2022年高考物理一轮-电路的基本概念和规律教师讲解版

文档来源网络整理侵权必删9.1电路的基本概念和规律学科素养物理观念科学思维科学探究科学态度与责任电流、电阻、电动势，闭合电路欧姆定律，电功、电功率、焦耳定律等效电源方法、极限思维、数形结合思想长度的测量及其测量工具的选用；测量金属丝的电阻率；用多用电表测量电学中的物理量；测量电源的电动势和内阻将安全用电和节约用电的知识应用于实际生活考情分析命题分析：本章内容在高考中的高频考点主要是电学实验的知识，同时电路的相关知识也会考查，一般难度较小，常以选择题的形式出题。而电学实验知识主要考查闭合电路欧姆定律、仪器的选取、电路的设计与创新知识，有一定的难度，常以实验题的形式出题。趋势预测：电路的分析与计算是本章的重点，要掌握欧姆定律的应用问题、动态分析问题、故障判断问题、含容电路问题、电功和电功率问题的处理方法，常考选择题；另外本章知识常与电场、电磁感应、交变电流等知识综合，常考计算题。电学实验是每年高考的必考内容，要熟练掌握电阻的测量，电流表、电压表、多用电表的使用，测量电源电动势和内阻的方法及电学实验创新和改进的方法与思路。备考指导本专题研究部分电路与闭合电路，研究各种电路所加电压、电流以及消耗的功率所遵循的规律复习中应理清各个基本概念，熟记各公式的使用条件由于本专题知识与实际生活密切联系，必须加强培养用物理知识解决实际问题的能力，同时深刻理解并熟练掌握各相关实验的基本原理，加强对基本仪器使用的复习以及对设计实验方法的迁移运用必备知识清单一、电流部分电路欧姆定律1．电流(1)形成的条件：导体中有自由电荷；导体两端存在电压．(2)标矢性：电流是标量，正电荷定向移动的方向规定为电流的方向．(3)两个表达式：①定义式：I＝eq\f(q,t)；②决定式：I＝eq\f(U,R).2．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：金属导电和电解质溶液导电，不适用于气态导体或半导体元件．(4)导体的伏安特性曲线(I－U)图线图1①比较电阻的大小：图线的斜率k＝tanθ＝eq\f(I,U)＝eq\f(1,R)，图1中R1>R2(选填“>”“<”或“＝”)；②线性元件：伏安特性曲线是直线的电学元件，适用于欧姆定律；③非线性元件：伏安特性曲线是曲线的电学元件，不适用于欧姆定律．二、电阻及电阻定律1．电阻(1)定义：导体对电流的阻碍作用，叫做导体的电阻．(2)公式：R＝eq\f(U,I)，其中U为导体两端的电压，I为通过导体的电流．(3)单位：国际单位是欧姆(Ω)．(4)决定因素：导体的电阻反映了导体阻碍电流的性质，其大小由导体本身决定，与加在导体两端的电压和通过导体的电流无关．2．电阻定律(1)内容：导体电阻还与构成它的材料有关，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．(2)公式：R＝ρeq\f(l,S).其中l是导体的长度，S是导体的横截面积，ρ是导体的电阻率，其国际单位是欧·米，符号为Ω·m.(3)适用条件：粗细均匀的金属导体或浓度均匀的电解质溶液．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；负温度系数半导体：电阻率随温度升高而减小．三、电功、电功率、电热及热功率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)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(适用于任何电路)．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：P电＝P热＝IU＝I2R＝eq\f(U2,R).(3)对于非纯电阻电路：P电＝IU＝P热＋P其他＝I2R＋P其他≠eq\f(U2,R)＋P其他．