2025年物理新高考备考2025年（版）物理《三维设计》一轮总复习（提升版）第1讲　电流　电阻　电功　电功率

课标要求备考策略1.观察并能识别常见的电路元器件，了解它们在电路中的作用。2.了解串、并联电路电阻的特点。3.理解闭合电路欧姆定律。4.理解电功、电功率及焦耳定律，能用焦耳定律解释生产生活中的电热现象。5.能分析和解决家庭电路中的简单问题，能将安全用电和节约用电的知识应用于生活实际。实验十一：导体电阻率的测量。实验十二：电池电动势和内阻的测量。实验十三：练习使用多用电表本章的知识主要在实验中考查，电表的改装、测量金属丝的电阻率、测量电源的电动势和内阻、练习使用多用电表等实验都是电学实验的高频考点，既有常规考查，也有创新考查。要特别关注实验，关注基本仪器的使用、实验原理的理解、实验数据的分析和处理等，培养学生解决实际问题的能力第1讲电流电阻电功电功率考点一电流的概念及表达式1.电流：电荷的定向移动形成电流，公式I＝qt2.电流形成的条件：导体中有自由电荷；导体两端存在电压。3.电流的标矢性：电流是标量，但有方向，规定正电荷定向移动的方向为电流的方向。电流的三种表达式及其比较公式适用范围字母含义公式含义I＝q一切电路q为时间t内通过导体横截面的电荷量qt反映了I的大小，但不能说I∝q、I∝公式适用范围字母含义公式含义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I＝U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∝11.【电流定义式的应用】自动体外除颤器是一种便携式的医疗设备，它可以诊断特定的心律失常，并且给予电击除颤，是可被非专业人员使用的用于抢救心脏骤停患者的医疗设备。某型号自动体外除颤器的电容器电容是16μF，充电至4kV电压，电容器在4ms时间内完成放电，下列说法正确的是（）A.电容器放电完成后电容为零B.电容器的击穿电压为4kVC.电容器充电后的电荷量为0.64CD.电容器放电过程中平均电流为16A解析：D电容是表征电容器储存电荷本领大小的物理量，放电之后，电容器的电容大小是不变的，故A错误；该电容器电压可充电到4.0kV，必然小于击穿电压，故B错误；根据Q＝CU＝16×10－6×4.0×103C＝0.064C，可知放电前，电容器储存的电荷量为0.064C，故C错误；根据I＝Qt＝0.0644×10－3A＝16A2.【等效电流的计算】（2024·陕西西安统考）某同学设计了一种利用放射性元素β衰变的电池，该电池采用金属空心球壳结构，如图所示，在金属球壳内部的球心位置放有一小块与球壳绝缘的放射性物质，放射性物质与球壳之间是真空，球心处的放射性物质的原子核发生β衰变，向四周均匀发射电子，电子的电荷量为e。已知单位时间内从放射性物质射出的电子数为N，在金属壳外表面有一块极小的圆形面积S，其直径对球心的张角为α弧度，则通过圆形面积S的电流大小约为 （）A.Neα216C.Neα2π 解析：A单位时间内从放射性物质射出的电子数为N，则t时间内从放射性物质射出的电荷量Q总＝Net，结合几何关系可知在金属壳外表面有一块极小的圆形面积S上的电荷量为Q＝S4πr2Q总＝α216Net，根据电流的定义有I＝Q3.【电流微观表达式的应用】（2024·四川乐山模拟）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，自由电子的质量为m、电荷量为e。在棒两端加上恒定的电压时，棒内产生电流，自由电子定向移动的平均速率为v，则金属棒内的电场强度的大小为（）A.mv22C.ρnev D.ρev解析：C由电流的定义式可知I＝qt＝nvtSet＝neSv。由欧姆定律可得U＝IR＝neSv·ρLS＝ρneLv，又E＝UL，联立解得E＝ρnev考点二欧姆定律及电阻定律1.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＝UR（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。2.对U－I图像和I－U图像的理解（如图甲、乙所示）（1）图线a、e、d、f表示线性元件，b、c表示非线性元件。（2）图线b的斜率不断变小，电阻不断变小；图线c的斜率不断变大，电阻不断变小。