【物理】2019届一轮复习粤教版第八章恒定电流基础课1学案

【物理】2019届一轮复习粤教版第八章恒定电流基础课1学案

‎[高考导航]‎ 考点内容 要求 高考(全国卷)三年命题情况对照分析 ‎2015‎ ‎2016‎ ‎2017‎ 欧姆定律 Ⅱ Ⅰ卷·T23：电流表的改装、仪器的选择 Ⅱ卷·T23：半偏法测电阻、电路设计 Ⅰ卷·T23：传感器的应用 Ⅱ卷·T17：电路分析 T23：测电源的内阻 Ⅲ卷·T22：实物连线 Ⅰ卷·T23：研究小灯泡的伏安特性曲线 Ⅱ卷·T23：测微安表的内阻，实物连线 Ⅲ卷·T23：多用电表 电阻定律 Ⅰ 电阻的串联、并联 Ⅰ 电源的电动势和内阻 Ⅱ 闭合电路的欧姆定律 Ⅱ 电功率、焦耳定律 Ⅰ 实验八：测定金属的电阻率(同时练习使用螺旋测微器)‎ 实验九：描绘小电珠的伏安特性曲线 实验十：测定电源的电动势和内阻 实验十一：练习使用多用电表 基础课1　电流　电阻　电功及电功率 知识排查 欧姆定律 ‎1.电流的理解及三个表达式 ‎(1)定义：电荷的定向移动形成电流。‎ ‎(2)条件：①有自由移动的电荷；②导体两端存在电压。‎ ‎(3)两个表达式 ‎①定义式：I＝，q为在时间t内通过导体横截面的电荷量。‎ ‎②微观表达式：I＝nqSv，其中n为导体中单位体积内自由电荷的个数，q 为每个自由电荷的电荷量，S为导体的横截面积，v为自由电荷定向移动的速率。‎ ‎(4)方向：电流是标量，为研究问题方便，规定正电荷定向移动的方向为电流的方向。在外电路中电流由电源正极到负极，在内电路中电流由电源负极到正极。‎ ‎2.欧姆定律 ‎(1)内容：导体中的电流I跟导体两端的电压U成正比，跟导体的电阻R成反比。‎ ‎(2)公式：I＝。‎ ‎(3)适用条件：适用于金属和电解液导电，适用于纯电阻电路。‎ ‎3.导体的伏安特性曲线 图1‎ ‎(1)I－U图线：以电压为纵轴、电流为横轴所画出的导体上的电流随电压的变化曲线称为I－U图线，如图1所示。‎ ‎(2)电阻的大小：图线的斜率k＝＝，图中R1＞R2。‎ ‎(3)线性元件：伏安特性曲线是直线的电学元件。‎ ‎(4)非线性元件：伏安特性曲线为曲线的电学元件。‎ 电阻定律 ‎1.电阻定律 ‎(1)内容：同种材料的导体，其电阻跟它的长度成正比，与它的横截面积成反比，导体的电阻还与构成它的材料有关。‎ ‎(2)表达式：R＝ρ。‎ ‎2.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 金属的电阻率随温度升高而增大，半导体的电阻率随温度升高而减小。‎ 电功率、焦耳定律 ‎1.电功 ‎(1)定义：导体中的自由电荷在电场力作用下定向移动，电场力做的功称为电功。‎ ‎(2)公式：W＝qU＝IUt。‎ ‎(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：单位时间内电流做的功，表示电流做功的快慢。‎ ‎(2)公式：P＝＝IU。‎ ‎3.焦耳定律 ‎(1)电热：电流流过一段导体时产生的热量。‎ ‎(2)计算式：Q＝I2Rt。‎ ‎4.热功率 ‎(1)定义：单位时间内的发热量。‎ ‎(2)表达式：P＝＝I2R。‎ 小题速练 ‎1.思考判断 ‎(1)规定正电荷定向移动方向为电流方向，所以，电流是矢量。(　　)‎ ‎(2)由R＝知，导体的电阻与导体两端电压成正比，与流过导体的电流成反比。(　　)‎ ‎(3)由ρ＝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。(　　)‎ ‎(4)公式W＝t＝I2Rt可适用于所有电路。