03 高二物理重难点知识汇总 电流与欧姆定律

高二物理重难点知识汇总第三讲电流与欧姆定律重难点讲解知识点一电流1．形成电流的条件(1)导体中有能够自由移动的电荷．(2)导体两端存在电压．2．电流(1)定义式：I＝eq\f(q,t).①q是某段时间内通过导体横截面的电荷量．a．若是金属导体导电，则q为自由电子通过某截面的电荷量的总和．b．若是电解质导电，则异种电荷反向通过某截面，q＝|q1|＋|q2|.②带电粒子的运动可形成等效电流，如电子绕原子核的运动、带电粒子在磁场中的运动，此时I＝eq\f(q,T)，q为带电粒子的电荷量，T为周期．(2)方向：电流是标量，为研究问题方便，规定正电荷定向移动的方向为电流的方向．在外电路中电流由电源正极到负极，在内电路中电流由电源负极到正极．(3)微观表达式：假设导体单位体积内有n个可自由移动的电荷，电荷定向移动的速率为v，电荷量为q，导体横截面积为S，则I＝nqSv.[思维深化]判断下列说法是否正确．(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)根据I＝eq\f(q,t)，可知I与q成正比．(×)(4)电流越大，单位时间内通过导体横截面的电荷量就越多．(√)(5)电流I随时间t变化的图象与坐标轴所围面积表示通过导体横截面的电荷量．(√)典型例题1．[对电流定义式的计算]安培提出了著名的分子电流假说，根据这一假说，电子绕核运动可等效为一环形电流．设电荷量为e的电子以速率v绕原子核沿顺时针方向做半径为r的匀速圆周运动，关于该环形电流的说法，正确的是()A．电流大小为eq\f(ve,2πr)，电流方向为顺时针B．电流大小为eq\f(ve,r)，电流方向为顺时针C．电流大小为eq\f(ve,2πr)，电流方向为逆时针D．电流大小为eq\f(ve,r)，电流方向为逆时针答案C解析电子做圆周运动的周期T＝eq\f(2πr,v)，由I＝eq\f(e,T)得I＝eq\f(ve,2πr)，电流的方向与电子运动方向相反，故为逆时针．2．[电流微观表达式的应用](多选)一横截面积为S的铝导线，当有电压加在该导线上时，导线中的电流为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e，此时电子定向移动的速度为v，则在Δt时间内，通过导体横截面的自由电子数目可表示为()A．nvSΔtB．nvΔtC.eq\f(IΔt,e)D.eq\f(IΔt,Se)答案AC解析由电流的微观表达式I＝neSv、电流的定义式I＝eq\f(q,t)和带电体所带的电荷量q＝ne，可得Δt时间内通过导体横截面的自由电子数目N＝nvSΔt＝eq\f(IΔt,e).知识点二欧姆定律及电阻定律1．电阻(1)定义式：R＝eq\f(U,I).(2)物理意义：反映了导体对电流的阻碍作用．2．电阻定律(1)内容：同种材料的导体，其电阻与它的长度成正比，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＝ρeq\f(l,S).3．电阻率(1)计算式：ρ＝Req\f(S,l).(2)物理意义：反映导体的导电性能，是表征材料性质的物理量．(3)电阻率与温度的关系：①金属：电阻率随温度升高而增大．②半导体：电阻率随温度升高而减小．③一些合金：几乎不受温度的影响．4．部分电路欧姆定律(1)内容：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．(2)表达式：I＝eq\f(U,R).(3)适用范围①金属导电和电解液导电(对气体导电不适用)．②纯电阻电路(不含电动机、电解槽等的电路)．5．导体的伏安特性曲线(1)I－U图线：以电流为纵轴、电压为横轴所画出的导体上的电流随电压的变化曲线称为I－U图线，如图1所示．图1(2)比较电阻的大小：图线的斜率k＝eq\f(I,U)＝eq\f(1,R)，图中R1>R2.