻电路与非纯电阻电路中电功的区别.要求同学们能通过联系实际的问题加深对它们的理解和应用.知识梳理一、部分电路的欧姆定律1电流（1）电流的形成：电荷的定向移动形成电流.传播速度为光速，即c=3×108 m/s.（2）电流的形成条件：要有能自由移动的电荷；导体两端有电压.要注意作为物理量的电流是标量，无方向性.2电阻、电阻定律、电阻率（1）电阻：纯电阻导体两端的电压与通过它的电流

2、的比值，即R=，表示超导体内部对定向移动电荷的碰撞阻碍，即能产生热效应的那部分阻碍.单位是欧姆，符号：1 =1 .（2）电阻定律：在温度不变的情况下，导体的电阻跟跟它的长度成正比，跟它的横截面积成反比.其表达式（电阻的决定式）为：.（3）电阻率电阻率是导体材料的特征参量，与电压、电流无关，与物体的长度L、横截面积S无关，由物体的材料决定，且与温度有关.电阻率与温度的关系：有些材料（大部分金属）的电阻率随温度的升高而增大；有些材料（如半导体）的电阻率随温度的升高而减小；也有些材料（如锰铜、康铜）的电阻率几乎不受温度的影响；当温度降到绝对零度附近时，某些材料的电阻率突然减小到零，这种现象叫超导现象

3、，处于这种状态的导体叫做超导体.3欧姆定律（1）内容：导体中的电流跟它两端的电压成正比，跟它的电阻成反比（2）公式：（3）适用范围：适用于纯电阻元件或纯电阻电路，非纯电阻电路不适用（如含电动机、电解槽、空气导电的电路）（4）导体的伏安特性曲线：以电流为纵轴、电压为横轴画出的导体中的电流随电压的变化曲线称为导体的伏安特性曲线若为直线，则称该元件为线性元件，如图48-1甲所示，其斜率；若为曲线则称为非线性元件（如压敏电阻、半导体、气态导电等），如图48-1乙所示（5）电流：通过导体横截面的电荷量q与通过这些电荷量所用时间t的比值叫做电流它描述电流的强弱电流的定义式为：其他表达式：在金属导线中有I=

4、neSv，其中n为单位体积内自由电子的数目，S为导体的横截面积，v为自由电子定向移动的速率（约为10-5 m/s）；圆周运动的电荷形成的环形电流I=电流的方向：物理学中规定正电荷的定向移动方向为电流的方向，与负电荷定向移动的方向相反在外电路中电流由高电势端流向低电势端，在电源内部由电源的负极流向正极要注意作为物理量的电流是标量，无方向性图48-1注意：要把非线性元件的伏安特性曲线与灯泡中灯丝的伏安特性曲线区别开来前者是电流与电压不成正比或者说电阻随电压而变化；但后者的电阻并不是随电压而变化，而是随温度而变化的即同样的灯丝若保持其温度恒定，则其I-U图象为直线，灯丝是线性元件二、电功和电功率1电

5、功（1）实质：电流做功实际上是电场力对电荷做功，也就是电荷的电势能转化为其他形式能的过程 W=q U=UI t，适用于任何电路（2）公式 ，只适用于纯电阻电路 2电功率（1）定义：单位时间内电流所做的功叫电功率 ，适用于任何电路 （2）公式 ，只适用于纯电阻电路3焦耳定律：电流通过电阻时产生的热量与电流的平方成正比，与电阻的大小成正比，与通电时间成正比，即Q=I2Rt4热功率：单位时间内发热的功率称为热功率，即P热=I2R5电功与电热的关系：电功是用电器消耗的电能，电热是用电器产生的热量在纯电阻电路中有：W=UIt=Q=I2Rt= t；在非纯电阻电路中有：W=UItQ=I2Rt（因为UIR）

6、6额定功率与实际功率用电器正常工作时所加的电压叫做额定电压在额定电压下所消耗的功率叫额定功率，即P额=I额U额 实际功率是指用电器在实际电压下所消耗的功率，即P实=I实U实如果实际功率大于额定功率，用电器可能会被烧毁三、电阻的连接1电阻的串联电流：I=I1=I2=In电压：U=U1+U2+Un电阻：R=R1+R2+Rn电压分配： 功率分配： 2电阻的并联电流：I=I1+I2+In电压：U=U1=U2=Un电阻： 电流分配： 功率分配： 3关于电阻网络总电阻的两个推论 （1）对于如图48-2所示的电路：滑片由ab 滑动的过程中，RAB由0 0，当滑片滑至ab的中点时，有： 图48-2（2）纯电阻