(　　)‎ 答案　(1)×　(2)×　(3)×　(4)×‎ ‎2.[粤教版选修3－1·P43·T1改编]如图2所示，是两个电阻R1、R2的伏安特性曲线，由图可知，若把这两个电阻串联在同一电路上，则这两个电阻两端的电压之比U1∶U2等于(　　)‎ 图2‎ A.1∶3　　　 B.3∶1‎ C.1∶ D.∶1‎ 解析　电阻R1＝＝＝ 电阻R2＝＝＝ 则两个电阻阻值之比R1∶R2＝1∶3‎ 根据欧姆定律和串联电路特点 U1∶U2＝IR1∶IR2＝R1∶R2＝1∶3。‎ 答案　A ‎3.(2017·河北石家庄模拟)一个内阻可以忽略的电源，给一个绝缘的圆管里装满的水银供电，电流为0.1 A，若把全部水银倒在一个内径大一倍的绝缘圆管里，那么通过的电流将是(　　)‎ A.0.4 A B.0.8 A C.1.6 A D.3.2 A 解析　设电源电动势为E，第一个圆管内部装的水银横截面积为S，长度为l，水银的电阻率为ρ，则I1＝＝＝，第二个圆管内部装满水银的横截面积为4S，由于水银的体积不变，则水银柱长度应变为，则I2＝＝＝＝16I1＝1.6 A，故选项C正确。‎ 答案　C ‎4.有三个用电器，分别为日光灯、电烙铁和电风扇，它们的额定电压和额定功率均为“220 V　60 W”，现让它们在额定电压下工作相同时间，产生的热量(　　)‎ A.日光灯最多 B.电烙铁最多 C.电风扇最多 D.一样多 解析　电烙铁是纯电阻用电器，即以发热为目的，电流通过它就是用来发热，而日光灯和电风扇是非纯电阻电路，电流通过它们时产生的热量很少，电能主要转化为其他形式的能(光能和叶片动能)，综上所述，只有选项B正确。‎ 答案　B ‎　电阻定律的应用 ‎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 ‎(1)电阻的决定式R＝ρ指明了电阻的决定因素，适用于粗细均匀的金属导体和浓度均匀的电解液。‎ ‎(2)电阻的定义式R＝提供了一种测量电阻的方法，并不说明电阻与U和I有关，适用于任何纯电阻电路。‎ ‎1.有Ⅰ、Ⅱ两根不同材料的电阻丝，长度之比为l1∶l2＝1∶5，横截面积之比为S1∶S2＝2∶3，电阻之比为R1∶R2＝2∶5，外加电压之比为U1∶U2＝1∶2，则它们的电阻率之比为(　　)‎ A.2∶3 B.4∶3 ‎ C.3∶4 D.8∶3‎ 解析　由R＝ρ得ρ＝，ρ1∶ρ2＝＝4∶3，选项B正确。‎ 答案　B ‎2.(2015·安徽理综，17)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(　　)‎ A. B. ‎ C.ρnev D. 解析　欧姆定律I＝，电流的微观表达式I＝neSv，电阻定律R＝ρ，则金属棒内场强大小为E＝＝＝ρnev，故选项C正确。‎ 答案　C ‎3.(2017·山东青岛模拟)如图3所示，a、b、c为不同材料做成的电阻，b与a的长度相等，b的横截面积是a的两倍；c与a的横截面积相等，c的长度是a的两倍。当开关闭合后，三个理想电压表的示数关系是U1∶U2∶U3＝1∶1∶2。关于这三种材料的电阻率ρa、ρb、ρc，下列说法正确的是(　　)‎ 图3‎ A.ρa是ρb的2倍 B.ρa是ρc的2倍 C.ρb是ρc的2倍 D.ρc是ρa的2倍 解析　设a的长度为L，横截面积为S，因为R＝，而R＝ρ，所以＝＝1，即＝1，即ρb＝2ρa；同理＝＝，所以＝，故ρa＝ρc，由上述可知ρb＝2ρc，选项C正确。‎ 答案　C ‎　欧姆定律及伏安特性曲线的理解与应用 ‎1.定义：用纵坐标表示电流I、横坐标表示电压U，画出的I－U图象。‎ ‎2.