命题点精析（一）电流的理解和计算三个电流表达式的比较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＝nqSv一切电路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)典型例题例1在显像管的电子枪中，从炽热的金属丝不断放出的电子进入电压为U的加速电场，设其初速度为零，经加速后形成横截面积为S、电流为I的电子束．已知电子的电荷量为e、质量为m，则在刚射出加速电场时，一小段长为Δl的电子束内的电子个数是()A.eq\f(IΔl,eS)eq\r(\f(m,2eU)) B.eq\f(IΔl,e)eq\r(\f(m,2eU))C.eq\f(I,eS)eq\r(\f(m,2eU)) D.eq\f(ISΔl,e)eq\r(\f(m,2eU))【答案】B【解析】在加速电场中有eU＝eq\f(1,2)mv2，得v＝eq\r(\f(2eU,m)).在刚射出加速电场时，一小段长为Δl的电子束内电荷量为q＝IΔt＝I

eq\f(Δl,v)，则电子个数n＝eq\f(q,e)＝eq\f(IΔl,e)eq\r(\f(m,2eU))，B正确．练1某些肿瘤可以用“质子疗法”进行治疗。在这种疗法中，为了能让质子进入癌细胞，首先要实现质子的高速运动，该过程需要一种被称作“粒子加速器”的装置来实现，质子先被加速到较高的速度，然后轰击肿瘤并杀死癌细胞。如图所示，来自质子源的质子(初速度为零)，经加速电压为U的加速器加速后，形成细柱形的质子流。已知细柱形的质子流横截面积为S，其等效电流为I；质子的质量为m，其电荷量为e，那么这束质子流内单位体积的质子数n是()A．eq\f(I,eS)eq\r(\f(2U,m)) B．eq\f(I,eS)eq\r(\f(m,eU))C．eq\f(I,eS)eq\r(\f(2eU,m)) D．eq\f(I,eS)eq\r(\f(m,2eU))【答案】D【解析】质子在电场力作用下加速，加速后的速度为v，根据动能定理，则有eq\f(1,2)mv2＝eU解得v＝eq\r(\f(2eU,m))等效电流为I，单位体积的质子数为n，根据微观表达式可得I＝neSv解得n＝eq\f(I,eS)eq\r(\f(m,2eU))，故D正确，A、B、C错误。练2下列说法正确的是()A．电源的电动势在数值上等于电源在搬运单位正电荷时非静电力所做的功B．电阻率是反映材料导电性能的物理量，仅与材料种类有关，与温度、压力和磁场等外界因素无关C．电流通过导体的热功率与电流大小成正比D．电容是表征电容器容纳电荷本领的物理量，由C＝eq\f(Q,U)可知电容的大小是由Q(带电荷量)或U(电压)决定的【答案】A【解析】电源的电动势在数值上等于电源搬运单位正电荷时非静电力所做的功，A正确；电阻率是反映材料导电性能的物理量，不仅与材料种类有关，还与温度、压力和磁场等外界因素有关，B错误；电流通过导体的热功率与电流大小的平方成正比，C错误；电容是表征电容器容纳电荷本领的物理量，由决定式C＝eq\f(εrS,4πkd)可知电容的大小是由εr(相对介电常数)、S(正对面积)及d(极板间距)等因素决定的，C＝eq\f(Q,U)只是电容的定义式，D错误．命题点精析（二）电阻和电阻定律1．电阻与电阻率的关系电阻率是影响导体电阻大小的因素之一，导体的长度、横截面积一定时，导体材料的电阻率越大，导体的电阻越大。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，并不能说明电阻与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例2用电器到发电站的距离为l，线路上的电流为I，已知输电线的电阻率为ρ.为使线路上的电压降不超过U，那么，输电线横截面积的最小值为()A.eq\f(ρlI,U)B.eq\f(2ρlI,U)C.eq\f(U,ρlI)D.eq\f(2Ul,Iρ)【答案】B【解析】输电线的总长为2l，R＝eq\f(U,I)＝ρ·eq\f(2l,S)，则S＝eq\f(2ρlI,U)，故B正确．练3某同学拿了一根细橡胶管，里面灌满了盐水，两端用粗铜丝塞住管口，形成一段封闭的长度为20cm的盐水柱，测得盐水柱的电阻大小为R，如果盐水柱的电阻随长度、横截面积的变化规律与金属导体相同，则握住橡胶管的两端把它均匀拉长至40cm，此时盐水柱的电阻大小为()A．