（北京专用）高考物理一轮复习 第十章 恒定电流 第1讲 电流 电阻 电功及电功率课件

1、第1讲电流电阻电功及电功率知识梳理知识梳理一、电流一、电流1.电流电流(1)定义:电荷的定向移动定向移动形成电流。(2)方向:规定正电荷正电荷定向移动的方向为电流的方向。(3)三个公式a.定义式:I=;b.决定式:I=;qtURc.微观式:I=nqSv。2.欧姆定律欧姆定律(1)内容:导体中的电流I跟导体两端的电压U成正比正比,跟导体的电阻R成反比反比。(2)公式:I=。(3)适用条件:适用于金属金属和电解液导电,适用于纯电阻电路。UR1.电阻电阻(1)R=。(2)物理意义:导体的电阻反映了导体对电流阻碍作用导体对电流阻碍作用的大小,R越大,阻碍作用越大越大。UI二、电阻二、电阻2.电阻定律电

2、阻定律(1)内容:同种材料的导体,其电阻与它的长度长度成正比,与它的横截面积横截面积成反比;导体的电阻还与构成它的材料有关。(2)公式:R=。lS3.电阻率电阻率(1)计算式:=R。(2)物理意义:反映导体的导电性能导电性能,是导体材料本身的属性。(3)电阻率与温度的关系金属:电阻率随温度升高而增大;半导体:通常电阻率随温度升高而减小减小。Sl1.电功电功(1)定义:电流所做的功叫电功。电流做功,实质上是导体中的恒定电场对自由电荷的静电力静电力在做功。(2)公式:W=qU=IUt。(3)电流做功是电能电能转化成其他形式能的过程。三、电功和电功率三、电功和电功率2.电功率电功率(1)定义:单位时

3、间内电流所做的功。表示电流做功的快慢快慢。(2)公式:P=IU。Wt3.焦耳定律焦耳定律(1)电热:电流流过一段导体时产生的热量热量。(2)计算式:Q=I2Rt。4.热功率热功率(1)定义:单位时间内的发热量。(2)表达式:P=I2R。Qt1.一个阻值为R的电阻两端加上电压U后,通过电阻横截面的电荷量q随时间变化的图像如图所示,此图像的斜率可表示为()A.UB.RC.D.URIR答案答案C在q-t图像中图线的斜率是k=I,即表示电流,由欧姆定律知I=,则C正确。qtURC2.有、两根不同材料的电阻丝,长度之比为l1 l2=1 5,横截面积之比为S1 S2=2 3,电阻之比为R1 R2=2 5,

4、外加电压之比为U1 U2=12,则它们的电阻率之比为()A.2 3B.4 3C.3 4D.8 3答案答案B设两根电阻丝电阻率分别为1、2,由电阻定律R=,故=,所以=,B正确。lSRSl12111222SRlSRl43B3.关于电功W和电热Q的说法正确的是()A.在任何电路中都有W=UIt、Q=I2Rt,且W=QB.在任何电路中都有W=UIt、Q=I2Rt,但W不一定等于QC.W=UIt、Q=I2Rt均只有在纯电阻电路中才成立D.W=UIt在任何电路中都成立,Q=I2Rt只在纯电阻电路中成立答案答案BW=UIt、Q=I2Rt适用于一切电路,但在纯电阻电路中W=Q,在非纯电阻电路中WQ,B对,A

5、、C、D错。B4.横截面积为S的导线中,通有大小为I的电流。已知导线单位体积中有n个自由电子,每个自由电子的电荷量是e,自由电子定向移动的速率是v,则在时间t内通过导线截面的电子数是()A.nSvtB.nvtC.ItD.I tSeA答案答案A根据电流的定义式可知,在t内通过导线截面的电荷量q=It。所以在这段时间内通过的自由电子数为N=。由于自由电子定向移动的速率是v,因此在时间t内,位于以截面S为底,长为l=vt的这段导线内的自由电子都能通过截面。这段导线的体积V=Sl=Svt,所以t内通过截面S的自由电子数N=nV=nSvt。qeI te深化拓展深化拓展考点一考点一电流的微观解释电流的微观

6、解释 考点二考点二对电阻、电阻定律的理解和应用对电阻、电阻定律的理解和应用考点三考点三欧姆定律和伏安特性曲线欧姆定律和伏安特性曲线考点四考点四电功、电功率、电热与热功率电功、电功率、电热与热功率深化拓展深化拓展考点一电流的微观解释考点一电流的微观解释一、电流的微观解释一、电流的微观解释1.建立微观模型:如图所示,粗细均匀的一段导体长为l,横截面积为S,导体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,当导体两端加上一定的电压时,导体中的自由电荷沿导体定向移动的速率为v。2.在时间t内导体中长度l=vt内的自由电荷全部通过了截面D。3.这些电荷的总电荷量为Q=nvtSq。4.电流的表达式