图线的意义 ‎(1)由于导体的导电性能不同，所以不同的导体有不同的伏安特性曲线。‎ ‎(2)伏安特性曲线上每一点的电压坐标与电流坐标的比值，对应这一状态下的电阻。‎ ‎3.应用：I－U图象中图线上某点与O点连线的斜率表示电阻的倒数，斜率越大，电阻越小。‎ ‎4.两类图线 图4‎ ‎(1)线性元件的伏安特性曲线(如图4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(如图4乙中c、d)是曲线，表明它的电阻是变化的。‎ ‎1.(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5所示，P为图线上一点，PN为图线在P点的切线，PQ为U轴的垂线，PM为I轴的垂线，则下列说法中正确的是(　　)‎ 图5‎ 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＝ C.对应P点，小灯泡的电阻为R＝ D.对应P点，小灯泡的功率为图中矩形PQOM所围面积大小 解析　由于灯泡的电阻在图线上的每一点都是R＝，由图线不难看出，随电压的增大，电流的增加变得越缓慢I－U图线的斜率逐渐减小，电阻变大，对应P点灯泡电阻为R＝，故选项A、B正确，C错误；小灯泡的功率P＝UI，所以选项D正确。‎ 答案　ABD ‎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。为使线路上降低的电压不超过U，那么，输电线的横截面积的最小值为(　　)‎ A. B. ‎ C. D. 解析　输电线的总长为2l，由公式R＝、R＝ρ得S＝，故选项B正确。‎ 答案　B ‎3.(多选)如图6所示是电阻R的I－U图象，图中α＝45°，由此得出(　　)‎ 图6‎ A.通过电阻的电流与两端电压成正比 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 解析　由欧姆定律可知通过该定值电阻的电流与电压成正比，选项A正确；电阻R＝＝ Ω＝2 Ω，选项B错误；由于I－U图线中纵横坐标单位长度表示数值不同，所以R≠，选项C错误；在R两端加上6.0 V电压时，I＝＝3 A，每秒通过导体横截面的电荷量q＝It＝3.0 C，选项D正确。‎ 答案　AD ‎　电功、电热、电功率和热功率 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 ‎1.下图中的四个图象中，最能正确地表示家庭常用的白炽灯泡在不同电压下消耗的电功率P与电压平方U2之间函数关系的是(　　)‎ 答案　C ‎2.有一个电风扇，标有“220 V　50 W”，电动机线圈的电阻为0.4 Ω，把它接入220 V的电路中，以下几种计算时间t内产生热量的方法正确的是(　　)‎ A.Q＝ B.Q＝Pt C.Q＝Rt D.以上三种方法均正确 解析　通过电风扇的电流为I＝，因为电风扇不是纯电阻电路，所以其焦耳热为Q＝Rt，而不应该是Q＝或Q＝Pt，选项C正确。‎ 答案　C ‎3.‎ 如图7所示，一幢居民楼里住着生活水平各不相同的24户居民，所以整幢居民楼里有各种不同的电器，例如电炉、电视机、微波炉、电脑等。停电时，用欧姆表测得A、B间电阻为R；供电后，各家电器同时使用，测得A、B间电压为U，进线电流为I，则计算该幢居民楼用电的总功率可以用的公式是(　　)‎ 图7‎ A.P＝I2R B.P＝ C.P＝IU D.P＝I2R＋ 解析　家用电器中有纯电阻也有非纯电阻，故总电功率只能用P＝UI来计算，选项C正确。‎ 答案　C ‎4.