（江苏专用）2023届高三物理一轮复习必考部分第7章恒定电流第1节电流电阻电功率及焦耳定律教师用书

PAGEPAGE1第1节电流电阻电功率及焦耳定律节次考纲命题规律第1节电流电阻电功率及焦耳定律欧姆定律Ⅱ1.关于电路的规律考查，常在以下方面命题：(1)电路的动态分析(2)非纯电阻电路的分析与计算(3)含容电路的分析及电路故障的判断电阻定律Ⅰ电阻的串联与并联Ⅰ电功率、焦耳定律Ⅰ第2节电路电路的根本规律电流、电源的电动势和内阻Ⅰ欧姆定律、闭合电路欧姆定律Ⅱ实验六决定导体电阻的因素(同时练习使用螺旋测微器)2.实验及相关电路的设计，已成为每年高考必考的题型，命题重点为：(1)根本仪器的使用，实验原理的理解，实验数据的处理等；(2)以根本实验中总结出实验结果，实验设计思想，并将其应用到拓展型、迁移型实验题目的分析中，考查对实验方法的领悟和迁移应用能力、创新能力.实验七描绘小灯泡的伏安特性曲线实验八测量电源的电动势和内阻实验九练习使用多用电表第1节电流电阻电功率及焦耳定律知识点1电流1．定义电荷的定向移动形成电流．2．方向规定为正电荷定向移动的方向．3．三个公式(1)定义式：I＝eq\f(q,t).(2)决定式：I＝eq\f(U,R).(3)微观式：I＝neSv.知识点2电阻和电阻率1．电阻(1)定义式：R＝eq\f(U,I).(2)电阻定律：R＝ρeq\f(L,S).2．电阻率(1)物理意义：反映导体导电性能的物理量，是导体材料本身的属性．(2)电阻率与温度的关系：①金属的电阻率随温度的升高而增大．②半导体的电阻率随温度的升高而减小．③超导体：当温度降低到绝对零度附近时，某些材料的电阻率突然减小为零成为超导体．知识点3局部电路欧姆定律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＝eq\f(U,R).3．适用条件适用于金属导电和电解质溶液导电，适用于纯电阻电路．知识点4电功、电热、电功率1．电功(1)定义：导体中的恒定电场对自由电荷的电场力做的功．(2)公式：W＝qU＝IUt(适用于任何电路)．(3)电流做功的实质：电能转化为其他形式能的过程．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＝eq\f(W,t)＝UI(适用于任何电路)．3．焦耳定律(1)电热：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．(2)计算式：Q＝I2Rt.4．热功率(1)定义：单位时间内的发热量．(2)表达式：P＝eq\f(Q,t)＝I2R.1．正误判断(1)由R＝eq\f(U,I)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．(×)(2)由I＝eq\f(U,R)知，导体中的电流跟导体两端的电压成正比，跟导体的电阻成反比．(√)(3)由ρ＝eq\f(RS,l)知，导体的电阻率与导体的电阻和横截面积的乘积成正比，与导体的长度成反比．(×)(4)公式W＝UIt及Q＝I2Rt适用于任何电路．(√)(5)公式W＝eq\f(U2,R)t＝I2Rt只适用于纯电阻电路．(√)(6)公式P＝UI和P＝eq\f(W,t)适用于任何电路的电功率计算．(√)2．(电流定义的理解及应用)某电解池，如果在1秒钟内共有5.0×1018个二价正离子和1.0×1019个一价负离子通过某横截面，那么通过这个横截面的电流是()A．0A B．0.8AC．1.6A D．3.2A【答案】D3.(电阻定律的理解)一根阻值为R的均匀电阻丝，长为L，横截面积为S，设温度不变，那么在以下情况下其电阻值仍为R的是()【导学号：96622119】A．当L不变，S增大一倍时B．当S不变，L增大一倍时C．