（3）图中Ra＞Re，Rd＜Rf。（均选填“＞”“＜”或“＝”）（4）对于非线性元件，应根据R＝UI计算某点的电阻，而不是该点切线的斜率（或斜率的倒数）3.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＝ρlS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）电阻率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：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；超导体：一些金属和合金在温度低到临界温度时，电阻可以降到0。▢判断小题1.由R＝UI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ρ＝RSl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。 （×3.电阻率越大，导体对电流的阻碍作用就越大。 （×）4.U－I图像斜率的变化反映阻值的变化。 （√）公式决定式定义式R＝ρlR＝U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）1.【电阻定律的应用】（2024·浙江绍兴模拟）如图所示，P是一个表面均匀镀有很薄电热膜的长陶瓷管，其长度为L，直径为D，镀膜材料的电阻率为ρ，膜的厚度为d。管两端有导电金属箍M、N。现把它接入电路中，测得M、N两端电压为U，通过它的电流为I，则金属膜的电阻率的值为 （）A.UI B.C.πUDdIL 解析：C由欧姆定律可得，镀膜材料的电阻R＝UI，镀膜材料的横截面积为S＝2π·D2·d＝πDd，根据电阻定律可得R＝ρLS，所以镀膜材料的电阻率ρ＝SRL＝π2.【伏安特性曲线】如图所示为通过某种半导体材料制成的电阻的电流随其两端电压变化的关系图线，在图线上取一点M，其坐标为（U0，I0），其中过M点的切线与横轴正向的夹角为β，MO与横轴的夹角为α。则下列说法正确的是 （）A.该电阻的阻值随其两端电压的升高而减小B.该电阻的阻值随其两端电压的升高而增大C.当该电阻两端的电压U＝U0时，其阻值为1tanD.当该电阻两端的电压U＝U0时，其阻值为tanβΩ解析：A由题图可知，斜率表示电阻的倒数，半导体的I－U特性曲线斜率变大，则阻值随电压的升高而变小，故A正确，B错误；当该电阻两端的电压U＝U0时，电阻R＝U0I0，由于纵坐标与横坐标的标度不确定，所以不能用R＝1tanαΩ计算电阻，也不能用R＝tanβΩ计算电阻，3.【欧姆定律与电阻定律的综合应用】有两根完全相同的金属裸导线，如果把其中的一根均匀拉长到原来的2倍，把另一根对折后绞合起来，然后给它们分别加上相同电压后，则在相同时间内通过它们的电荷量之比为 （）A.1∶4 B.1∶8C.1∶16 D.16∶1解析：C对于第一根导线，均匀拉长到原来的2倍，则其横截面积变为原来的12，由电阻定律可得其电阻变为原来的4倍；第二根导线对折绞合后，长度变为原来的12，横截面积变为原来的2倍，故其电阻变为原来的14。给上述变化后的祼导线加上相同的电压，由欧姆定律得I1＝U4R，I2＝UR4＝4UR，由I＝qt可知，在相同时间内，通过它们的电荷量之比q1∶q2＝考点三串、并联电路的特点电流表、电压表的改装原理串、并联电路的特点串联电路并联电路电流I＝I1＝I2＝…＝InI＝I1＋I2＋…＋In电压U＝U1＋U2＋…＋UnU＝U1＝U2＝…＝Un电阻R＝R1＋R2＋…＋Rn1R＝1R1＋1R串联电路并联电路功率分配P1R1＝P2P1R1＝P2R2＝…＝PnRnP总＝P1＋P2＋…＋Pn1.串、并联电路的几个推论（1）串联电路的总电阻大于其中任一部分电路的总电阻。（2）并联电路的总电阻小于其中任一支路的总电阻，且小于其中最小的电阻。（3）无论是串联电路还是并联电路，电路中任意一个电阻变大时，电路的总电阻变大。2.