第七章 第1讲 电流 电阻 电功及电功率

1、第七章 恒定电流 闭合电路欧姆定律 第1讲 电流 电阻 电功及电功率,知识点 1 电阻定律 电流 定义：自由电荷的_形成电流。 1.电流 方向：规定为_定向移动的方向。 定义式：I= 。 2.电阻 （1）定义式：R= 。 （2）物理意义：导体的电阻反映了导体对电流的_。,定向移动,正电荷,阻碍作用,3.电阻定律 （1）内容：导体的电阻跟导体的_成正比，跟导体的 _成反比，还跟导体的_有关。 （2）表达式：R= 。 4.电阻率 （1）计算式：= 。 （2）物理意义：反映导体的_，是表征材料性质的物 理量。,长度,横截面积,导电性能,材料,（3）电阻率与温度的关系。 金属：电阻率随温度升高而_。

2、半导体：电阻率随温度升高而_。 超导体：当温度降低到_附近时，某些材料的电阻 率突然_，成为超导体。,增大,减小,绝对零度,变为零,知识点 2 电功率、焦耳定律 1.电功 (1)定义：电路中_移动电荷做的功。 (2)公式：W=qU=_。 (3)电流做功的实质：_转化成其他形式能的过程。,电场力,UIt,电能,2.电功率 （1）定义：单位时间内电流做的功，表示电流做功的_。 （2）公式:P= =_。 3.焦耳定律 （1）定义:电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比， 跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比。 （2）公式:Q=_。,快慢,UI,I2Rt,【思考辨析】 （1）电荷定向移动的方向为电

3、流的方向。( ) （2）电流微观表达式InqSv中v为光速。 ( ) （3）由 可知，电阻与电流、电压都有关系。( ) （4）由 知，导体电阻率与导体的电阻和横截面积的乘 积RS成正比，与导体的长度l成反比。 ( ) （5）电阻率是由导体材料本身决定的。 ( ) （6）电风扇属于纯电阻，其电功等于电热。 ( ) （7）对纯电阻可以用 计算电功率。 ( ),分析：规定正电荷定向移动的方向为电流的方向，（1）错； 在InqSv中,v为自由电荷定向移动的速率，不等于光速， （2）错； 为电阻的定义式，而不是决定式，R与U、I无 关，（3）错；电阻率是由导体材料本身决定的，与导体本身 的长度、粗细无关

4、，故（4）错，（5）对；电风扇由于要输出 机械能，不是纯电阻，其电流做的功要大于电热，故（6） 错；对纯电阻来说,欧姆定律成立，把 代入P=UI可得 故（7）对。,考点 1 电流的三个公式 【考点解读】三个公式的比较,对比 分析,【典例透析1】截面直径为d、长为L的导线，两端电压为U，当这三个量中的一个改变时，对自由电子定向移动平均速率的影响，下列说法正确的是( ) A.电压U加倍时，自由电子定向移动的平均速率不变 B.导线长度L加倍时，自由电子定向移动的平均速率不变 C.导线截面直径d加倍时，自由电子定向移动的平均速率不变 D.导线截面直径d加倍时，自由电子定向移动的平均速率加倍,【解题探究

5、】（1）请写出以下三个表达式： 电流的微观表达式：I=_； 电阻定律：R= ； 欧姆定律：I= 。 （2）根据以上三个表达式导出自由电子定向移动的速率表达 式为v= 。,neSv,【解析】选C。根据电流I的微观表达式、定义式以及电阻的决 定式可得： 所以 由此可知电压U加倍 时，自由电子定向移动的平均速率v加倍，A错误；导线长度L 加倍时，自由电子定向移动的平均速率减半，B错误；导线截 面直径d加倍时，自由电子定向移动的平均速率v不变，C正 确，D错误。,【互动探究】典例透析1中，若保持d、L、U不变，而换用其他 材料的导线，则自由电子的平均速率是否改变？ 【解析】由I=neSv和 再根据 可

