物理高考大一轮复习课件第七章恒定电流第1讲欧姆定律电功和电功率

1、一、电流 1.定义:电荷的定向移动形成电流。 2.公式:I=。,3.方向:规定和正电荷定向移动的方向相同,和负电荷定向移动的方向相反。 4.形成电流的条件:导体两端存在电压。,5.单位:国际单位是安。 1 A=103 mA=106 A。 注意I=中q是指时间t内通过导体某一横截面而不是单位横截面的 电荷量。在电解液导电和气体导电中q应为通过该截面的正、负电荷量的绝对值之和。,二、电阻 1.定义:导体两端的电压与通过导体中的电流的比值。 2.定义式:R=。 3.单位:欧姆,简称欧,国际符号 。 4.物理意义:导体的电阻反映了导体对电流阻碍作用的大小,R越大,阻碍作用越强。 三、电阻定律 1.内容

2、: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.电阻率 (1)计算公式:=,与导体的长度l、横截面积S无关,是导体材料本身的 电学性质,由导体的材料决定,且与温度有关。 (2)物理意义:反映材料导电性能好坏的物理量,在数值上等于用这种材料制成的1 m长,横截面积为1 m2的导线的电阻值。 (3)与温度的关系 a.随温度的升高而增大,如金属材料。 b.随温度的升高而减小,如半导体材料。 c.几乎不受温度的影响,如锰铜合金、镍铜合金。,1.电功:电流在一段电路中所做的功等于这段电路两端的电压U、电路中的电流I、通电时间t三者的乘积,即W=U

3、It。 2.电功率:单位时间内电流所做的功。由W=UIt和P=得出,P=UI。只有 在纯电阻电路中P=I2R。 3.电热:电流流过一段导体时产生的热量。Q等于电流I的平方、导体的电阻R、通电时间t三者的乘积。 Q=I2Rt(焦耳定律)。 适用范围:Q=I2Rt适用于任何形式的恒定电流电路的电热计算(纯电阻电路和非纯电阻电路)。,四、电功、电功率、电热,焦耳定律说明有电阻才能产生电热,如果一段电路上的电阻R=0,这段电路上将无电热产生,如电流流过超导体时。 注意电流做功的实质是电场力对电荷做功,就是电能转化为其他形式 能的过程。,3.电热:电流流过一段导体时产生的热量。Q等于电流I的平方、导体的

4、电阻R、通电时间t三者的乘积。 Q=I2Rt(焦耳定律)。 适用范围:Q=I2Rt适用于任何形式的恒定电流电路的电热计算(纯电阻电路和非纯电阻电路)。,1.关于导体的电阻,下列说法正确的是() A.导体的电阻仅由导体两端的电压决定 B.导体的电阻在一定温度下仅由长度和横截面积决定 C.导体的电阻在一定温度下由导体的长度、粗细及材料决定 D.导体的电阻与导体所通电流的大小有关 答案C导体的电阻在一定温度下由导体的材料、长度、横截面积决 定,与电压、电流无关,因此A、B、D错误,C正确。,2.一台电动机的线圈电阻与一只电炉的电阻相同,当二者通过相同的电流且均正常工作时,在相同的时间内() 电炉放出

5、的热量与电动机放出的热量相等 电炉两端电压小于电动机两端电压 电炉两端电压等于电动机两端电压 电动机消耗的功率大于电炉消耗的功率 A.B.C.D. 答案A由P热=I2R知正确。对电炉P电炉=UI=I2R,而电动机P电动机=UI=I2 R+P机,所以UU,P电炉P电动机,正确。,3.如图所示,一根横截面积为S的均匀长直橡胶棒上均匀带有负电荷,每米电荷量为q,当此棒沿轴线方向做速度为v的匀速直线运动时,由于棒运动而形成的等效电流大小为() A.vqB.C.qvSD. 答案A在运动方向上假设有一截面,则在t时间内通过截面的电荷量 为Q=vtq,等效电流I=vq,故A正确。,4.一种冷暖两用型空调铭牌

6、标注有如下指标:输入功率1 kW,制冷能力1.2104 kJ/h,制热能力1.3104 kJ/h。该空调在制热时,每消耗1 J电能,将放出约3 J的热量。下列说法正确的是() A.铭牌上标注的指标一定是虚假的 B.空调制热时放出的热量全部是由电能转化而来的 C.此过程违反了能量守恒定律 D.空调制热时放出的热量,一部分是由电能转化而来的,另一部分则是从外界吸收的 答案D考查电功、电功率及能量守恒定律。空调制热时,一部分电能 用于将室外空气的热量转移到室内,另一部分电能用于加热室内空气,故放,出的热量,一部分是由电能转化而来的,另一部分则是从外界吸收的,D正确。,1.电流的微观表达式,如图所示,

