高考物理系统性复习 (要点归纳+夯实基础练) 第一节 电路的基本概念及电路分析（附解析）

第一节电路的基本概念及电路分析【要点归纳】一、电源1．定义：能够把电子从正极搬运到负极的装置。2．作用：(1)维持电源正、负极间始终存在电势差。(2)使电路中的电流能够持续存在。3．恒定电场(1)定义：由稳定分布的电荷所产生的稳定的电场。(2)形成：导线中的电场是由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成的，其场强沿导线的方向，如图所示。虽然这些电荷在运动，但有的流走了，另外的又来补充，所以电荷的分布是稳定的，不随时间变化，电场的分布也不随时间变化。(3)特点：任何位置的电荷分布和电场强度都不随时间变化。二、电流1．电流的形成及电源(1)电流形成：电荷的定向移动形成电流。(2)形成电流条件：①物体内部存在大量自由电荷；②导体两端存在电势差。(3)电源：①维持电路两端有一定的电势差。②在闭合电路中，使导线中的自由电子发生定向移动，保持导体内有持续的电流。2．恒定电流：(1)恒定电流：大小和方向都不随时间变化的电流。(2)电流定义：单位时间内通过导体某横截面的电荷量。(3)公式表达：I＝eq\f(q,t)。(4)单位：安培，符号A。常用的电流单位还有毫安(mA)和微安(μA)。1mA＝10－3A,1μA＝10－6A。(5)方向：规定正电荷定向移动的方向为电流方向，或负电荷定向移动的反方向。(6)意义：表示电流强弱的物理量。三、电流的微观表达式1．电流的微观表达式：I＝nqSv2．I＝nqSv与I＝eq\f(q,t)的区别：I＝nqSv是电流的决定式，即电流的大小由n、q、S、v共同决定，其中q是单个自由电荷的电荷量；而I＝eq\f(q,t)是电流的定义式，其中q是通过导体横截面的电荷量(不是通过单位横截面积的电荷量)。四、电阻1．定义：导体两端的电压与通过导体的电流大小之比，用R表示。2．定义式：R＝eq\f(U,I)。3．单位：欧姆(Ω)，常用的单位还有kΩ、MΩ，且1Ω＝10－3kΩ＝10－6MΩ。4．物理意义：反映导体对电流的阻碍作用的物理量。5．导体的U­I图像的斜率反映导体电阻的大小。6．欧姆定律(1)内容：导体中的电流跟导体两端的电压U成正比，跟导体的电阻R成反比。(2)表达式：I＝eq\f(U,R)。(3)适用范围：适用于金属导电、电解液导电的纯电阻电路(不含电动机、电解槽等的电路)，而对气体导电、半导体导电不适用。7．I－U图像与U－I图像的区别(图线为直线时)(1)坐标轴的意义不同：I－U图像中，横坐标表示电压U、纵坐标表示电流I；U－I图像中，横坐标表示电流I，纵坐标表示电压U。(2)图线斜率的意义不同：I－U图像中，斜率表示电阻的倒数，U－I图像中，斜率表示电阻，如图所示，在图甲中R2＜R1，图乙中R2＞R1。五、影响导体电阻的因素1．探究电路2．探究原理：a、b、c、d四条不同的导体串联，电流相同，因此，电阻之比等于相应的电压之比。3．探究过程(1)b与a只有长度不同，比较a、b的电阻之比与长度之比的关系。(2)c与a只有横截面积不同，比较a、c的电阻之比与横截面积之比的关系。(3)d与a只有材料不同，比较a、d的电阻是否相同。4．探究结论：导体的电阻与长度、横截面积有定量关系，与电阻的材料也有关。六、导体的电阻率1．电阻定律(1)内容：同种材料的导体，其电阻R与它的长度l成正比，与它的横截面积S成反比；导体电阻还与构成它的材料有关．(2)公式：R＝ρeq\f(l,S)，式中ρ是比例系数，它与导体的材料有关，是表征材料性质的一个重要的物理量，ρ叫做这种材料的电阻率．电阻率ρ是一个反映导体导电性能的物理量，是导体材料本身的属性，与导体的形状、大小无关，它的单位是欧姆·米，国际符号Ω·m，而电阻R反映的是导体的属性，与导体的材料、形状、大小有关．2．电阻率ρ的相关因素(1)与导体材料有关：纯金属的电阻率较小，合金的电阻率较大。(2)与导体的温度有关①有些合金的电阻率几乎不受温度变化影响，常用来制作标准电阻。②金属的电阻率随温度的升高而增大，可制作电阻温度计。③当温度降低到特别低时导体电阻可以降到0，这种现象叫作超导现象。