6、得： 故自由电子的平均速率和导体单位体积内的自由电子数目n、 导体的电阻率有关。故换用其他材料的导线时，由于不同材 料的n和一般不同，所以自由电子的平均速率可能改变，也 可能不变。 答案：可能改变，也可能不变,【总结提升】电流微观表达式的相关说明 （1）判断某个量与其他量的变化关系，可以根据公式推导出该物理量的表达式,就能看出该物理量与其他量是否有关，以及随其他量的变化如何变化等。 （2）电流的微观表达式在金属导体、静电除尘、电视机显像管等问题中都有应用。,考点 2 电阻、电阻定律的应用 【考点解读】 1. 与 的比较,拓展延伸,2.电阻率的理解 （1）电阻率可以用 计算，在数值上等于用某种材

7、料制 成的长为1 m、横截面积为1 m2的导线的电阻值。 （2）电阻率与导体材料有关，与导体长度l、横截面积S无 关。 （3）电阻率与温度有关。例如，金属材料的电阻率随温度的 升高而增大。半导体材料的电阻率随温度的升高而减小。有些 材料的电阻率几乎不受温度的影响，可制作标准电阻。,【典例透析2】有两根完全相同的金属裸导线A和B，如果把导线A均匀拉长到原来的2倍，导线B对折后绞合起来，然后分别加上相同的恒定电压，则其电阻之比为( ) A.116 B.161 C.14 D.41,【解题探究】（1）导体被拉伸或绞合后导体的电阻率_，体 积_（A.不变 B.变化）。 （2）若A、B导线原来的电阻为R,

8、则: 均匀拉长到原来的2倍后，A的电阻RA=_； 对折绞合后，B的电阻RB= 。,A,A,4R,【解析】选B。某导体的形状改变后，由于质量和材料不变， 则总体积不变、电阻率不变，当长度l和面积S变化时，应用 V=Sl来确定S、l在形变前后的关系，分别用电阻定律即可求出 l、S变化前后导体的电阻关系。,一根给定的导线体积不变，若均匀拉长为原来的2倍，则横截 面积为原来的 ，设A、B导线的原长为l，横截面积为S，电阻 为R，则：lA=2l， 故 所以,【总结提升】导体形变后电阻的分析方法 某一导体的形状改变后，讨论其电阻变化应抓住以下三点： （1）导体的电阻率不变。 （2）导体的体积不变，由V=l

9、S可知l与S成反比。 （3）在、l、S都确定之后，应用电阻定律 求解。,【变式训练】某用电器与供电电源距离L，线路上的电流为I，若要求线路上的电压降不超过U，已知输电导线的电阻率为,那么，该输电导线的横截面积的最小值是( ) A. B. C. D. 【解析】选B。由电阻的定义式有 结合电阻定律 得 B正确。,【变式备选】如图甲为一测量电解液电阻率的玻璃容器，P、Q为电极，设a=1 m,b=0.2 m,c=0.1 m，当里面注满某电解液，且P、Q加上电压后，其U-I图线如图乙所示，当U=10 V时，求电解液的电阻率是多少？,【解析】由题图乙可求得电解液的电阻为 由题图甲可知电解液长为l=a=1

10、m 横截面积为S=bc=0.02 m2 结合电阻定律 得 答案：40 m,考点 3 电功与电热 【考点解读】,解题技巧,【典例透析3】有一个小型直流电动机，把它接入电压为U10.2 V的电路中时，电动机不转，测得流过电动机的电流是I1=0.4 A;若把电动机接入U22.0 V的电路中，电动机正常工作，工作电流是I2=1.0 A，求电动机正常工作时的输出功率多大？如果在电动机正常工作时，转子突然被卡住，此时电动机的发热功率是多大？,【解题探究】试分析电动机何时为纯电阻，何时为非纯电阻： （1）电动机不转时为_； （2）电动机正常工作时为_。,纯电阻,非纯电阻,【解析】U1=0.2 V时，电动机不

