高三新高考物理一轮人教版学案第八章第1课时电阻定律欧姆定律焦耳定律

第八章eq\a\vs4\al(\b\lc\|\rc\(\a\vs4\al\co1(,,,,,,,)))恒定电流[定标——核心素养]物理观念理解电流、电功、电功率、电热等基本概念。科学思维能够运用闭合电路的欧姆定律解决实际问题。[定位——主干知识]1.欧姆定律2.电阻定律3.电阻的串联、并联4．电源的电动势和内阻5.闭合电路的欧姆定律6.电功率、焦耳定律7．实验：测量金属丝的电阻率8.实验：测量电源的电动势和内阻9．实验：用多用电表测量电学中的物理量第1课时电阻定律、欧姆定律、焦耳定律eq\a\vs4\al(基础自修课)必备知识(一)电流的理解及表达式的应用1．[公式I＝eq\f(q,t)的应用]如图所示，在1价离子的电解质溶液内插有两根碳棒A和B作为电极，将它们接在直流电源上，于是溶液里就有电流通过。若在t秒内，通过溶液内截面S的正离子数为n1，通过的负离子数为n2，设基本电荷为e，则以下说法中正确的是()A．正离子定向移动形成的电流方向从A→B，负离子定向移动形成的电流方向从B→AB．溶液内由于正、负离子移动方向相反，溶液中的电流抵消，电流等于零C．溶液内的电流方向从A→B，电流I＝eq\f(n1e,t)D．溶液内的电流方向从A→B，电流I＝eq\f(n1＋n2e,t)[系统归纳]三种电流表达式的比较公式公式含义定义式I＝eq\f(q,t)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＝nqSv从微观上看n、q、S、v决定了I的大小决定式I＝eq\f(U,R)I由U、R决定，I∝UI∝eq\f(1,R)2.[微观表达式I＝nqSv的应用]如图所示，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()A.eq\f(mv2,2eL) B.eq\f(mv2Sn,e)C．ρnev D.eq\f(ρev,SL)利用“柱体微元”模型求解电流的微观问题设柱体微元的长度为L，横截面积为S，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，电荷定向移动的速率为v，则(1)柱体微元中的总电荷量为Q＝nLSq。(2)电荷通过横截面的时间t＝eq\f(L,v)。(3)电流的微观表达式I＝eq\f(Q,t)＝nqvS。[精解详析]1．选D电荷的定向移动形成电流，规定正电荷定向移动的方向为电流方向，负电荷定向移动的方向为电流的反方向，由题图所示可知，电流方向是A→B，带电离子在溶液中定向移动形成电流，电流不为零，电流I＝eq\f(q,t)＝eq\f(n1e＋n2e,t)，故选项D正确，A、B、C错误。2．选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。必备知识(二)欧姆定律和电阻定律的理解及应用1．[电阻率的认识]下列说法中正确的是()A．由R＝eq\f(U,I)可知，电阻与电压、电流都有关系B．由R＝ρeq\f(l,S)可知，电阻只与导体的长度和横截面积有关系C．各种材料的电阻率都与温度有关，金属的电阻率随温度的升高而减小D．所谓超导现象，就是当温度降低到接近绝对零度的某个临界温度时，导体的电阻率突然变为零的现象2．[闭合电路欧姆定律和电阻定律的综合应用](2020·浙江1月选考)小明在一根细橡胶管中灌满食盐水，两端用粗铜丝塞住管口，形成一段封闭的盐水柱，他将此盐水柱接到电源两端，电源电动势和内阻恒定，握住盐水柱两端将它水平均匀拉伸到原长的1.2倍，若忽略温度对电阻率的影响，则此盐水柱()A．通过的电流增大B．两端的电压增大[系统归纳](1)物理意义：反映导体的导电性能，是导体材料本身的属性。