(3)应用：电阻温度计、标准电阻等．七、对电阻定律的理解和应用1．对电阻定律的理解(1)公式R＝ρeq\f(l,S)是导体电阻的决定式，如图所示为一块长方体铁块，若通过电流为I1，则R1＝ρeq\f(a,bc)；若通过电流为I2，则R2＝ρeq\f(c,ab)。(2)适用条件：温度一定，粗细均匀的金属导体或浓度均匀的电解质溶液。(3)电阻定律是通过大量实验得出的规律。2．R＝ρeq\f(l,S)与R＝eq\f(U,I)的比较公式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由导体的哪些因素决定，可以说R与l成正比，与S成反比提供了求电阻的方法，并不能说电阻与U和I有关系只适用于粗细均匀的金属导体或浓度均匀的电解液、等离子体适用于纯电阻元件联系R＝ρeq\f(l,S)对R＝eq\f(U,I)补充说明了导体的电阻不取决于U和I，而是取决于导体本身的材料、长度和横截面积八、滑动变阻器1．原理：利用改变连入电路的电阻丝的长度来改变电阻．2．构造：如图所示是滑动变阻器的原理图．AB是一根纯金属杆，其电阻可视为零．CD是电阻较大、长度较长的电阻丝，P是滑片，能将AB杆与电阻丝CD连通．若将AB直接接入电路当中，其电阻为零；若将CD直接接入电路中，电阻是整个电阻丝的电阻；正确的连接方法是接A与D或B与C或A与C或B与D，即“一上一下”．如接A与D，连入电路的电阻就是DP部分，当P滑到A端时电阻最大．3．滑动变阻器的缺点：不能显示连入电路中的电阻的具体阻值．而实验室中的另一常用变阻器件——变阻箱却能显示电阻的值．九、串、并联电路1．串联和并联(1)串联：把几个导体依次首尾相连，接入电路，这样的连接方式叫做串联．(2)并联：把几个导体的一端连在一起，另一端也连在一起，然后把这两端接入电路，这样的连接方式叫做并联．2．串联电路和并联电路的电流(1)串联电路各处的电流相等，即I＝I1＝I2＝I3＝…＝In.(2)并联电路的总电流等于各支路电流之和，即I＝I1＋I2＋I3＋…＋In.3．串联电路和并联电路的电压(1)串联电路两端的总电压等于各部分电路电压之和，即U＝U1＋U2＋U3＋…＋Un.(2)并联电路的总电压与各支路电压相等，即U＝U1＝U2＝U3＝…＝Un.4．串联电路和并联电路的电阻(1)串联电路的总电阻等于各部分电路电阻之和，即R＝R1＋R2＋R3＋…＋Rn.(1)串联电路的总电阻大于其中任一部分电路的电阻．(2)几个相同电阻R串联时其总电阻为R总＝nR，两个相同电阻串联时，总电阻是分电阻的二倍．(3)当一个大电阻和一个小电阻串联时，总电阻接近大电阻．(4)串联电路中各电阻两端的电压跟它的阻值成正比，即eq\f(U1,R1)＝eq\f(U2,R2)＝…＝eq\f(Un,Rn)＝I.(5)并联电路总电阻的倒数等于各支路电阻的倒数之和，即eq\f(1,R)＝eq\f(1,R1)＋eq\f(1,R2)＋eq\f(1,R3).(6)并联电路的总电阻小于其中任一支路的电阻，且小于其中最小的电阻．当一个大电阻和一个小电阻并联时，总电阻接近小电阻．(7)几个相同电阻R并联时其总电阻为R总＝eq\f(R,n)，两个相同电阻并联时，总电阻是分电阻的一半．(8)多个电阻无论串联还是并联，其中任一电阻增大，总电阻也随之增大．以两电阻R1、R2为例加以说明．串联时R＝R1＋R2，并联时R＝eq\f(R1·R2,R1＋R2)＝eq\f(R1,1＋\f(R1,R2)).可见，当R1或R2增大时，R都随之增大．(9)并联电路中通过各支路电阻的电流跟它们的阻值成反比，即I1R1＝I2R2＝…＝InRn＝U.十、电功、电功率电热、热功率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)内容：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(适用于任何电路)．【夯实基础练】1．(2022•云南省巴蜀中学第八次月考)恒流源是一种特殊的电源，其输出的电流能始终保持不变。如图所示的电路中电源是恒流源，即干路电流始终保持不变；当滑动变阻器滑动触头P从最左端向中间移动时，下列说法中正确的是()A．