(3)线性元件：伏安特性曲线是直线的电学元件，适用欧姆定律．(4)非线性元件：伏安特性曲线为曲线的电学元件，不适用欧姆定律．[思维深化]关于导体的电阻和电阻率，下列说法是否正确．(1)由R＝eq\f(U,I)可知，导体的电阻与导体两端的电压成正比，与流过导体的电流成反比．(×)(2)由R＝ρeq\f(l,S)可知，导体的电阻与导体的长度成正比，与导体的横截面积成反比．(√)(3)由ρ＝eq\f(RS,l)可知，导体的电阻率与导体的横截面积成正比，与导体的长度成反比．(×)(4)由ρ＝eq\f(RS,l)可知导体的电阻越大，其电阻率越大．(×)典型例题3．[对I＝eq\f(U,R)的理解](多选)对欧姆定律公式I＝eq\f(U,R)的理解，下面说法正确的是()A．对某一段导体来说，导体中的电流跟它两端的电压成正比B．在电压相同的条件下，不同导体中的电流跟电阻成反比C．导体中的电流既与导体两端的电压有关，也与导体的电阻有关D．因为电阻是导体本身的属性，所以导体中的电流只与导体两端电压有关，与导体的电阻无关答案ABC解析由欧姆定律公式I＝eq\f(U,R)可知：导体中的电流与导体两端的电压和导体的电阻有关．对某一段导体来说，导体中的电流跟它两端的电压成正比，选项A正确；在电压相同的条件下，不同导体中的电流跟导体的电阻成反比，选项B正确；导体中的电流既与导体两端的电压有关，也与导体电阻有关，选项C正确；导体中的电流是由导体两端的电压和导体的电阻共同决定的，选项D错误．4．[电阻定律的应用]欧姆不仅发现了欧姆定律，还研究了电阻定律，有一个长方体型的金属电阻，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，其中电阻的阻值最小的是()答案A解析根据电阻定律，电阻的阻值最小的应该是横截面积最大、长度最短的，选项A正确．5．[电阻定律和电流微观表达式的应用](2015·安徽理综·17)如图2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，则金属棒内的电场强度大小为()图2A.eq\f(mv2,2eL)B.eq\f(mv2Sn,e)C．ρnevD.eq\f(ρev,SL)答案C解析欧姆定律I＝eq\f(U,R)，电流的微观表达式I＝neSv，电阻定律R＝ρeq\f(L,S)，则金属棒内场强大小为E＝eq\f(U,L)＝eq\f(IR,L)＝ρnev，故C正确．6．[伏安特性曲线的理解和应用](多选)在如图3甲所示的电路中，L1、L2、L3为三个相同规格的小灯泡，这种小灯泡的伏安特性曲线如图乙所示．当开关S闭合后，电路中的总电流为0.25A，则此时()图3A．L1上的电压为L2上电压的2倍B．L1消耗的电功率为0.75WC．L2的电阻为12ΩD．L1、L2消耗的电功率的比值大于4∶1答案BD解析电路中的总电流为0.25A，L1中的电流为0.25A，由小灯泡的伏安特性曲线可知电压为3.0V，L1消耗的电功率为P1＝U1I1＝0.75W，选项B正确．根据并联电路规律，L2中电流为0.125A，由小灯泡的伏安特性曲线可知电压大约为0.3V，L1的电压大约为L2电压的10倍，选项A错误．由欧姆定律，L2的电阻为R2＝eq\f(U2,I2)＝eq\f(0.3,0.125)Ω＝2.4Ω，选项C错误．L2消耗的电功率为P2＝U2I2＝0.3×0.125W＝0.0375W，L1、L2消耗的电功率的比值大于4∶1，选项D正确．【规律总结】关于电阻定律和伏安特性曲线的理解1．在温度一定的条件下，导体的电阻大小由长度、横截面积及材料决定，与电压、电流无关．若考虑温度，导体的电阻率会随着温度的变化而变化．2．利用R＝ρeq\f(l,S)求ρ时，要根据电流正确判断l、S，沿电流方向导体的长度为l，垂直于电流方向的横截面积为S.3．若U－I图线为直线．求电阻R时可用该点的切线的斜率eq\f(ΔU,ΔI)来计算．