【配套K12】2019高三物理人教版一轮教师用书：第8章 第1节 电流 电阻 电功率及焦耳定律 Wo

第章恒定电流[全国卷三年考点考情]第一节电流电阻电功率及焦耳定律(对应学生用书第134页)[教材知识速填]知识点1电流电阻和电阻率1．电流(1)定义电荷的定向移动形成电流．(2)方向规定为正电荷定向移动的方向．(3)三个公式①定义式：I＝q t.②决定式：I＝U R.③微观式：I＝neS v. 2．电阻(1)定义式：R＝U I.(2)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，阻碍作用越大．(3)电阻定律：R＝ρL S.3．电阻率(1)计算式：ρ＝RS L.(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：①金属的电阻率随温度的升高而增大．②半导体的电阻率随温度的升高而减小．③超导体：当温度降低到绝对零度附近时，某些材料的电阻率突然减小为零成为超导体．易错判断(1)导体中只要有电荷运动就能形成电流(×)(2)公式R＝UI是电阻的定义式，不能说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＝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．(×)知识点2部分电路欧姆定律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＝U R.3．适用条件适用于金属导电和电解质溶液导电，适用于纯电阻电路．易错判断(1)由I＝UR知，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)欧姆定律适用于金属导电和气体导电．(×)知识点3电功、电热、电功率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：电能转化为其他形式能的过程．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＝Wt＝UI(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)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＝Qt＝I2R.易错判断(1)公式W＝UIt及Q＝I2Rt适用于任何电路．(√)(2)公式W＝U2R t＝I2Rt适用于任何电路．(×)(3)公式P＝UI和P＝Wt适用于任何电路的电功率计算．(√) [教材习题回访]考查点：电流的理解1．(人教版选修3－1P43T3改编)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v e2πr，电流方向为顺时针B．电流大小为v er，电流方向为顺时针C．电流大小为v e2πr，电流方向为逆时针D．电流大小为v er，电流方向为逆时针[答案]C考查点：电阻定律的应用2．(沪科版选修3－1P67T2改编)有一根长1.22 m的导线，横截面积为0.10 mm2.在它两端加0.60 V电压时，通过它的电流正好是0.10 A．则这根导线是由()制成的(下表是常温下几种材料的电阻率，单位为Ω·m)()A.铜丝C．镍铜合金 D．铝丝[答案]C考查点：电阻的伏安特性曲线3．(人教版选修3－1P48T2改编)某同学对四个电阻各进行了一次测量，把每个电阻两端的电压和通过它的电流在U-I坐标系中描点，得到了图8-1-1中a、b、c、d四个点．则这四个电阻值的大小关系是()图8-1-1A．R a＞R b＝R c＞R dB．R a＜R b＝R c＜R dC．R a＞R b＝R d＞R cD．R a＜R b＝R d＜R c[答案]A考查点：欧姆定律的应用4．(人教版选修3－1P52T2改编)图8-1-2是有两个量程的电压表，当使用a、b两个端点时，量程为0～10 V，当使用a、c两个端点时，量程为0～100 V．已知电流表的内阻R g为500 Ω，满偏电流I g为1 mA，则电阻R1、R2的值()图8-1-2A．9 500 Ω90 000 ΩB．90 000 Ω9 500 ΩC．9 500 Ω9 000 ΩD．9 000 Ω9 500 Ω[答案]A(对应学生用书第136页)[题组通关]1．如图8-1-3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8-1-3 A.m v 22eL B.m v 2Sn e C ．ρne vD.ρe v SLC [由电流定义可知：I ＝q t ＝n v tSet ＝neS v ， 由欧姆定律可得：U ＝IR ＝neS v ·ρLS ＝ρneL v ， 又E ＝UL ，故E ＝ρne v ，选项C 正确．]2．