11、转，此时电动机为纯电阻，故 电动机线圈内阻 时，电动机正 常工作。此时电动机为非纯电阻，则由电功率与热功率各自的 定义式，得 P电U2I22.01.0 W=2 W。,所以由能量守恒可得电动机的输出功率 P出P电-P热2 W-0.5 W1.5 W。 此时若电动机突然被卡住，则电动机又为纯电阻，其热功率 答案：1.5 W 8 W,【总结提升】非纯电阻问题的“三大注意” （1）无论是纯电阻还是非纯电阻，电功均为W=UIt，电热均为Q=I2Rt。 （2）处理非纯电阻的计算问题时，要善于从能量转化的角度出发，紧紧围绕能量守恒，利用“电功电热+其他能量”寻找等量关系求解。 （3）非纯电阻在一定条件下可当作

12、纯电阻处理，如电动机卡住不转时即为纯电阻。,【变式训练】如图所示，有一个提升重物用的直流电动机，电阻为r=0.6 ，电路中的固定 电阻R10 ，电路两端的电 压U=160 V，理想电压表的示数 U=110 V，则通过电动机的 电流是多少，电动机的输入功 率和输出功率又各是多少？,【解析】由电路图可知，电阻R与电动机串联，所以电流相 等，对电阻R根据欧姆定律得： 电动机的输入功率P=IU=5110 W=550 W 电动机的发热功率P1=I2r=520.6 W=15 W 所以电动机的输出功率P出P-P1535 W。 答案：5 A 550 W 535 W,【资源平台】电能的估算问题 家用电器即使没有

13、使用，只要插头插在电源上处于待机状态，也会消耗电能。根据下表提供的数据，估算这些电器待机1天耗电约为( ),A.0.3度 B.0.6度 C.0.9度 D.1.2度 【规范解答】选A。1度3.6106 J，这些电器待机一天耗电W=Pt=(4+1+4+2)243 600 J=9.5105 J=0.3度。故A正确，B、C、D错误。,1.某电解池，如果在1秒钟内共有5.01018个二价正离子和1.01019个一价负离子通过某横截面，那么通过这个横截面的电流是( ) A.0 A B.0.8 A C.1.6 A D.3.2 A,【解析】选D。通过横截面的正离子的电量 q1=1.610-1925.01018

14、 C。 通过横截面的负离子的电量 q2=-1.610-191.01019 C， 则q=|q1|+|q2|=3.2 C，根据 故D正确。,2.关于材料的电阻率，下列说法正确的是( ) A.把一根长导线截成等长的三段，则每段的电阻率都是原来的 B.材料的电阻率随温度的升高一定增大 C.纯金属的电阻率较合金的电阻率小 D.电阻率是反映材料导电性能好坏的物理量，电阻率越大的导 体对电流的阻碍作用越大,【解析】选C。材料的电阻率与长度无关，A错误；半导体材料的电阻率随温度升高而减小，故B错误；纯金属的电阻率较合金的电阻率小，C正确；电阻率大的导体，电阻不一定大，故D错误。,3.如图所示，R1和R2是同种

15、材料、厚度相同、表面为正方形的导体，但R1的尺寸比R2的尺寸大。在两导体上加相同的电压，通过两导体的电流方向如图，则下列说法中正确的是( ),A.R1中的电流小于R2中的电流 B.R1中的电流大于R2中的电流 C.R1中自由电荷定向移动的速率大于R2中自由电荷定向移动的 速率 D.R1中自由电荷定向移动的速率小于R2中自由电荷定向移动的 速率 【解析】选D。设正方形边长为L、厚度为d，则 则 相等，A、B错误。由I=nqSv=nqLdv得L大的 v就小，C错误，D正确。,4.（2012浙江高考）功率为10 W的发光二极管（LED灯）的 亮度与功率为60 W的白炽灯相当。根据国家节能战略，2016年 前普通白炽灯应被淘汰。假设每户家庭有2只60 W的白炽灯， 均用10 W的LED灯替代，估算出全国一年节省的电能最接近 ( ) A.8108 kWh B.81010 kWh C.81011 kWh D.81013 kWh,【解析】选B。每个家庭节省的功率为P=0.1 kW，全国约有n=4108个家庭，每个家庭平均每天用电5小时，则全国一年节省的电能为W=Pnt=0.1 kW41083655 h=7.3 1010 kWh，选项B正确，其他选项错误。,5.（2012上海高考）当电阻两端加上某一稳定电压时，通过该电阻的电荷