(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 ‎40 kg 额定电压 ‎48 V 载重 ‎75 kg 额定电流 ‎12 A 最大行驶速度 ‎20 km/h 额定输出功率 ‎350 W A.电动机的输入功率为576 W B.电动机的内电阻为4 Ω C.该车获得的牵引力为104 N D.该车受到的阻力为63 N 解析　由于U＝48 V，I＝12 A，则P＝IU＝576 W，故选项A正确；因P入＝P出＋I2r，r＝＝ Ω＝1.57 Ω，故选项B错误；由P出＝Fv＝fv，F＝f＝63 N，故选项C错误，D正确。‎ 答案　AD 电功和电热的处理方法 ‎(1)首先要分清所研究的电路是纯电阻电路还是非纯电阻电路，正确选择计算公式。‎ ‎(2)处理非纯电阻电路的计算问题时，要善于从能量转化的角度出发，紧紧围绕能量守恒定律，利用“电功＝电热＋其他能量”寻找等量关系求解。　　　　　　‎ 活页作业 ‎(时间：20分钟)‎ A级：保分练 ‎1.(2017·宜昌模拟)如图1所示，a、b分别表示由相同材料制成的两条长度相同、粗细均匀的电阻丝的伏安特性曲线，下列判断正确的是(　　)‎ 图1‎ A.a代表的电阻丝较粗 B.b代表的电阻丝较粗 C.a电阻丝的阻值小于b电阻丝的阻值 D.图线表示电阻丝的阻值与电压成正比 解析　图线的斜率表示电阻的倒数，故Ra>Rb，选项C错误；由R＝ρ知a的横截面积较小，选项A错误，B正确；由图象知导体的电阻与电压无关，选项D错误。‎ 答案　B ‎2.甲、乙两个是同种金属材料制成的导体，甲的横截面积是乙的两倍，而单位时间内通过导体横截面的电荷量乙是甲的两倍，以下说法正确的是(　　)‎ A.甲、乙两导体中的电流相同 B.乙导体中的电流是甲导体中的两倍 C.乙导体中自由电荷定向移动的速率是甲导体的两倍 D.甲、乙两导体中自由电荷定向移动的速率大小相等 解析　由I＝可知，I乙＝2I甲，选项A错误，B正确；由I＝nvSq可知，同种金属材料制成的导体，n相同，因S甲＝2S乙，故有v甲∶v乙＝1∶4，选项C、D均错误。‎ 答案　B ‎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2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2‎ 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 β 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 解析　白炽灯的电阻随电压的增大而增大，选项A错误；在A点，白炽灯的电阻可表示为，不能表示为tan β或tan α，故选项B错误，D正确；在A点，白炽灯的功率可表示为U0I0，选项C正确。‎ 答案　CD ‎4.有两盏电灯L1和L2，用图3中所示的两种方式连接到电路中，已知电压U相同，且两盏电灯均能发光，比较在甲、乙两个电路中电灯L1的亮度，则(　　)‎ 图3‎ A.甲图电路中灯L1比乙图电路中灯L1亮 B.乙图电路中灯L1比甲图电路中灯L1亮 C.两个电路中灯L1一样亮 D.不知它们的额定电压和额定功率，无法判断 解析　因为电压U相同，两盏电灯串联后，电压要按照电灯阻值的大小分配，L1‎ 两端电压小于U；两盏电灯并联后，加在电灯两端的电压都为U，因此并联后的灯泡较亮，选项B正确。‎ 答案　B ‎5.