7、AD表示粗细均匀的一段导体,长为l,两端加一定的电压,导体中的自由电荷沿导体定向移动的速率为v,设导体的横截面积为S,导体每单,重难一电流的微观本质,位体积内的自由电荷数为n,每个自由电荷的电荷量为q,AD导体中自由电荷总数N=nlS,总电荷量Q=Nq=nqlS,所用时间t=,所以导体AD中的电流 I=nqSv。 2.三种速率的区分 I=nqSv中的v是电荷的定向移动速率,不同于电流的传导速率和电荷无规则热运动的速率,它们之间的区别如下: (1)电流的定向移动速率是自由电荷沿某一方向运动的速率,金属导体中约为10-5 m/s。,(2)电流的传导速率是电场的传播速率,等于光速,大小为3108 m

8、/s。 (3)自由电荷无规则热运动的速率约为105 m/s。,典例1如图是静电除尘器示意图,A接高压电源的正极,B接高压电源的负极,A、B之间有很强的电场,空气被电离为电子和正离子,电子奔向正极A的,过程中,遇到烟气的煤粉,使煤粉带负电,吸附到正极A上,排出的烟就成为清洁的了。已知每千克煤粉会吸附n mol电子,每昼夜能除m kg,计算高压电源的电流I。电子电荷量设为e,阿伏加德罗常数为NA,一昼夜时间为t。,解析由于电离出的气体中的电子和正离子同时导电,则流过电源的电 荷量q跟煤粉吸附的电荷量q的关系是: q= 而q=mnNAe 所以I=。 答案,1-1在显像管的电子枪中,从炽热的金属丝中不

9、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l的电子束内的电子个数是() A.B. C. D. 答案B 解析设电子刚射出电场时速度为v,长度为l的电子束内的电子数为n, 则,eU=mv2 I= t= 由式解得n=,故B正确。,1.电阻与电阻率的区别 (1)电阻是反映导体对电流阻碍作用大小的物理量。电阻率是反映制作导体的材料导电性能好坏的物理量。 (2)导体电阻阻值与电阻率无直接关系,即电阻大,电阻率不一定大;电阻率小,电阻不一定小。,重难二对电阻、电阻率的理解和计算,2.两个公式

10、的对比,典例2神经系统中,把神经纤维分为有髓鞘与无髓鞘两大类。现代生物学认为,髓鞘是由多层(几十到几百层不等)类脂物质髓质累积而成的,髓质具有很大的电阻。已知蛙有髓鞘神经,髓鞘的厚度只有2 m左右,而它在每平方厘米的面积上产生的电阻却高达1.6105 。 (1)若不计髓质片层间的接触电阻,计算髓质的电阻率。 (2)若有一圆柱体是由髓质制成的,该圆柱体的体积为32 cm3,当在其两底面上加上1 000 V的电压时,通过该圆柱体的电流为10 A,求该圆柱体的底面半径和高。,解析(1)由电阻定律:R= 得=8106 m。 (2)由R=,圆柱体体积公式V=r2h及电阻定律R=得 = 代入数据解得h=0

11、.02 m=2 cm 将h值代入V=r2h得r=0.04 m=4 cm。 答案(1)8106 m(2)4 cm2 cm,2-1把两根同种材料做成的电阻丝,分别接在两个电路中,甲电阻丝长为l,直径为d,乙电阻丝长为2l,直径为2d,要使两电阻丝消耗的功率相等,加在两电阻丝上的电压应满足() A.=1B.= C.=D.=2 答案C 解析根据电阻定律有:R甲=,R乙=,又知P甲=,P乙=,若使P甲=P 乙,即=,则=2,得=,所以选项C是正确的。,1.欧姆定律的内容: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,其表达式为I=。 2.图象 (1)伏安特性曲线:在直角坐标系中,用纵轴表示电流

12、,横轴表示导体两端的电压,导体中电流和电压的函数图象叫伏安特性曲线。 (2)电阻恒定不变的导体,它的伏安特性曲线是直线,如图中a、b两直线所示,直线的斜率等于电阻的倒数,由于k=1/R,因此斜率大的电阻小。,重难三部分电路欧姆定律,导体的电阻因外界条件变化而变化时,它的伏安特性曲线是曲线,如图中c所示,曲线c的斜率(即曲线上的点与原点连线的斜率)随电压的增大而逐,渐增大,说明导体c的电阻随电压的增大而减小。 3.欧姆定律的适用范围 (1)金属导电和电解液导电(对气体导电不适用); (2)纯电阻电路(不含电动机、电解槽等的电路)。,典例3如图所示,图象中的两条直线对应两个导体A、B,求:,(1)