L和S都缩小为原来的eq\f(1,2)D．当L和横截面的半径都增大一倍时【答案】C4．(欧姆定律的理解)(多项选择)以下说法正确的选项是()A．R＝eq\f(U,I)是电阻的定义式，提供了一种测定电阻的方法，并不说明电阻与U和I有关B．由R＝eq\f(U,I)知，导体中的电流越大，电阻就越小C．由I＝eq\f(U,R)知，电流跟导体两端电压成正比，跟导体的电阻成反比D．由I＝eq\f(U,R)可知，通过一段定值电阻的电流跟加在它两端的电压成正比【答案】ACD5．(非纯电阻电路电功、电热的计算)一台直流电动机的电阻为R，额定电压为U，额定电流为I，当其正常工作时，下述不正确的选项是()【导学号：96622120】A．电动机所消耗的电功率为UIB．ts内所产生的电热为UItC．ts内所产生的电热为I2RtD．ts内输出的机械能为(U－IR)It【答案】B[核心精讲]公式适用范围字母含义公式含义定义式I＝eq\f(q,t)一切电路q为时间t内通过导体横截面的电荷量eq\f(q,t)反映了I的大小，但不能说I∝q、I∝eq\f(1,t)微观式I＝nqSveq\o(\s\up14(一切),\s\do14(电路))n：导体单位体积内的自由电荷数q：每个自由电荷的电荷量S：导体横截面积v：电荷定向移动的速率从微观上看n、q、S、v决定了I的大小决定式I＝eq\f(U,R)金属、电解液U：导体两端的电压R：导体本身的电阻I由U、R决定，I∝U，I∝eq\f(1,R)[师生共研](2022·安徽高考)如图7­1­1所示，一根长为L、横截面积为S的金属棒，其材料的电阻率为ρ，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，那么金属棒内的电场强度大小为()图7­1­1A.eq\f(mv2,2eL) B.eq\f(mv2Sn,e)C．ρnev D.eq\f(ρev,SL)C由电流定义可知：I＝eq\f(q,t)＝eq\f(nvtSe,t)＝neSv，由欧姆定律可得：U＝IR＝neSv·ρeq\f(L,S)＝ρneLv，又E＝eq\f(U,L)，故E＝ρnev，选项C正确．[题组通关]1．如图7­1­2所示为一磁流体发电机示意图，A、B是平行正对的金属板，等离子体(电离的气体，由自由电子和阳离子构成，整体呈电中性)从左侧进入，在t时间内有n个自由电子落在B板上，那么关于R中的电流大小及方向判断正确的选项是()图7­1­2A．I＝eq\f(ne,t)，从上向下 B．I＝eq\f(2ne,t)，从上向下C．I＝eq\f(ne,t)，从下向上 D．I＝eq\f(2ne,t)，从下向上A由于自由电子落在B板上，那么A板上落上阳离子，因此R中的电流方向为自上而下，电流大小I＝eq\f(q,t)＝eq\f(ne,t).A项正确．2．有一横截面积为S的铜导线，流经其中的电流为I，设每单位体积的导线中有n个自由电子，电子的电荷量为q.此时电子的定向移动速度为v，在Δt时间内，通过导线横截面的自由电子数目可表示为()A．nvS B．nvΔtC.eq\f(IΔt,q) D.eq\f(IΔt,Sq)C根据电流的定义式可知，在Δt内通过导线横截面的电荷量Q＝IΔt，所以在这段时间内通过的自由电子数为N＝eq\f(Q,q)＝eq\f(IΔt,q)，所以C项正确、D项错．由于自由电子定向移动的速度是v，因此在时间Δt内，位于以横截面S、长l＝vΔt的这段导线内的自由电子都能通过横截面(如下图)．这段导线的体积V＝Sl＝SvΔt，所以Δt内通过横截面S的自由电子数为N＝nV＝nSvΔt，选项A、B均错．[核心精讲]1．对电阻率的理解(1)电阻率可以用ρ＝eq\f(RS,L)计算，在数值上等于用某种材料制成的长为1m、横截面积为1m2的导线的电阻值．(2)电阻率与导体材料有关，与导体长度L、横截面积S无关．