上的电压不变 B．上的电流变大C．上的电流变小 D．恒流源的输出功率变大【解析】AD．滑动变阻器滑动触头P从最左端向中间移动时，电阻R2减小，外电路总电阻减小，而干路电流不变，所以路端电压减小，恒流源的输出功率变小，AD错误；BC．通过R1上的电流减小，则通过R2上的电流增大，C错误，B正确。故选B。【答案】B2．(2022•上海市南洋模范中学高三(下)4月适应练习)当电阻两端加上某一稳定电压时，通过该电阻的电荷量为0.3C，消耗的电能为0.9J．为在相同时间内使0.6C的电荷量通过该电阻，在其两端需加的电压和消耗的电能分别是()A．3V，1.8J B．3V，3.6J C．6V，l.8J D．6V，3.6J【解析】根据E=Uq，可知通过该电阻的电荷量为0.3C，消耗的电能为0.9J时，电阻两端所加电压U=3V；在相同时间内通过0.6C的电荷量，则电流强度为原来的2倍，而根据I=U/R，电压也为原来的2倍，即为6V，这时消耗的电能E2=U2q2=3.6J．故D项正确，ABC三项错误．【答案】D3．(2022•辽宁省大连市第一中学高三(上)期中联考)在长度为l、横截面积为S、单位体积内自由电子数为n的金属导体两端加上电压，导体中就会产生匀强电场。导体内电荷量为e的自由电子在电场力作用下先做加速运动，然后与做热运动的阳离子碰撞而减速，如此往复……所以，我们通常将自由电子的这种运动简化成速率为v(不随时间变化)的定向运动。已知阻碍电子运动的阻力大小与电子定向移动的速率v成正比，即Ff=kv(k是常量)，则该导体的电阻应该等于()A． B． C． D．【解析】电子以v定向移动，由平衡条件可得，解得，导体中电流的微观表达式I=neSv，由欧姆定律可得，导体的电阻为，故选B。【答案】B4．(2022•哈尔滨市第六中学高三(上)期末)图1表示某压敏电阻的阻值R随压力F变化的情况，将它平放在电梯地板上并接入图2所示的电路中，在其受压面上放一物体，即可通过电路中数字电流表的示数I来探查电梯的运动情况。电梯静止时数字电流表示数为I0。下列说法正确的是()A．若示数I不变说明电梯正在匀速运动B．若示数I在增大说明电梯的速度在增大C．若示数I>I0说明电梯可能在加速向上运动D．若示数为I0说明电梯一定处于静止状态【解析】AD．由于电流等于I0且不变，说明压力没有变化，故电梯做匀速直线运动或静止不动，故AD错误；BC．电流逐渐变大，故压力逐渐变大，且大于重力，故电梯处于超重状态，可能向上加速或向下减速，但加速度变大，不会做匀加速运动，故B错误，C正确；故选C。【答案】C5．(2022•北京市北师大附属实验中学高三(下)零模)小明同学家里购买了一款扫地机器人，如图所示，小明同学仔细检查了这款扫地机器人，发现铭牌上标有如下表所示数据，则该扫地机器人()主机基本参数产品尺寸电池锂电池质量无线连接智能快述工作额定电压工作额定功率A．额定工作电流为B．是能量单位C．若当剩余电量减少为电池容量的时，机器人会主动寻找充电器充电，则充满电后正常工作的时间为D．以额定电流工作时每分钟消耗电能为【解析】AD．由铭牌知，扫地机器人工作的额定电压为8V，额定功率为14.4W，则额定电流，以额定电流工作时每分钟消耗电能为，故A错误，D正确；B．mA是电流的单位，h是时间单位所以由，可知是电量的单位，故B错误；C．充满电后的电量为，正常工作的时间为，故C错误。故选D。【答案】D6．(2022•河南省名校联盟高三(上)第三次诊断考试)地球表面附近存在一竖直向下的电场，晴天时在电场作用下，大气中的正离子向下运动、负离子向上运动，由此形成的微弱电流称为地空电流。这电流是稳恒的，不随高度变化，全球地空电流的总电流强度为。假设正、负离子带电量均为，则时间内穿过以地心为球心半径略大于地球半径的球壳的电荷个数约为()A．个 B．个 C．个 D．个【解析】时间内，通过球壳的电荷量为，电荷个数约为个，故选C。【答案】C7．(2022•北京市北师大实验中学高三(下)摸底考试)在研究微型电动机的性能时，可采用如图所示的实验电路。当调节滑动变阻器R，使电动机停止转动时，电流表和电压表的示数分别为0.5A和1.0