(2)电阻率与温度的关系：金属的电阻率随温度升高而增大；半导体的电阻率随温度升高而减小。2．电阻的决定式和定义式的比较公式决定式定义式R＝ρeq\f(l,S)R＝eq\f(U,I)区别指明了电阻的决定因素提供了一种测定电阻的方法，电阻与U和I无关适用于粗细均匀的金属导体和分布均匀的导电介质适用于任何纯电阻导体相同点都不能反映电阻的实质(要用微观理论解释)3．[导体的伏安特性曲线]如图所示为A、B两电阻的伏安特性曲线，关于两电阻的描述正确的是()A．电阻A的阻值随电流的增大而减小，电阻B的阻值不变B．在两图线交点处，电阻A的阻值等于电阻B的阻值C．在两图线交点处，电阻A的阻值大于电阻B的阻值D．在两图线交点处，电阻A的阻值小于电阻B的阻值导体伏安特性曲线的理解(1)图线的意义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。(2)两类图线的比较线性元件的伏安特性曲线是过原点的直线，表明它的电阻是不变的，图中Ra<Rb。非线性元件的伏安特性曲线是曲线，表明它的电阻是变化的，图中Rc减小，Rd增大。[精解详析]1．选DR＝eq\f(U,I)是电阻的定义式，R与电压和电流无关，故A错误；R＝ρeq\f(l,S)是电阻的决定式，即电阻与ρ、l、S都有关系，故B错误；电阻率一般与温度有关，金属的电阻率随温度的升高而增大，故C错误；当温度降低到接近绝对零度的某个临界温度时，导体的电阻率突然变为零的现象叫超导现象，故D正确。2．选B根据电阻定律可知R＝ρeq\f(L,S)，橡胶管的体积不变，即R＝ρeq\f(L2,V)，由此可知当长度拉伸到原长的1.2倍时，电阻变为原来的1.44倍，选项C错误。根据闭合电路的欧姆定律I＝eq\f(E,R＋r)，当外电阻变大，则电流变小，内电压变小，而路端电压变大，因此选项A错误，B正确。根据P＝I2R，如果电流保持不变则电功率增大为原来的1.44倍，但是电流在变小，所以选项D错误。3．选B由题图可知，电阻A的I­U图像的斜率越来越小，故A的电阻随电流的增大而增大，电阻B的阻值不变，故选项A错误；两图像的交点处，电流和电压均相同，则由欧姆定律可知，两电阻的阻值相等，故选项B正确，C、D错误。必备知识(三)电功、电功率及焦耳定律1．[电功率和热功率的认识](多选)如图所示是某一直流电动机提升重物的示意图，重物质量m＝50kg，电源提供给电动机的电压为U＝110V，不计各种摩擦，当电动机以v＝0.9m/s的恒定速率向上提升重物时，通过电动机的电流为I＝5.0A，重力加速度g取10m/s2，则()A．电动机的输入功率为550WB．电动机提升重物的功率为550WC．电动机提升重物的功率为450WD．电动机的线圈电阻为22Ω2．[电功和电热的认识](多选)如图所示是某款吹风机的内部电路图，它主要由电动机M和电热丝R构成。闭合开关S1、S2后，电动机驱动风叶使其旋转，将空气从进风口吸入，经电热丝加热，形成热风后从出风口吹出。已知吹风机的额定电压为220V，吹冷风时的功率为120W，吹热风时的功率为1000W。关于该吹风机，下列说法正确的是()A．电热丝的电阻为55ΩB．电动机的电阻约为403ΩC．当吹风机吹热风时，电热丝每秒钟消耗的电能为120JD．当吹风机吹热风时，电动机每秒钟消耗的电能为120J,[系统归纳]1．电功和电热、电功率和热功率的比较意义公式联系电功电流在一段电路中所做的功W＝UIt对纯电阻电路，电功等于电热，W＝Q＝UIt＝I2Rt对非纯电阻电路，电功大于电热，W＞Q电热电流通过导体产生的热量Q＝I2Rt电功率单位时间内电流所做的功P电＝UI对纯电阻电路，电功率等于热功率，P电＝P热＝UI＝I2R对非纯电阻电路，电功率大于热功率，P电＞P热热功率单位时间内导体产生的热量P热＝I2R(1)在非纯电阻电路中，欧姆定律不再适用，不能用欧姆定律求电流，应用P＝UI求电流。