(3)电阻率与温度有关．例如，金属材料的电阻率随温度的升高而增大．半导体材料的电阻率随温度的升高而减小．有些材料的电阻率几乎不受温度的影响，可制作标准电阻．2．电阻的决定式和定义式的区别公式R＝ρeq\f(L,S)R＝eq\f(U,I)区别电阻的决定式电阻的定义式说明了电阻的决定因素提供了一种测定电阻的方法，并不说明电阻与U和I有关只适用于粗细均匀的金属导体和浓度均匀的电解质溶液适用于任何纯电阻导体[题组通关]3．关于材料的电阻率，以下说法正确的选项是()【导学号：96622121】A．把一根长导线截成等长的三段，那么每段的电阻率都是原来的1/3B．材料的电阻率随温度的升高而增大C．通常情况下纯金属的电阻率较合金的电阻率小D．电阻率是反映材料导电性能好坏的物理量，电阻率越大的导体对电流的阻碍作用越大C材料的电阻率与长度无关，A错误；半导体材料的电阻率随温度升高而减小，B错误；通常情况下纯金属的电阻率较合金的电阻率小，C正确；电阻率大的导体，电阻不一定大，D错误．4．欧姆不仅发现了欧姆定律，还研究了电阻定律．有一个长方体金属电阻，材料分布均匀，边长分别为a、b、c，且a>b>c.电流沿以下方向流过该金属电阻，其中电阻阻值最小的是()A选项A中电阻横截面积最大，长度最小，根据R＝ρeq\f(l,S)可知，其电阻最小．选A.[名师微博]导体形变后电阻的分析方法1．导体的电阻率不变．2．导体的体积不变，由V＝LS可知L与S成反比．3．在ρ、L、S都确定之后，应用电阻定律R＝ρeq\f(L,S)求解．[核心精讲]1．欧姆定律的“二同〞(1)同体性：指I、U、R三个物理量必须对应同一段电路或同一段导体；(2)同时性：指U和I必须是导体上同一时刻的电压和电流．2．伏安特性曲线的意义(1)由于导体的导电性能不同，所以不同的导体有不同的伏安特性曲线．(2)伏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．3．对伏安特性曲线的理解(1)图7­1­3甲中线a、b表示线性元件．图7­1­1乙中线c、d表示非线性元件．(2)I­U图象中图线上某点与O点连线的斜率表示电阻的倒数，斜率越大，电阻越小，故Ra<Rb(如图7­1­3甲所示)．(3)图线c的电阻减小，图线d的电阻增大(如图7­1­3乙所示)．甲乙图7­1­3(4)伏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．如图7­1­3乙所示，R0＝eq\f(U0,I0).[师生共研](多项选择)小灯泡通电后其电流I随所加电压U变化的图线如图7­1­4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，那么以下说法中正确的选项是()图7­1­4A．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＝eq\f(U1,I2)C．对应P点，小灯泡的电阻为R＝eq\f(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ABD在I­U图象中，图线上的点与O点的连线的斜率表示该点所对应的电压电流下电阻的倒数，图象中图线的斜率逐渐减小，电阻逐渐增大，A正确；对应P点，小灯泡的电压为U1，电流为I2，根据欧姆定律可知，小灯泡的电阻应为R＝eq\f(U1,I2)，B正确，C错误；其工作功率为P＝U1I2，即为图中矩形PQOM所围的面积，D正确．[题组通关]5．在如图7­1­5所示的电路中，AB为粗细均匀、长为L的电阻丝，以AB上各点相对点A的电压为纵坐标，各点离点A的距离x为横坐标，那么U随x变化的图线应为图中的()【导学号：96622122】图7­1­5A根据电阻定律，横坐标为x的点与点A之间的电阻R＝ρeq\f(x,S)，这两点间的电压U＝IR＝Iρeq\f(x,S)，所以U与x成正比关系，应选项A正确．