7、:I=nqSv。5.结论:从微观上看,电流由导体中自由电荷的密度、电荷定向移动的速率、导体的横截面积和自由电荷带电量共同决定。Qt二、与电流有关的三种速率的比较二、与电流有关的三种速率的比较电荷定向移动速率电流的传导速率电荷无规则热运动速率概念自由电荷沿某一方向运动的速率电场的传播速率自由电荷做无规则运动的速率速率大小金属导体中约为10-5m/s等于光速3108m/s约为105m/s1-1(多选)一根粗细均匀的金属导线,两端加上恒定电压U时,通过金属导线的电流为I,金属导线中自由电子定向移动的平均速率为v,若将金属导线均匀拉长,使其长度变为原来的2倍,仍给它两端加上恒定电压U,则此时()A.通

8、过金属导线的电流为B.通过金属导线的电流为C.自由电子定向移动的平均速率为D.自由电子定向移动的平均速率为2I4I2v4vBC答案答案BC金属导线均匀拉长,使其长度变为原来的2倍,横截面积变为原来的,电阻变为原来的4倍,两端加上恒定电压U,通过金属导线的电流为,A错误,B正确。根据I=neSv可知自由电子定向移动的平均速率为,C正确、D错误。124I2v1-22014北京理综,24(2)若导线MN的质量m=8.0g、长度L=0.10m,感应电流I=1.0A,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)。阿伏加德罗常数N

9、A6.01023mol-1元电荷e1.610-19C导线MN的摩尔质量6.010-2kg/mol答案答案7.810-6m/s解析解析导线MN中含有的原子数为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=7.810-6m/s。mNSLInSeILNeAILmN e考点二对电阻、电阻定律的理解和应用考点二对电阻、电阻定律的理解和应用1.电阻与电阻率的区别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。(

10、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。2.两个公式的对比两个公式的对比公式R=R=适用条件(1)金属、电解液(2)纯电阻电路导电材料字母含义U:导体两端的电压I:通过导体的电流:材料的电阻率l:沿电流方向导体的长度S:垂直电流方向导体的横截面积公式含义反映了R的大小,不能说RU、RR的决定式,R由、l、S共同决定UIlSUI1I2-1把两根同种材料做成的电阻丝,分别接在两个电路中,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()A.=1B.=C.=D.=2UU甲乙UU甲乙22UU甲

11、乙2UU甲乙答案答案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。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如图甲所示为一测量电解液电阻率的玻璃容器,P、Q为电极,设a=1m,b=0.2m,c=0.1m,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=10V时,求电解液的电阻率是多少?答案答案40m解析解析由题图乙可求得U=10V时电解液的电阻为R=2000由题图甲可知电解液长为:l=a=1m横截面积为:S=bc=0.02m2结合电阻定

12、律R=得=m=40m。UI3105 10lSRSl2000 0.021考点三欧姆定律和伏安特性曲线考点三欧姆定律和伏安特性曲线1.欧姆定律欧姆定律(1)公式I=,是电流的决定式,I正比于电压,反比于电阻。(2)公式中的I、U和R三个量必须对应同一段电路或同一段导体。(3)适用范围:适用于金属、电解液等组成的纯电阻电路。对于气体导电、含有电动机和电解槽等非纯电阻的电路不适用。UR2.对伏安特性曲线的理解对伏安特性曲线的理解(如图所示如图所示)(1)图线a、e、d、f表示线性元件,b、c表示非线性元件。(2)在图甲中,图线a、e的斜率表示电阻的大小,斜率越大,电阻越大,RaRe。在图乙中,图线d、

13、f的斜率表示电阻倒数的大小,斜率越大,电阻越小,RdQ2C.Q1Q2D.无法确定答案答案C由I-U图线的斜率表示电阻的倒数可知R1R2,串联电路中电流处处相等,再结合焦耳定律Q=I2Rt可知Q1Q电功率与热功率P电=UI,P热=I2R=,P电=P热P电=UI,P热=I2R,P电P热2UR2UR4.电功和电热的处理方法电功和电热的处理方法无论在纯电阻电路还是在非纯电阻电路中,发热功率都是I2R。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。4-1一个直流电动机,线圈电阻是0.5,当它两端所加电压为6V时,通过电动机的

14、电流是2A。由此可知()A.电动机消耗的电功率为10WB.电动机发热的功率为10WC.电动机输出的机械功率为10WD.电动机的工作效率为20%C答案答案C电动机是非纯电阻器件,P总=P机+P热,电动机消耗的电功率P总=UI=12W,A错误。发热功率P热=I2R=2W,B错误。输出的机械功率P出=P总-P热=10W,C正确。电动机的工作效率=100%=83%,D错误。PP出总4-2如图所示,是一提升重物用的直流电动机工作时的电路图。电动机内电阻r=0.8,电路中另一电阻R=10,直流电压U=160V,电压表示数UV=110V。试求:(1)通过电动机的电流;(2)输入电动机的电功率;(3)若电动机以v=1m/s匀速竖直向上提升重物,求该重物的质量。(g取1