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文档介绍
【物理】2019届一轮复习人教版第七章第1讲电路的基本概念和规律学案
考试内容范围及要求 高考统计 高考命题解读 内容 要求 2015 2016 2017 1.考查方式 高考对本章内容的高频考点主要是电学实验的知识.同时也会考查电路的相关知识,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.常以实验填空、作图等形式出题. 2.命题趋势 (1)应用串、并联电路规律、闭合电路欧姆定律及部分电路欧姆定律进行电路的动态分析. (2)非纯电阻电路的分析与计算、将结合实际问题考查电功、电热的关系. (3)实验及相关电路的设计与创新. 30.电阻定律 Ⅰ 第13题 31.电阻的串联与并联 Ⅰ 32.电流 电源的电动势和内阻 Ⅰ 33.欧姆定律 闭合电路欧姆定律 Ⅱ 第8题 第11题 34.电功 电功率 焦耳定律 Ⅰ 第13题 实验六:描绘小灯泡的伏安特性曲线 实验七:决定导线电阻的因素 第10题 实验八:测量电源的电动势和内阻 第10题 实验九:练习使用多用电表 第11题 第1讲 电路的基本概念和规律 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,规定正电荷定向移动的方向为电流的方向. (3)三个表达式:①定义式:I=;②决定式:I=;③导体中电流的微观表达式I=nqvS. 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=. (3)适用范围:金属导电和电解质溶液导电,不适用于气体导电或半导体元件. (4)导体的伏安特性曲线(I-U图线) ①比较电阻的大小:图线的斜率k=tan θ==,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. 图1 自测1 安培提出了著名的分子电流假说,根据这一假说,电子绕核运动可等效为一环形电流.设电荷量为e的电子以速率v绕原子核沿顺时针方向做半径为r的匀速圆周运动,关于该环形电流的说法,正确的是( ) A.电流大小为,电流方向为顺时针 B.电流大小为,电流方向为顺时针 C.电流大小为,电流方向为逆时针 D.电流大小为,电流方向为逆时针 答案 C 解析 电子做圆周运动的周期T=, 由I=得I=,电流的方向与电子运动方向相反,故选C. 自测2 (多选)如图2所示是电阻R的I-U图象,图中α=45°,由此得出( ) 图2 A.通过电阻的电流与电阻两端的电压成正比 B.电阻R=0.5 Ω C.因I-U图象的斜率表示电阻的倒数,故R==1.0 Ω D.在R两端加上6.0 V的电压时,每秒通过电阻横截面的电荷量是3.0 C 答案 AD 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=,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: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=ρ. 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=R. (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; 半导体:电阻率随温度升高而减小. 自测3 (2018·兴化一中模拟)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∶8 C.1∶16 D.16∶1 答案 C 三、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==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)对于纯电阻电路而言:P电=P热=IU=I2R=. (3)对于非纯电阻电路而言:P电=IU=P热+P其他=I2R+P其他≠+P其他. 自测4 (多选)如图3所示,电阻R1=20 Ω,电动机的绕线电阻R2=10 Ω.当开关断开时,电流表的示数是0.5 A,当开关合上后,电动机转动起来,电路两端的电压不变,电流表的示数I和电路消耗的电功率P应是( ) 图3 A.I=1.5 A B.I<1.5 A C.P=15 W D.P<15 W 答案 BD 命题点一 电流的微观解释 利用“柱体微元”模型求解电流的微观问题时,注意以下基本思路: 设柱体微元的长度为L,横截面积为S,单位体积内的自由电荷数为n,每个自由电荷的电荷量为q,电荷定向移动的速率为v,则: (1)柱体微元中的总电荷量为Q=nLSq. (2)电荷通过横截面的时间t=. (3)电流的微观表达式I==nqvS. 例1 如图4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,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,自由电子定向运动的平均速率为v,则金属棒内的电场强度大小为( ) 图4 A. B. C.