电表的两种改装对比改装成大量程电压表改装成大量程电流表内部电路改装成大量程电压表改装成大量程电流表改装原理串联分压并联分流所需电阻阻值R＝UIg－R＝U改装后的量程U＝Ig（Rg＋R）I＝R＋R校准电路【例1】（2024·河南灵宝模拟）如图所示，某学习小组进行电表改装的实验，已知表头内阻为100Ω，满偏电流为300mA，使用O、A接线柱时它是量程为0～3A的电流表，使用O、B接线柱时它是量程为0～0.6A的电流表，使用O、C接线柱时它是量程为0～60V的电压表，求图中的R1、R2、R3的阻值。答案：208050解析：使用O、A接线柱时，量程为0～3A，则有IOA＝3A＝Ig＋I使用O、B接线柱时，量程为0～0.6A，则有IOB＝0.6A＝Ig＋I其中Ig＝0.3A，Rg＝100Ω联立解得R1＝20Ω，R2＝80Ω使用O、C接线柱时，量程为0～60V，则有UOC＝60V＝IOBRg（R1＋R解得R3＝50Ω。1.【串联电路分析】如图所示，当电路a、b两端接入100V电压时，则c、d两端输出电压为20V；当电路c、d两端接入100V电压时，则a、b两端输出电压为50V。据此可知R1∶R2∶R3为 （）A.4∶2∶1 B.2∶1∶1C.3∶2∶2 D.1∶1∶2解析：A当a、b两端接入电压时，根据欧姆定律得20V＝100V2R1＋R2R2，解得R1∶R2＝2∶1；当c、d两端接入电压时，有50V＝100V2R3＋R2R2，解得R2∶R3＝2∶1，联立得R1∶R2∶R2.【并联电路分析】如图所示的电路中，A1和A2为理想电流表，示数分别为I1和I2，R1∶R2∶R3＝1∶2∶3；当a、b两点间加一恒定的电压U后，下列结论正确的是 （）A.I1∶I2＝3∶4B.I1∶I2＝4∶9C.将A1、A2换成理想电压表，其示数之比为3∶5D.将A1、A2换成理想电压表，其示数之比为1∶1解析：C电源接在a、b两点，开始时，电路图如图甲所示，并联电路中各支路两端的电压相等，且干路电流等于各支路电流之和，图中I1I2＝UR2＋UR3UR1＋UR2＝59，故A、B错误；将A1、A2换成理想电压表，如图乙所示成为串联电路，UR1∶UR2∶考点四电功、电功率电热、热功率1.电功（1）定义：是指电路中静电力对定向移动的电荷所做的功。（2）公式：W＝qU＝IUt（适用于任何电路）。2.电功率（1）定义：电流在一段电路中所做的功与通电时间之比。（2）公式：P＝Wt＝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.电动机电路中的能量转化（1）能量转化：电动机消耗的电能，一部分转化为机械能，还有一部分转化为内能。（2）关系式：P电＝P机＋P损，其中P电＝UI，P损＝I2R。▢判断小题1.公式W＝UIt＝U2Rt＝I2Rt适用于所有电路。 （2.在非纯电阻电路中P＝UI＝I2R＋P其他。 （√）3.焦耳定律只适用于纯电阻电路，不适用于非纯电阻电路。 （×）4.电动机通电但卡住不转动时可以看成纯电阻。 （√）1.纯电阻电路与非纯电阻电路的比较2.关于非纯电阻电路的两点注意（1）在非纯电阻电路中，要注意U2Rt既不能表示电功，也不能表示电热（2）不要误认为电动机电路一定是非纯电阻电路①当电动机转动时：电动机电路为非纯电阻电路，此时U＞IR，欧姆定律不再适用，大部分电能转化为机械能。②当电动机通电但卡住不转动时：电动机电路可以看成纯电阻电路，欧姆定律仍适用，电能全部转化为内能。【例2】（2022·江苏高考2题）如图所示，电路中灯泡均正常发光，阻值分别为R1＝2Ω，R2＝3Ω，R3＝2Ω，R4＝4Ω。电源电动势E＝12V，内阻不计，四个灯泡中消耗功率最大的是 （）A.R1 B.R2C.R3 D.R4解析：A由电路图可知R3与R4串联后与R2并联，再与R1串联。并联电路部分的等效电阻为R并＝R2（R3＋R4）R2＋R3＋R4＝2Ω。由闭合电路欧姆定律可知，干路电流即经过R1的电流为I1＝I＝ER1＋R并＝3A，并联部分各支路电流大小与电阻成反比，则I2＝R并IR2＝2A，I3＝I4＝R并IR3＋R4＝1A。四个灯泡的实际功率分别为P1＝I12R1＝18W，P2＝I22R1.【纯电阻电路的分析】（2024·山东泰安质检）某家庭使用的智能电饭煲的铭牌如图所示。假定该家庭用此电饭煲每天煮饭两次，每次在额定功率下工作30分钟，电价1kW·h为0.54元，则该电饭锅（）A.工作时的额定电流为0.41AB.保温时的电流为0.2AC.每次煮饭需消耗电能4.5kW·hD.