13、两个导体电阻之比; (2)若通过两个导体的电流相等时,导体两端电压之比;,(3)若两个导体两端电压相等时,通过导体的电流之比。,解析对图象问题,首先要根据坐标轴的意义分析图线的意义,只有明确 了图线所代表的物理意义,才能从图象上找出所需信息进行分析计算。在U-I图中,图线的斜率表示电阻的倒数。 (1)由图象可知R=,所以 RA= =2 , RB= = , RARB=2=31。 (2)电流相同时UAUB=RARB=31。,(3)电压相同时IAIB=RBRA=13。 答案(1)31(2)31(3)13,3-1(多选)如图所示是某导体的伏安特性I-U图线,图中=45。下列说法正确的是() A.通过导

14、体的电流与其两端的电压成正比 B.此导体的电阻R=2 C.I-U图线的斜率表示电阻的倒数,所以R=cot 45=1.0 D.在R两端加6.0 V电压时,每秒通过电阻截面的电荷量是3.0 C,答案ABD 解析I-U图线为直线,I与U成正比,A正确;由图可知导体电阻R= =2,B正确;在I-U图上,两坐标轴标度不同,Rcot 45,C错;由欧姆定律知,D正确。,3-2(多选)某导体中的电流随其两端电压的变化如图所示,则下列说法中正确的是() A.加5 V电压时,导体的电阻是5 B.加12 V电压时,导体的电阻约是1.4 C.由图可知,随着电压的增大,导体的电阻不断减小,D.由图可知,随着电压的减小

15、,导体的电阻不断减小,答案AD 解析对某些导电器材,其伏安特性曲线不是直线,但曲线上某一点的 值仍表示该点所对应的电阻值。本题中给出的导体在加5 V电压时,值 为5 ,所以此时电阻为5 ,同理知加12 V电压时,电阻值为8 ;当电压增大时,值增大,即电阻增大,反之,电阻减小,故选项A、D正确。,两种电路中电功和电功率的计算 1.纯电阻电路:电流通过纯电阻电路时,它所消耗的电能全部转化为内能,如电炉、电烙铁、白炽灯等。 在纯电阻电路中,电能全部转化为内能,电功和电热相等,电功率和热功率相等。 W=Q=Pt=UIt=I2Rt=。 P=P热=UI=I2R=。 2.非纯电阻电路:电路中含有电动机、电解

16、槽等。在非纯电阻电路中消耗的电能除转化成内能外,还转化成其他形式的能,如机械能(电动机)、化学,能(电解槽)等。 在非纯电阻电路中,电功大于电热,WQ,即UItI2Rt;电功率大于热功率,即UII2R,在计算电功和电热时要用各自的定义式。 W=UItP=UI; Q=I2RtP热=I2R。 说明(1)W=UIt、Q=I2Rt是电功、电热的定义式,适用于任何电路中电 功、电热的计算。 (2)在纯电阻电路中,UIt=I2Rt=U2t/R,可以通过不同形式计算电功和电热,但在非纯电阻电路中,电功和电热只能通过定义式计算。 (3)若电路中消耗的电能只转化为电路的内能(例如纯电阻电路),欧姆定律,U=IR

17、适用;若电路中消耗的电能除转化为内能外还转化为机械能或化学能(例如非纯电阻电路),欧姆定律U=IR不适用,此时UIR,但对电路中的纯电阻器件仍适用。 (4)白炽灯或小灯泡都是纯电阻,不要认为它们消耗的电能有一部分转化成了光能,其实电能还是全部转化成了内能,只不过内能中又有一部分进一步转化成了光能而已。 (5)特别注意:根据灯泡的额定功率和额定电压求得的电阻值是灯泡正常工作时的电阻,在非工作状态下其阻值小于其正常工作时的电阻,如“220 V100 W”的灯泡,正常工作时电阻R=484 ,而直接用多用电表测得其电阻值约为10 。,典例有一个直流电动机,把它接入0.2 V电压的电路时,电动机不转,测

18、得流过电动机的电流是0.4 A;若把电动机接入2.0 V 电压的电路中,电动机正常工作,工作电流是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,电动机的发热功率是多大? 解析当电动机转子不转时,电动机无机械能输出,故电能全部转化成内 能,相当于纯电阻电路,欧姆定律成立。当电动机转动时,一部分电能转化成机械能输出,但因线圈有电阻,故又在线圈上产生内能,输入的电功率P电=P热+P机。 接U=0.2 V电压时,电动机不转,电流I=0.4 A,根据欧姆定律,线圈电阻R= =0.5 。当接U=2.0 V电压时,电流I=1.0 A,故,输入电功率P电=UI=2.01.0 W=2.0 W 消耗热功率P热=I2R=1.020.5 W=