ρnev D. 答案 C 解析 由电流定义可知:I==neSv.由欧姆定律可得:U=IR=neSv·ρ=ρneLv,又E=,故E=ρnev,选项C正确. 命题点二 电阻、电阻定律 1.电阻的决定式和定义式的比较 公式 R=ρ R= 区别 电阻的决定式 电阻的定义式 说明了导体的电阻由哪些因素决定,R由ρ、l、S共同决定 提供了一种测电阻的方法——伏安法,R与U、I均无关 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 2.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,电阻大的导体对电流的阻碍作用大.电阻率是反映制作导体的材料导电性能好坏的物理量,电阻率小的材料导电性能好. (2)导体的电阻大,导体材料的导电性能不一定差;导体的电阻率小,电阻不一定小,即电阻率小的导体对电流的阻碍作用不一定小. (3)导体的电阻、电阻率均与温度有关. 例2 (2017·盐城市第三次模拟)甲、乙、丙、丁是四个长度、横截面积均相同的金属导体,某同学对它们各进行了一次测量,把每个导体中通过的电流和两端的电压在I-U坐标系中描点,如图5所示.四个导体中电阻率最大的是( ) 图5 A.甲 B.乙 C.丙 D.丁 答案 A 解析 由I-U图象的斜率的倒数表示电阻,知甲的电阻最大,又根据电阻定律,知甲的电阻率最大,故选A. 变式1 如图6所示,厚薄均匀的矩形金属薄片边长为ab=10 cm,bc=5 cm,当将C与D接入电压恒为U的电路时,电流强度为2 A,若将A与B接入电压恒为U的电路中,则电流为( ) 图6 A.0.5 A B.1 A C.2 A D.4 A 答案 A 解析 设金属薄片厚度为d′,根据电阻定律公式R=ρ,有RCD=ρ,RAB=ρ,故=×=,根据欧姆定律,电压相同时,电流与电阻成反比,故两次电流之比为4∶1,故第二次电流为0.5 A,选A. 命题点三 欧姆定律与伏安特性曲线 1.欧姆定律 (1)公式I=,电流正比于电压,反比于电阻. (2)公式中的I、U和R三个量必须对应同一段电路或同一段导体. (3)适用范围:适用于金属、电解质溶液等纯电阻电路,对于气体导电、含有电动机、电解槽等非纯电阻电路不适用. 2.对伏安特性曲线的理解(如图7甲、乙所示) 图7 (1)图线a、e、d、f表示线性元件,b、c表示非线性元件. (2)在图甲中,斜率表示电阻的大小,斜率越大,电阻越大,Ra>Re. 在图乙中,斜率表示电阻倒数的大小.斜率越大,电阻越小,Rd<Rf. (3)图线b的斜率变小,电阻变小,图线c的斜率变大,电阻变小.注意:曲线上某点切线的斜率不是电阻或电阻的倒数.根据R=,电阻为某点和原点连线的斜率或斜率的倒数. 例3 (多选)我国已经于2012年10月1日起禁止销售100 W及以上的白炽灯,以后将逐步淘汰白炽灯.假设某同学研究白炽灯得到某白炽灯的伏安特性曲线如图8所示.图象上A点与原点的连线与横轴成α角,A点的切线与横轴成β角,则( ) 图8 A.白炽灯的电阻随电压的增大而减小 B.在A点,白炽灯的电阻可表示为tan α C.在A点,白炽灯的电功率可表示为U0I0 D.在A点,白炽灯的电阻可表示为 答案 CD 解析 结合题图,可知白炽灯的电阻随电压的增大而增大,选项A错误;在A点,白炽灯的电阻大小可表示为,选项B错误,D正确;在A点,白炽灯的电功率可表示为U0I0,选项C正确. 变式2 (多选)在如图9甲所示的电路中,L1、L2、L3为三个相同规格的小灯泡,这种小灯泡的伏安特性曲线如图乙所示.当开关S闭合后,电路中的总电流为0.25 A,则此时( ) 图9 A.L1上的电压为L2上电压的2倍 B.L1消耗的电功率为0.75 W C.L2的电阻为12 Ω D.L1、L2消耗的电功率的比值大于4 答案 BD 解析 电路中的总电流为0.25 A,L1中电流为0.25 A,由小灯泡的伏安特性曲线可知L1两端电压为3.0 V,L1消耗的电功率为P1=3.0 V×0.25 A=0.75 W,选项B正确;根据并联电路规律,L2中电流为0.125 A,由小灯泡的伏安特性曲线可知电压大约为0.3 V,L1的电压大约为L2电压的10倍,选项A错误;由欧姆定律知,L2的电阻约为R2= Ω=2.4 Ω,选项C错误;L2消耗的电功率为P2=0.3×0.125 W=0.037 5 W,L1、L2消耗的电功率的比值大于4,选项D正确. 命题点四 串、并联电路分析 1.串联电路 串联电路的总电阻大于其中任一部分电路的总电阻,若n个相同的电阻串联,总电阻R总=nR. 2.并联电路 (1)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. (2)n个相同的电阻并联,总电阻等于其中一个电阻的,即R总=R. (3)两个电阻并联时的总电阻R=,当其中任一个电阻增大(或减小)时,总电阻也随之增大(或减小).由此可知,多个电阻并联时,其中任一个电阻增大(或减小),总电阻也随之增大(或减小). 3.无论是串联电路,还是并联电路,或者是混联电路,只要其中一个电阻增大(或减小),总电阻就增大(或减小). 