一年因煮饭而产生的电费约为177元解析：D由题中所给信息知：额定电流I＝PU＝900220A≈4.1A，选项A错误；保温时电流I'＝P'U＝30220A≈0.14A，选项B错误；每次煮饭消耗电能W＝Pt＝900×10－3×12kW·h＝0.45kW·h，选项C错误；一年因煮饭而产生的电费0.45×2×365×0.54元≈2.【非纯电阻电路的分析】（2024·江苏盐城模拟）空气炸锅的等效简化电路图如图所示，电源的电动势为6V，电源的内阻不计，小风扇M的额定电压为6V，额定功率为3W，线圈内阻为r＝1Ω，电阻R1＝R2＝10Ω，则下列说法中正确的是 （）A.只闭合开关S1，小风扇正常工作时电流为6AB.只闭合开关S1，小风扇正常工作时发热功率为2.75WC.同时闭合开关S1和S2，若小风扇正常工作，则通过电阻R1的电流为0.3AD.同时闭合开关S1和S2，若小风扇正常工作，则电阻R1消耗的功率为3.6W解析：D由题图可看出当只闭合S1时，电阻R1与R2串联，再与小风扇M并联，且电源的内阻不计，则小风扇M的电压刚好为额定电压，则PM＝IME，解得IM＝0.5A，则小风扇M正常工作时发热功率为PM热＝IM2r＝0.25W，A、B错误；由题图可看出同时闭合开关S1和S2，电阻R2被短路，则R1与小风扇M并联，且电源的内阻不计，则通过电阻R1的电流为I1＝ER1，解得I1＝0.6A，则电阻R1消耗的功率为P1＝I12R1，解得P1＝3.6W跟踪训练·巩固提升1.（多选）下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法正确的是（）A.电功率越大，电流做功越快，电路中产生的焦耳热一定越多B.W＝UIt适用于任何电路，而W＝I2Rt＝U2RC.在非纯电阻电路中，UIt＞I2RtD.焦耳热Q＝I2Rt适用于任何电路解析：BCD电功率越大，电流做功越快，但产生的热量不一定越多，故A错误；W＝UIt适用于任何电路，而W＝I2Rt＝U2Rt只适用于纯电阻电路，故B正确；在非纯电阻电路中，电功大于电热，即UIt＞I2Rt，故C正确；求焦耳热时Q＝I2Rt适用于任何电路，故2.如图所示的电解池接入电路后，在t秒内有n1个一价正离子通过溶液内某截面S，有n2个一价负离子通过溶液内某截面S，设e为元电荷，以下说法正确的是 （）A.当n1＝n2时，电流为零B.当n1＞n2时，电流方向为A→B，电流为I＝（C.当n1＜n2时，电流方向为B→A，电流为I＝（D.无论n1、n2大小如何，电流方向都为A→B，电流都为I＝（解析：D由题意可知，流过容器截面上的电荷量q＝（n1＋n2）e，则电流为I＝（n1＋n2）et，方向与正电荷的定向移动方向相同，3.（2024·四川泸州模拟）通过某段圆柱形导体的电流大小为I，该导体中单位长度的自由电荷数为N，每个自由电荷带电荷量均为q。则导体中自由电荷定向移动速度v的大小为 （）A.v＝INq B.v＝C.v＝IqN D.v＝解析：A在时间t内通过导体横截面的自由电荷总电荷量Q＝Nvtq，由电流的定义式I＝Qt，解得v＝INq，故选4.（2024·陕西西安模拟）某一导体的伏安特性曲线如图中AB段（曲线）所示，关于导体的电阻，以下说法正确的是 （）A.B点的电阻为120ΩB.B点的电阻为40ΩC.导体的电阻因温度的影响改变了1ΩD.导体的电阻因温度的影响改变了9Ω解析：B由I－U图像可得B点的电阻为RB＝UI＝61.5×10－1Ω＝40Ω，A错误，B正确；A点的电阻为RA＝30.1Ω＝30Ω，故两点间的电阻改变了5.（多选）（2024·广东深圳模拟）离地面高度5.0×104m以下的大气层可视为电阻率较大的漏电介质，假设由于雷暴对大气层的“电击”，使得离地面高度5.0×104m处的大气层与带负电的地球表面之间形成稳定的电场，其电势差约为3×105V。已知，雷暴每秒钟给地球充电的电荷量约为1.8×103C，地球表面积近似为5.0×1014m2，则（）A.该大气层的等效电阻约为600ΩB.该大气层的平均漏电电流约为1.8×103AC.该大气层的平均电阻率约为1.7×1012Ω·mD.该大气层的平均电阻率约为1.7×108Ω·m解析：BC该大气层的平均漏电电流约为I＝qt＝1.8×1031A＝1.8×103A，该大气层的等效电阻为R＝UI＝3×1051.8×103Ω≈167Ω，故A错误，B正确；根据R＝ρLS可得，该大气层的平均电阻率约为ρ＝RSL6.