6．(多项选择)(2022·苏州模拟)如图7­1­6所示，图线1、2、3分别表示导体A、B、C的伏安特性曲线，其中导体C为一非线性电阻，当三导体串联接在电压恒为6V的直流电源两端时，它们的电阻分别为R1、R2、R3，那么以下说法正确的选项是()图7­1­6A．此时流过三导体的电流均为1AB．R1∶R2∶R3＝1∶3∶2C．假设将三导体串联后改接在3V的直流电源上，那么三导体的阻值之比不变D．假设将三导体并联后接在3V的直流电源上，那么通过它们的电流之比为I1∶I2∶I3＝3∶2∶1AB由题中I­U图线可知，R1＝1Ω、R2＝3Ω、R3的电阻随两端所加电压变大而变小，当这三导体串联接在电压恒为6V的直流电源两端时，其电流相等，为1A，R1、R2、R3两端电压分别为1V、3V、2V，总和为6V，应选项A、B正确；因导体C为一非线性电阻，电阻随两端所加电压变小而变大，应选项C错误；从题中图线可得，选项D错误．[核心精讲]1．电功是电能转化为其他形式能的量度，电热是电能转化为内能的量度．计算电功时用公式W＝IUt，计算电热时用公式Q＝I2Rt.2．从能量转化的角度来看，电功和焦耳热之间的数量关系是W≥Q、UIt≥I2Rt.(1)纯电阻电路：如电炉等构成的电路，电流做功将电能全部转化为内能，此时有W＝Q.计算时可任选一公式：W＝Q＝Pt＝I2Rt＝UIt＝eq\f(U2,R)t.(2)非纯电阻电路：如含有电动机、电解槽等的电路，电流做功除将电能转化为内能外，还转化为机械能、化学能等，此时有W>Q.电功只能用公式W＝UIt来计算，焦耳热只能用公式Q＝I2Rt来计算．对于非纯电阻电路，欧姆定律不再适用．[师生共研]如图7­1­7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＝0.8Ω，电路中另一电阻R＝10Ω，直流电压U＝160V，电压表示数UV＝110V．试求：图7­1­7(1)通过电动机的电流；(2)输入电动机的电功率；(3)假设电动机以v＝1m/s匀速竖直向上提升重物，求该重物的质量？(g取10m/s2)【合作探讨】(1)要求通过电动机的电流，能否通过I＝eq\f(U,R)来求解？为什么？假设不能应如何求解？提示：由于电动机为非纯电阻电路，故电流不能用I＝eq\f(U,R)来求解；可通过求解电阻R的电流来求解．(2)要求输入电动机的电功率能否通过P＝eq\f(U2,R)来求解？提示：不能．可用P＝UI求解．(3)如何求解电动机的发热功率、机械功率？提示：P热＝I2r，P机＝P出＝P电－P热．【标准解答】(1)由电路中的电压关系可得电阻R的分压UR＝U－UV＝(160－110)V＝50V，流过电阻R的电流IR＝eq\f(UR,R)＝eq\f(50,10)A＝5A，即通过电动机的电流IM＝IR＝5A.(2)电动机的分压UM＝UV＝110V，输入电动机的功率P电＝IMUM＝550W.(3)电动机的发热功率P热＝Ieq\o\al(2,M)r＝20W，电动机输出的机械功率P出＝P电－P热＝530W，又因P出＝mgv，所以m＝eq\f(P出,gv)＝53kg.【答案】(1)5A(2)550W(3)53kg非纯电阻问题的“三点注意〞1．无论是纯电阻还是非纯电阻，电功均为W＝UIt，电热均为Q＝I2Rt.2．处理非纯电阻的计算问题时，要善于从能量转化的角度出发，紧紧围绕能量守恒，利用“电功＝电热＋其他能量〞寻找等量关系求解．3．非纯电阻在一定条件下可能变为纯电阻，如电动机卡住不转时即为纯电阻．[题组通关]7．电阻R和电动机M串联接到电路中，如图7­1­8所示，电阻R跟电动机线圈的电阻值相等，开关接通后，电动