7、组成的网络中，在其他电阻不变的情况下，任一电阻变大都会引起总电阻变大，反之则变小基础自测1(河南省桐柏实验高中2010届期末) 在图48-3所示的4个图象中，最能正确地表示家庭常用的白炽电灯在不同电压下消耗的电功率P与电压平方U2之间的函数关系的是（ ）图48-3【解析】依据，图线中的斜率表示 ，由白炽灯的伏安曲线，可以得到选项C正确【答案】C 2（重庆南开中学2010届高三月考）两只灯泡L1、L2分别标有“110 V60 W”和“110 V100 W”字样，另外有一只滑动变阻器R，将它们连接后接入220 V的电路中，要求两灯泡都正常发光，并使整个电路消耗的总功率最小，应使用图48-4电路中的

8、（）图48-【解析】只有B、D两图中的两灯泡都能正常发光，电路特点是左右两部分的电流、电压都相同，因此消耗的电功率一定相等可以直接看出：B图总功率为200 W，D图总功率为320 W，所以选 B也可以看总电路，路端电压都是220 V，B图总电流是L2的额定电流，而D图总电流是L1、L2的额定电流之和，因此选B【答案】B3如图48-5所示，R1=10 ，R2=R3=20 ，下列关于R1、R2、R3消耗的电功率P1、P2、P3以及R1、R2两端的电压U1、U2的关系中，正确的是（）AU1= U2，P1= P2= P3BU1U2，P1P2P3=122图48-5CU1= U2，P1P2P3=211DU

9、1U2，P1P2= P3 创新·方法探究提炼方法展示技巧题型方法一、电阻定律的应用例1有两根完全相同的金属裸导线A和B，如果把导线A均匀拉长到原来的2倍，其电阻为RA，导线B对折后绞合起来，其电阻为RB，然后分别加上相同的电压求：（1）它们的电阻之比（2）相同时间内通过导线横截面的电荷量之比【解析】（1）某导体的形状改变后，由于质量不变，则总当长度l和面积S变化时，应用V= Sl来确定S、l在形变前后的关系，分别用电阻定律即可求出l、S变化前后的电阻关系故qAqB=RBRA=116【答案】（1）161（2）116方法概述某一导体的形状改变后，讨论其电阻变化要抓住以下要点：（1）电阻率

10、不变；（2）体积不变，由V=LS可知L与S成反比例变化在、S都确定后，应用电阻定律 求解导电的流体导电时，沿电流方向的液体长等效为L，垂直电流的流体截面积等效为S二、欧姆定律与伏安特性曲线的应用例2“220 V 100 W”的白炽灯泡L1和“220 V 60 W”的白炽灯泡L2的伏安特性曲线分别如图48-6中的曲线A、B所示（1）若将两灯泡并联接在110 V的电源上，则两灯泡实际消耗的电功率分别为：PL1=_W，PL2=_W图48-6（2）若将两灯泡串联接在220 V的电源上，则两灯泡实际消耗的电功率分别为：PL1=_W，PL2=_W【解析】（1）图象中U=110 V直线与A、B两特性曲线分别

11、交于（110 V，0.35 A）和（110 V，0.21 A）两点这两点的坐标分别为两灯泡的工作电压与工作电流故PL1=110×0.35 W=38.5 WPL2=110×0.21 W=23.1 W（2）找一与U轴平行的直线，使这一直线与两特征曲线的两交点的横坐标之和为220 V，可得：这两交点分别为（62 V，0.25 A）、（158 V，0.25 A）故PL1=62×0.25 W=15.5 W PL2=158×0.25 W=39.5 W【答案】（1）38.523.1（2）15.539.5【点评】对于伏安特性曲线为曲线的电阻，要根据欧姆定律或串、并联电路

12、的特点确定它们的工作特点，再计算电功率方法概述图48-7对于电阻恒定不变的导体，它的伏安特性曲线是直线，如图48-7中a、b两直线所示直线的斜率等于电阻的倒数，斜率大的电阻小电阻因外界条件的变化而变化的导体，其伏安特性曲线是曲线，如图中曲线c所示随着电压的增大，曲线c的斜率逐渐增大，由 知导体c的电阻变小三、电功和电热关系的简单应用例3在研究微型电动机的性能时，应用如图48-8所示的实验电路当调节滑动变阻器R并控制电动机使之停止转动时，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

13、转时的输出功率为（）A32 WB44 WC47 W图48-8D48 W 【解析】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，所以由题中两表的示数，可以计算出电动机的内阻 ，代入数据得：r=4 重新调节R并使电动机恢复正常运转，根据题中两表的示数，计算出电动机的输出功率P出=UI-I2r，代入数据得：P出=32 W，故选项A正确【答案】A【点评】电动机是非纯电阻用电器，但当电动机不转动时，没有把电能转化为机械能，此时可作为纯电阻处理方法概述1如果电流通过某个电路时，它所消耗的电能全部转化为内能，如电炉、电烙铁、白炽灯等，这种电路叫做纯电阻电路在纯电阻电路中，电能全部转化为内能，电功和