R B．eq\f(1,2)RC．2R D．4R【答案】D【解析】盐水柱的电阻随长度、横截面积的变化规律与金属导体相同，故遵守R＝ρeq\f(L,S)，握住橡胶管的两端把它均匀拉长至40cm，长度变为原来的2倍，由V＝LS知，横截面积变为原来的eq\f(1,2)，根据R＝ρeq\f(L,S)知，电阻变为原来的4倍，即为4R，故A、B、C错误，D正确。练42019年3月19日，复旦大学科研团队宣称已成功制备出具有较高电导率的砷化铌纳米带材料，据介绍该材料的电导率是石墨烯的1000倍。电导率σ就是电阻率ρ的倒数，即σ＝eq\f(1,ρ)。下列说法正确的是()A．材料的电导率越小，其导电性能就越强B．材料的电导率与材料的形状有关C．电导率的单位是Ω－1·m－1D．电导率大小与温度无关【答案】C【解析】由题知，材料的电导率越小，电阻率越大，阻碍电流的本领越强，导电性能越差，A错误；电导率与电阻率一样，与材料的长度、横截面积等无关，而与材料本身及温度、压力等有关，B、D错误；电阻率的单位是Ω·m，则电导率的单位是Ω－1·m－1，C正确。命题点精析（三）伏安特性曲线的理解及应用对伏安特性曲线的理解定义用纵坐标表示电流I、横坐标表示电压U，画出的I－U图像应用(1)伏安特性曲线上每一点的纵、横坐标对应此时的电流值、电压值(2)I－U图像中图线上某点与O点连线的斜率表示电阻的倒数，斜率越大，电阻越小(3)I－U图像中图线上某点到I轴、U轴的垂线与坐标轴所围的面积对应此时的电功率两类图线(1)线性元件的伏安特性曲线(图甲中a、b)是过原点的直线，表明它的电阻是不变的(2)非线性元件的伏安特性曲线(图乙中c、d)是曲线，表明它的电阻是变化的例3(多选)两电阻R1和R2的伏安特性曲线如图所示．从图线可判断()A．两电阻阻值的关系是R1＞R2B．电阻一定时，电流随着电压的增大而减小C．电压相同时，通过R1的电流较大D．两电阻串联接入电路时，R1消耗的功率小【答案】CD【解析】I－U图象的斜率k＝eq\f(I,U)＝eq\f(1,R)，即图象的斜率越大，电阻越小，故有R1＜R2，A错误；根据I－U图象可得电阻一定时，电流随电压的增大而增大，B错误；从I－U图象中可得电压相同时，通过电阻R1的电流较大，C正确；两电阻串联接入电路时，通过两电阻的电流相同，根据公式P＝I2R可得电阻越大，消耗的电功率越大，故D正确．练5小灯泡通电后其电流I随所加电压U变化的图线如图所示，P为图线上一点，PN为图线的切线，PQ为U轴的垂线，PM为I轴的垂线，则下列说法中错误的是()A．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所围的面积【答案】C【解析】由题图可知，U越大，小灯泡的电阻越大，故选项A正确．R＝eq\f(U,I)中的U、I与小灯泡所处状态下的电压与电流相对应，故选项B正确，C错误．对应P点，功率P＝U1I2，与题图中PQOM所围的面积相等，故选项D正确．练6如图所示，这是某白炽灯的伏安特性曲线，图中OA连线与横轴的夹角为α，A点的坐标为(U0，I0)，其切线与纵轴交点的纵坐标为I1，则()A．白炽灯的电阻随电压的增大而减小B．对应A点，白炽灯的电阻可表示为tanαC．对应A点，白炽灯的电功率可表示为U0I0D．对应A点，白炽灯的电阻可表示为eq\f(U0,I0－I1)【答案】C【解析】由题图可知，随电压U增大通过灯泡的电流I增大，电压与电流的比值增大，灯泡电阻增大，故A错误；对应A点，白炽灯的电阻可表示为R＝eq\f(U0,I0)＝eq\f(1,tanα)，故B错误；对应A点，白炽灯的电功率可表示为P＝U0I0，故C正确；由题图可知，A点的电压和电流分别为U0、I0，则在A点灯泡电阻：R＝eq\f(U0,I0)，不能根据eq\f(U0,I0－I1)求电阻，故D错误。命题点精析（四）电功、电功率、电热、热功率1．