例4 (2018·高邮市段考)如图10所示的电路中,R1=R2=2 kΩ,电压表的内阻为6 kΩ,电压表的内阻为3 kΩ.AB间的电压U保持不变.当开关S闭合后,它们的示数变化是( ) 图10 A.表的示数变大,表的示数变小 B.表的示数变小,表的示数变大 C.、表的示数均变小 D.、表的示数均变大 答案 B 解析 S断开时,两电阻串联,两电压表串联,然后两条支路并联,根据串联电路中电压与电阻成正比,可得,的示数为U=U=U,的示数为U-U=U;当S闭合时,相当于与R1并联,R2与并联,然后再串联,与R1并联后的总电阻为 kΩ=1.5 kΩ;R2与并联后的总电阻为 kΩ=1.2 kΩ,可得,电压之比为5∶4,故的示数为U,的示数为U,因此的示数变小,的示数变大,B项正确. 命题点五 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 2.非纯电阻电路的分析方法(以含电动机的电路为例) (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=IM2r,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 如图11所示,A为电解槽,M为电动机,N为电炉子,恒定电压U=12 V,电解槽内阻rA=2 Ω,当S1闭合,S2、S3断开时,示数为6 A;当S2闭合,S1、S3断开时,示数为5 A,且电动机输出功率为35 W;当S3闭合,S1、S2断开时,示数为4 A.求: 图11 (1)电炉子的电阻及发热功率; (2)电动机的内阻; (3)在电解槽工作时,电能转化为化学能的功率为多少? 答案 (1)2 Ω 72 W (2)1 Ω (3)16 W 解析 (1)电炉子为纯电阻元件,由欧姆定律得 R== Ω=2 Ω 其发热功率为PN=I12R=62×2 W=72 W (2)电动机为非纯电阻元件,由能量守恒定律得: UI2t=I22rMt+P输出t 所以rM== Ω=1 Ω (3)电解槽为非纯电阻元件,由能量守恒定律得: P化t=UI3t-I32rAt 所以P化=(12×4-42×2) W=16 W. 1.(多选)(2017·扬州市高三期末)关于电阻率,下列说法正确的是( ) A.有些材料的电阻率随温度的升高而减小 B.电阻率大的导体,电阻一定大 C.用来制作标准电阻的材料的电阻率几乎不随温度的变化而变化 D.电阻率与导体的长度和横截面积无关 答案 ACD 解析 有些材料的电阻率随温度的升高而减小,如半导体材料,A正确;电阻与电阻率、长度和横截面积都有关,故电阻率大的导体,电阻不一定大,B错误;有些合金的电阻率几乎不受温度变化的影响,可以用来制成标准电阻,C正确;电阻率是描述材料导电能力的物理量,材料的电阻率由材料本身性质决定,受温度影响,与导体长度和横截面积无关,D正确. 2.(多选)小灯泡通电后其电流I随所加电压U变化的图线如图12所示,P为图上一点,PN为图线在P点的切线,PM为I轴的垂线.则下列说法中正确的是( ) 图12 A.随着所加电压的增大,小灯泡的电阻不变 B.对应P点,小灯泡的电阻R= C.对应P点,小灯泡的电阻R= D.对应P点,小灯泡的功率为图中矩形PQOM所围的“面积” 答案 BD 解析 由欧姆定律知,I-U图线中任意一点的电阻为该点与坐标原点连线的斜率的倒数,随着所加电流的增大,小灯泡的电阻增大,A错误.对应P点,小灯泡的电阻为O、P连线斜率的倒数,即R=,小灯泡的功率P=U1I2,即图中矩形PQOM所围的“面积”,故B、D正确,C错误. 3.(2017·盐城中学月考)电子产品制作车间里常常使用电烙铁焊接电阻器和电容器等零件,技术工人常将电烙铁和一个灯泡串联使用,灯泡还和一只开关并联,然后再接到市电上(如图13所示),下列说法正确的是( ) 图13 A.开关接通时比开关断开时电路消耗的总电功率大 B.开关接通时,灯泡熄灭,只有电烙铁通电,可使消耗的电功率减小 C.开关断开时,灯泡发光,电烙铁也通电,电路消耗的总功率增大,但电烙铁发热较少 D.开关断开时,灯泡发光,可供在焊接时照明使用,消耗的总功率不变 答案 A 4.如图14所示,电源电动势为12 V,电源内阻为1.0 Ω,电路中的电阻R0为1.5 Ω,小型直流电动机M的内阻为0.5 Ω,闭合开关S后,电动机转动,电流表的示数为2.0 A.则以下判断中正确的是( ) 图14 A.电动机的输出功率为14 W B.电动机两端的电压为7.0 V C.电动机产生的热功率为4.0 W D.电源输出的功率为24 W 答案 B 解析 由题意得电动机两端的电压U=E-I(R0+r)=7 V,则电动机的输入功率P=UI=14 W,热功率P热=I2RM=2 W,输出功率P出=P-P热=12 W.电源的输出功率P′=EI-I2r=20 W,故B正确,A、C、D错误. 5.(2018·徐州三中月考)A、B两盏电灯的额定电压都是110 V,额定功率PA=100 W,PB=40 W,若接在电压是220 V的下列电路上,则使两盏电灯均能正常发光,且电路中消耗的电功率最小的是( ) 答案 C 解析 由P=得,RA查看更多
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