（2024·云南昆明模拟）P1和P2是材料相同、上下表面为正方形的长方体导体，P1的上、下表面积大于P2的上、下表面积，将P1和P2按图所示方式接入电路中，闭合开关后 （）A.若P1和P2的体积相同，则P1的电功率大于P2的电功率B.若P1和P2的体积相同，则流过P1的电流大于流过P2的电流C.若P1和P2的厚度相同，则流过P1的电流小于流过P2的电流D.若P1和P2的厚度相同，则P1内自由电荷定向移动的速率比P2的小解析：D由于两电阻并联在电路中，因此两电阻两端的电压相等，设电阻的上、下表面边长为a，厚度为d，根据电阻定律，有R＝ρLS＝ρaad＝ρd，则可知电阻与厚度d有关，与表面边长无关；如果两导体的体积相同，由V＝Sd，可知P1的厚度小于P2厚度，因此P1的电阻大于P2的电阻；两电阻两端电压相等，电流为I＝UR，所以通过P1的电流小于通过P2的电流，故B错误；由电功率的表达式有P＝UI，可知P1的电功率小于P2的电功率，故A错误；若厚度相同，则两电阻阻值相同，由I＝UR可知流过P1的电流等于流过P2的电流，故C错误；因为流过P1的电流等于流过P2的电流，根据电流的微观表达式有I＝nqSv，两个导体材料相同，所以n、q相同，又因为P1的横截面积大，所以P1内自由电荷定向移动的速率比P27.（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 （）自重40kg额定电压48V载重75kg额定电流12A最大行驶速度20km/h额定输出功率350WA.电动机的输入功率为576WB.电动机的内电阻为4ΩC.该车获得的牵引力为104ND.该车受到的阻力为63N解析：AD由于额定状态下U＝48V，I＝12A，则P＝IU＝576W，故选项A正确；因P入＝P出＋I2r，r＝P入－P出I2＝576－350122Ω≈1.57Ω，故选项B错误；该车以最大速度行驶时，由P出＝Fv＝Ffv得，F＝8.如图所示，把两个相同的灯泡分别接在甲、乙电路中，甲电路两端的电压为8V，乙电路两端的电压为16V。调节变阻器R1和R2使两灯泡都正常发光，此时变阻器消耗的功率分别为P1和P2，两电路中消耗的总功率分别为P甲和P乙，则下列关系正确的是 （）A.P甲＜P乙 B.P甲＞P乙C.P1＞P2 D.P1＝P2解析：D设灯泡的额定电流为I，因两灯泡都正常发光，电流均为额定电流I，则甲电路中总电流I甲＝2I，乙电路中总电流I乙＝I，所以P甲＝U甲I甲＝8×2I（W）＝16I（W），P乙＝U乙I乙＝16×I（W）＝16I（W），则P甲＝P乙，选项A、B错误；R1消耗的功率P1＝P甲－2P灯，R2消耗的功率P2＝P乙－2P灯，故P1＝P2，选项C错误，D正确。9.如图甲所示，用充电宝为一手机电池充电，其等效电路如图乙所示。在充电开始后的一段时间t内，充电宝的输出电压U、输出电流I可认为是恒定不变的，设手机电池的内阻为R，则时间t内 （）A.充电宝输出的电功率为UI＋I2RB.充电宝产生的热功率为I2RC.手机电池产生的焦耳热为U2D.手机电池储存的化学能为UIt－I2Rt解析：D因充电宝的输出电压为U、输出电流为I，所以充电宝输出的电功率为P＝UI，A错误；手机电池充电电流为I，所以手机电池产生的热功率为PR＝I2R，而充电宝的热功率应为充电宝的总功率减去输出功率，根据题目信息无法求解，B错误；由于手机电池是非纯电阻电路，所以不能用U2Rt计算手机电池产生的焦耳热，手机电池产生的焦耳热为I2Rt，C错误；充电宝输出的电能一部分转化为手机电池的化学能，一部分转化为手机电池的内能，故根据能量守恒定律可知手机电池储存的化学能W＝UIt－I2Rt，故10.（多选）在如图甲所示的电路中，L1、L2、L3为三个规格相同的小灯泡，这种小灯泡的I－U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 （）A.L1两端电压为L2两端电压的2倍B.L1消耗的电功率为0.75WC.L2的电阻为4ΩD.L1、L2消耗的电功率的比值大于12解析：BD电路中的总电流为0.25A，则L1中电流为0.25A，由小灯泡的I－U特性曲线可知，L1两端电压为3.0V，L1消耗的电