若U－I图线为曲线，电阻跟曲线的斜率无关，只能依据曲线对应的点的坐标eq\f(U,I)计算求解．知识点三电功和电热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：电能转化成其他形式能的过程．2．电功率(1)定义：单位时间内电流所做的功，表示电流做功的快慢．(2)公式：P＝eq\f(W,t)＝IU(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)公式：Q＝I2Rt.4．电功率P＝IU和热功率P＝I2R的应用(1)不论是纯电阻电路还是非纯电阻电路，电流的电功率均为P电＝UI，热功率均为P热＝I2R.(2)对于纯电阻电路而言：P电＝P热＝IU＝I2R＝eq\f(U2,R).(3)对于非纯电阻电路而言：P电＝IU＝P热＋P其他＝I2R＋P其他≠eq\f(U2,R)＋P其他．[思维深化]判断下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法是否正确．(1)电功率越大，电流做功越快，电路中产生的焦耳热一定越多．(×)(2)W＝UIt适用于任何电路，而W＝I2Rt＝eq\f(U2,R)t只适用于纯电阻电路．(√)(3)在非纯电阻电路中，UI>I2R.(√)(4)焦耳热公式Q＝I2Rt适用于任何电路．(√)典型例题7．[家用电器中的纯电阻电路和非纯电阻电路]一只电饭煲和一台洗衣机并联接在输出电压为220V的交流电源上(其内电阻可忽略不计)，均正常工作．用电流表分别测得通过电饭煲的电流是5.0A，通过洗衣机电动机的电流是0.50A，则下列说法中正确的是()A．电饭煲的电阻为44Ω，洗衣机电动机线圈的电阻为440ΩB．电饭煲消耗的电功率为1555W，洗衣机电动机消耗的电功率为155.5WC．1min内电饭煲消耗的电能为6.6×104J，洗衣机电动机消耗的电能为6.6×103JD．电饭煲发热功率是洗衣机电动机发热功率的10倍答案C解析由于电饭煲是纯电阻元件，所以R1＝eq\f(U,I1)＝44Ω，P1＝UI1＝1100W其在1min内消耗的电能W1＝UI1t＝6.6×104J洗衣机为非纯电阻元件，所以R2≠eq\f(U,I2)，P2＝UI2＝110W其在1min内消耗的电能W2＝UI2t＝6.6×103J其热功率P热≠P2，所以电饭煲发热功率不是洗衣机电动机发热功率的10倍．8.[含充电电池的非纯电阻电路](多选)如图4所示，用输出电压为1.4V、输出电流为100mA的充电器对内阻为2Ω的镍－氢电池充电．下列说法正确的是()图4A．电能转化为化学能的功率为0.12WB．充电器输出的电功率为0.14WC．充电时，电池消耗的热功率为0.02WD．充电器把0.14W的功率储存在电池内答案ABC解析充电器对电池的充电功率为P总＝UI＝0.14W，电池充电时的热功率为P热＝I2r＝0.02W，所以转化为化学能的功率为P化＝P总－P热＝0.12W，因此充电器充电功率为0.12W，故A、B、C正确，D错误．9．[含电动机的非纯电阻电路]如图5所示为一玩具起重机的电路示意图．电源电动势为6V，内阻为0.5Ω，电阻R＝2.5Ω，当电动机以0.5m/s的速度匀速提升一质量为320g的物体时(不计一切摩擦阻力，g＝10m/s2)，标有“3V0.6W”的灯泡恰好正常发光，则电动机的内阻为()图5A．1.25ΩB．3.75ΩC．5.625ΩD．1Ω答案A解析通过并联电路求通过电动机的电流是本题的关键．电动机输出功率P出＝mgv＝1.6W，灯泡中电流IL＝eq\f(P额,U额)＝0.2A，干路电流I＝eq\f(E－U额,r＋R)＝1A，电动机中电流IM＝I－IL＝0.8A，电动机的功率P＝U额IM＝Ieq\o\al(2,M)RM＋P出，计算得RM＝1.25Ω，所以A正确．【方法技巧】非纯电阻电路的分析方法1．抓住两个关键量：确定电动机