14、电热相等，电功率和热功率相等，即：，UIR2若电路中导体对电流的阻碍不只是电阻，还有其他阻碍，如感应电动势、电容（电动机、电解槽等），则非纯电阻电路在这类电路中有：W=Q+E其它，U IR3关于电动机电功率P电=UI热功率P热=I2R（R为绕线电阻）机械功率P机=UI-I2R（若电压一定，则 时机械功率有最大值）高考排雷例（2007年海南物理卷）一白炽灯泡的额定电压与额定功率分别为36 V与36 W若把此灯泡接到输出电压恒为18 V的电源两端，则灯泡消耗的电功率（）A等于36 WB小于36 W，大于9 WC等于9 W D小于9 W【错解】白炽灯正常工作时的电阻当接到U=18 V的电源两端时，灯

15、泡消耗的电功率为：，故选项C正确【剖析】电阻率是与温度有关的量，随着温度的变化，金属导体的电阻率随温度的升高而增大，非金属材料的电阻率一般随温度的升高而减小【正解】由于灯丝的电阻随温度的升高而增大，所以接到18 V 电源的两端时，白炽灯的电阻R36 ，则灯泡消耗的电功率【答案】B体验成功1（2009年天津理综卷）为探究小灯泡L的伏安特性曲线，连好如图48-9甲所示的电路后闭合开关，通过移动滑动变阻器的滑片，使小灯泡中的电流由零开始逐渐增大，直到小灯泡正常发光，由电流表和电压表得到的多组读数描绘出的U-I图象应是图48-9乙中的（） 图48-9乙图48-9甲【解析】灯丝电阻随电压的增大而增大，在

16、图象上某点到原点连线的斜率应越来越大C正确【答案】C2（2009年北师大附中周测）在显象管的电子枪中，从炽热的金属丝不断放出的电子进入电压为U的加速电场，设其初速度为零，经加速后形成横截面积为S、电流为I的电子束已知电子的电荷量为e，质量为m，则在刚射出加速电场时，一小段长为l的电子束内的电子个数是（）A B C D【解析】电子在加速电场中加速时有：；出加速电场后，形成的电流I=nevS，一小段长为l的电子束内的电子个数N=nSl联立解得【答案】B3（2009年重庆八中模拟）如图48-10所示，两个截面不同、长度相等的均匀铜棒串接在电路中，两端的电压为U，则（）A通过两棒的电流不相等图48-1

17、0B两棒的自由电子定向移动的平均速率不同C两棒内的电场强度不同，细棒内场强E1大于粗棒内场强E2D细棒的电压U1大于粗棒的电压U2【解析】由R= 可知，R1R2又由串联电路的特点知：I1=I2=I故U1=IR1U2=IR2可知选项A错误，C、D正确又因为铜棒内的电流是自由电子定向移动形成的，即I=neSv，由S1S2可解得v1v2，选项B正确【答案】BCD4（2009年湖北黄石二中月考）在神经系统中，神经纤维分为有髓鞘和无髓鞘两大类现代生物学认为，髓鞘是由多层类脂物质髓质累积而成的，具有很大的电阻，经实验测得髓质的电阻率=8×106 ·m某生物体中某段髓质神经纤维可看做高2

18、0 cm、半径为4 cm的圆柱体，当在其两端加上电压U=100 V时，该神经发生反应，则引起神经纤维产生感觉的最小电流为（）A0.31 AB0.62 AC0.15 AD0.43 A【解析】根据电阻定律，可得神经纤维的电阻为：=8×106× =3.18×108 根据部分电路的欧姆定律可知：=0.31×10-6 A=0.31 A【答案】A5.（2009年襄樊四中月考）一个电解槽的额定电压为U，电流为I，两极间电解液的电阻为R.当它正常工作时，下列说法正确的是（）A电解槽的电功率为B电解槽的热功率为I2RC电解槽的输出功率为UI- I2RD电解槽的热功率为【解析】电解槽的功率指的是这一装置消耗电能的总功率P=UI电解槽的热功率由焦耳定律有：P热=I2R电解槽的输出功率指的是这一装置把电能转化为化学能的功率（电解出单质），故P输=UI-I2R.【答案】BC6.（2009年全国理综卷）材料的电阻率随温度变化的规律为，其中称为电阻温度系数，0是材料在t=0时的电阻率.在一定的温度范围内是与温度无