(2)在非纯电阻电路中，电功大于电热，即W>Q，这时电功只能用W＝UIt计算，电热只能用Q＝I2Rt计算，两式不能通用。(3)由能量守恒定律得W＝Q＋E，E为其他形式的能。对电动机来说，输入的功率P入＝IU，发热的功率P热＝I2r，输出的功率即机械功率P机＝P入－P热＝UI－I2r。[精解详析]1．选AC电动机的输入功率P入＝UI＝110×5.0W＝550W，A对。提升重物的功率P出＝mgv＝50×10×0.9W＝450W，B错，C对。由P入＝P出＋P热和P热＝I2R线得R线＝eq\f(P入－P出,I2)＝eq\f(550－450,25)Ω＝4Ω，D错。2．选AD电动机和电热丝并联，当吹热风时，电热丝消耗的功率为P＝P热－P冷＝1000W－120W＝880W，由公式P＝eq\f(U2,R)可知，R＝eq\f(U2,P)＝55Ω，故A正确；电动机为非纯电阻，故不能使用公式P＝eq\f(U2,R)求解电阻，所以其电阻值不等于eq\f(1210,3)Ω≈403Ω，故B错误；当吹风机吹热风时，电热丝每秒钟消耗的电能为W＝Pt＝(P热－P冷)t＝(1000－120)×1J＝880J，故C错误；无论吹风机吹热风还是冷风，电动机的功率都是不变的，故当吹风机吹热风时，电动机每秒钟消耗的电能为120J，故D正确。eq\a\vs4\al([本课小结与自主评价])[课堂巩固落实]1．生活中的“纯电阻”和“非纯电阻”生活中，人们在家中会使用很多用电器，如电饭锅、空调、冰箱、电风扇、电吹风等，这些用电器有的可以视为纯电阻，有的则不是纯电阻，请结合以下各题自主领悟。2．分析生活中的用电器问题的两条思路(1)了解用电器的结构，含有电动机且正常工作的为非纯电阻；不含电动机或含电动机但电动机不转的则为纯电阻。(2)从能量转化角度来区分，若消耗的电能全部转化为电热，则为纯电阻；若消耗的电能有一部分转化为其他能量，则为非纯电阻。1．一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(电源内阻可忽略不计)，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155.5W×104×103JD．电饭煲发热功率是洗衣机电动机发热功率的10倍解析：选C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×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×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。综上可知C正确。2．为了生活方便，电热水壶已进入千家万户。如果将一电热水壶接在220V的电源两端，经时间t0电热水壶的开关自动切断，假设热量的损失不计、加热丝的阻值不受温度的影响。则()A．如果将电热水壶接在110V的电源两端，需经2t0的时间电热水壶的开关自动切断B．如果将电热水壶接在110V的电源两端，需经16t0的时间电热水壶的开关自动切断C．如果将电热水壶接在55V的电源两端，需经4t0的时间电热水壶的开关自动切断D．如果将电热水壶接在55V的电源两端，需经16t0的时间电热水壶的开关自动切断解析：选D电热水壶是纯电阻元件，根据公式Q＝eq\f(U2,R)t可知，煮沸一壶水所需的热量为Q＝eq\f(U2,R)t0，当电压变为原来的eq\f(1,2)时，所需热量没变，因此时间要变为原来的4倍，即4t0，A、B错误；当电压变为原来的eq\f(1,4)时，时间要变为原来的16倍，即16t0，C错误，D正确。3．(多选)下表列出了某品牌电动自行车及所用电动机的主要技术参数，不计其自身机械损耗。若该车在额定状态下以最大运行速度行驶，则(