(2017·黄冈模拟)(多选)R1和R2是材料相同、厚度相同、上下表面都为正方形的导体，但R1的尺寸比R2大得多，把它们分别连接在如图4所示电路的A、B两端，接R1时电压表的读数为U1，接R2时电压表的读数为U2，则下列判断正确的是(　　)‎ 图4‎ A.R1＝R2 B.R1＞R2‎ C.U1＜U2 D.U1＝U2‎ 解析　电流从导体的横截面流过，由电阻定律R＝ρ＝ρ＝，可见电阻与边长a无关，选项A正确；因外电阻相同，故路端电压相等，选项D正确。‎ 答案　AD ‎6.(2017·江西南昌调研)(多选)如图5所示是某型号电吹风的电路图，它主要由电动机M和电热丝R构成。已知电吹风的额定电压为220 V，吹冷风时的功率为120 W，吹热风时的功率为1 000 W。关于该电吹风，下列说法正确的是(　　)‎ 图5‎ A.若S1、S2闭合，则电吹风吹冷风 B.电热丝的电阻为55 Ω C.电动机工作时输出的机械功率为880 W D.当电吹风吹热风时，电动机每秒钟消耗的电能为120 J 解析　‎ 开关均闭合时，电动机、电热丝均工作，电吹风吹热风，选项A错误；电动机工作时输出的机械功率为电动机的功率减去自身消耗的功率，其数值一定小于120 W，选项C错误；由P＝得R＝＝ Ω＝55 Ω，选项B正确；电吹风吹热风、冷风时电动机消耗的电功率不变，均为120 W，故每秒钟消耗的电能为120 J，选项D正确。‎ 答案　BD B级：拔高练 ‎7.某电力公司曾举办“计量日进您家”活动，免费上门为市民进行家庭用电耗能诊断分析，针对每户家庭提出个性化的节能建议。在上门实测过程中，电力技术人员发现，家电待机耗电成为最容易被市民忽略的问题。以电视机为例，待机一天的耗电量在0.2度左右，小小机顶盒一天待机耗电量更是高达0.4度。根据专家统计：每使用1度(千瓦时)电，就相应消耗了0.4 kg标准煤，同时产生0.272 kg碳粉尘、0.997 kg二氧化碳、0.03 kg二氧化硫、0.015 kg氮氧化物，根据下表提供的数据，若按照1度电电费为0.5元，估算一户普通家庭待机一年 每户普通家庭 家用电器平均数 一台台 式电脑 两台平板 电视机 两台 空调 一台洗 衣机 每台电器待机 平均功率(W)‎ ‎4‎ ‎1‎ ‎4‎ ‎2‎ A.多消耗电能14度 B.多交电费7元 C.相应多消耗了标准煤56 kg D.相应产生的二氧化碳为1 400 kg 解析　一户普通家庭待机一年消耗电能为E＝(4＋2×1＋2×4＋1×2)×24×365÷1 000度≈140度，相应消耗了标准煤m1＝140×0.4 kg＝56 kg，选项A错误，C正确；多交电费140×0.5元＝70元，选项B错误；相应产生的二氧化碳为m2＝140×0.997 kg≈140 kg，选项D错误。‎ 答案　C ‎8.(多选)通常一次闪电过程历时0.2～0.3 s，它由若干个相继发生的闪击构成。每个闪击持续时间仅40～80 μs，电荷转移主要发生在第一个闪击过程中。在某一次闪电前，云、地之间的电势差约为1.0×109 V，云、地间距离约为1 km；第一个闪击过程中云、地间转移的电荷量约为6 C，闪击持续时间约为60‎ ‎ μs。假定闪电前云、地间的电场是均匀的。根据以上数据，下列判断正确的是(　　)‎ A.闪电电流的瞬时值可达到1×105 A B.整个闪电过程的平均功率约为1×1014 W C.闪电前云、地间的电场强度约为1×106 V/m D.整个闪电过程向外释放的能量约为6×106 J 解析　由电流的定义式I＝知I＝ A＝1×105 A，选项A正确；整个过程的平均功率P＝＝＝ W＝3×1010 W(t代入0.2 s或0.3 s)，选项B错误；由E＝＝ V/m＝1×106 V/m，选项C正确；整个闪电过程向外释放的能量为电场力做的功W＝qU＝6×109 J，选项D错误。‎ 答案　AC