电功和电热、电功率和热功率的区别与联系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＝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＝I2R例4如图所示，有一个双量程电流表，其中小量程为0～1A。已知表头G的满偏电流Ig＝500mA，定值电阻R1＝20Ω，R2＝180Ω，则表头G的内阻Rg的值为()A．100Ω B．200ΩC．250Ω D．500Ω【答案】B【解析】当与表头G并联的电阻越大时，量程越小，即当接线柱接两端时，量程最小。由欧姆定律可知：(R1＋R2)(I－Ig)＝IgRg，代入数据解得：Rg＝200Ω，B正确。练7定值电阻R1、R2、R3的阻值均为2Ω，在电路中所消耗的电功率的最大值分别为10W、10W、2W，现将这三个电阻按照如图所示的方式连接，则这部分电路消耗的电功率的最大值为()A．22W B．12WC．15W D．16W【答案】B【解析】由题意知R1＝R2＝R3＝2Ω，P1m＝10W，P2m＝10W，P3m＝2W，首先分析两个并联电阻R2、R3所允许消耗的最大功率。因为R2与R3并联，则两端电压相等，由公式P＝eq\f(U2,R)知道，R2与R3所消耗的功率一样。已知R2与R3本身允许的最大功率分别是10W和2W，所以R2、R3在该电路中的最大功率都是2W，否则会超过R3的最大功率。再分析R1在电路中允许的最大功率。把R2与R3看成一个并联电阻R′，则电路就是R1与R′串联，而串联电路所流过的电流一样，再由P＝I2R知道，R1与R′所消耗功率之比为R1∶R′，R2与R3的并联阻值R′＝eq\f(R2,2)，即eq\f(R1,R′)＝2，所以R1消耗的功率是并联电阻R′的2倍，则R1消耗的功率是2×4W＝8W＜10W，所以这部分电路消耗的总功率最大为2W＋2W＋8W＝12W。练8某扫地机器人其内部电机的电阻为0.5Ω，内置锂电池容量为9A·h，额定功率为24W，额定电压为8V，则该机器人正常工作时()A．额定工作电流是3AB．额定工作电流是16AC．扫地机器人电池充满电之后最长工作时间9hD．扫地机器人每秒消耗电能为128J【答案】A【解析】额定工作电压为8V，额定功率为24W，根据P＝UI可得：I＝eq\f(P,U)＝3A，故A正确，B错误；题中“A·h”是电荷量的单位，则t＝eq\f(Q,I)＝eq\f(9A·h,3A)＝3h，故C错误；根据W＝Pt解得每秒消耗电能为W＝Pt＝24×1J＝24J，故D错误。核心素养大提升1.非纯电阻电路的分析方法(1)抓住两个关键量确定电动机的电压UM和电流IM是解决所有问题的关键．若能求出UM、IM，就能确定电动机的电功率P＝UMIM，根据电流IM和电动机的电阻r可求出热功率Pr＝Ieq\o\al(M2)r，最后求出输出功率P出＝P－Pr.(2)坚持“躲着”求解UM、IM首先，对其他纯电阻电路、电源的内电路等，利用欧姆定律进行分析计算，确定相应的电压或电流．然后，利用闭合电路的电压关系、电流关系间接确定非纯电阻电路的工作电压UM和电流IM.(3)应用能量守恒定律分析：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．例5(多选)如图所示，电源电动势E＝3V，小灯泡L的规格为“2V0.4W”，开关S接1，当滑动变阻器调到R＝4Ω时，小灯泡L正常发光，现将开关S接2，小灯泡L和电动机M均正常工作．则()A．电源内阻为1ΩB．电动机的内阻为4ΩC．电动机正常工作电压为1VD．电源效率约为93.3%【答案】AD【解析】小灯泡正常工作时的电阻RL＝eq\f(U2,P)＝10Ω，流过小灯泡的电流I＝eq\f(P,U)＝0.2A，当开关S接1时，R总＝eq\f(E,I)＝15Ω，电源内阻r＝R总－R－RL＝1Ω，A正确；当开关S接2时，电动机M两端的电压UM＝E－Ir－U＝0.8V，电动机为非纯电阻用电器，电动机内阻RM内≠eq\f(UM,I)＝4Ω，电源效率η＝eq\f(E－Ir,E)×100%＝eq\f(2.8V,3V)×100%≈93.3%，D正确．练9一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