(2018·天津模拟)一根粗细均匀的导线，两端加上电压U 时，通过导线中的电流为I ，导线中自由电子定向移动的平均速率为v ，若导线均匀拉长，使其半径变为原来的12，再给它两端加上电压U，则()A．自由电子定向移动的平均速率为v 4B．通过导线的电流为I 4C．自由电子定向移动的平均速率为v 6D．通过导线的电流为I6A[将导线均匀拉长，使其半径变为原来的12，横截面积变为原来的14倍，导线长度要变为原来的4倍，金属丝电阻率不变，由电阻定律R＝ρLS可知，导线电阻变为原来的16倍，电压U不变，由欧姆定律I＝UR可知，电流变为原来的116，故B、D错误；电流I变为原来的116，横截面积变为原来的14，单位体积中自由移动的电子数n不变，每个电子所带的电荷量e不变，由电流的微观表达式I＝ne v S可知，电子定向移动的速率变为原来的1 4，故A正确，C错误．]电阻的决定式和定义式的比较[题组通关]3．(2018·莱芜模拟)某个由导电介质制成的电阻截面如图8-1-4所示，导电介质的电阻率为ρ，制成内外半径分别为a 和b 的半球壳层形状(图中阴影部分)，半径为a 、电阻不计的球形电极被嵌入导电介质的球心成为一个引出电极，在导电介质的外层球壳上镀上一层电阻不计的金属膜成为另外一个电极，设该电阻的阻值为R .下面给出R 的四个表达式中只有一个是合理的，你可能不会求解R ，但是你可以通过一定的物理分析，对下列表达式的合理性做出判断．根据你的判断，R 的合理表达式应为( )【导学号：84370302】图8-1-4 A ．R ＝ρ(b ＋a )2πab B ．R ＝ρ(b －a )2πab C ．R ＝ρab2π(b －a )D ．R ＝ρab2π(b ＋a )[题眼点拨] “表达式的合理性做出判断”可联想到单位分析法、极端分析法等一些特殊方法．B [根据R ＝ρlS ，从单位上看，答案中，分子应是长度单位，而分母应是面积单位，只有A 、B 符合单位，C 、D 错误；再代入特殊值，若b ＝a ，球壳无限薄，此时电阻为零，因此只有B 正确，A 错误．]4．(2018·枣阳模拟)两根完全相同的均匀铜棒，把其中的一根均匀拉长到原来的2倍制成细棒，把另一根对折制成粗棒，再把它们串联起来，加上恒定电压U.则()A．细棒的电阻等于粗棒的电阻B．细棒中的电流等于粗棒中的电流的2倍C．细棒两端的电压等于粗棒两端的电压的4倍D．细棒消耗的电功率等于粗棒消耗的电功率的16倍D[设原来的电阻为R，其中的一根均匀拉长到原来的2倍，横截面积变为原来的12，根据电阻定律R＝ρLS，电阻R1＝4R；另一根对折后长度减小为原来的一半，横截面积变为原来的2倍，根据电阻定律R＝ρLS，可得电阻R2＝14R，则两电阻之比为16∶1，故A错误；串联电路中，流过各用电器的电流是相等的，故B错误；由U＝IR可知，细棒两端的电压等于粗棒两端的电压的16倍，故C错误；串联电路中，流过各用电器的电流是相等的，由P＝I2R可知，细棒消耗的电功率等于粗棒消耗的电功率的16倍，故D正确．]对伏安特性曲线的理解(1)图8-1-5甲中线a、b表示线性元件．图8-1-5乙中线c、d表示非线性元件．(2)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，故R a<R b(如图8-1-5甲所示)．(3)图线c 的电阻减小，图线d 的电阻增大(如图8-1-5乙所示)．甲 乙图8-1-5 (4)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．如图8-1-5乙所示，R 0＝U 0I 0. [多维探究]考向1 I -U 图象的理解应用 1．(2018·榆林模拟)两只电阻的伏安特性曲线如图8-1-6所示，则下列说法中正确的是( )图8-1-6 A ．两电阻的阻值为R 1大于R 2B ．两电阻并联在电路中时，R 1的电流大于R 2的电流C ．两电阻串联在电路中时，R 1两端电压大于R 2两端电压D ．两电阻串联在电路中时，R 1消耗的功率大于R 2消耗的功率B [I -U 图象的斜率的倒数表示电阻，故R ＝1k ，斜率越大，电阻越小，所以R 1＜R 2，A 错误；两电阻并联在电路中时，两电阻两端的电压相同，电阻越大，电流越小，故R 1的电流大于R 2的电流，B 正确；两电阻串联在电路中时，通过两电阻的电流相同，根据U ＝IR 可得电阻越大，两端的电压越大，所以R 1两端电压小于R 2两端电压，根据P ＝I 2R 可得R 1消耗的功率小于R 2消耗的功率，C 、D 错误．]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8-1-7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( )【导学号：84370303】图8-1-7 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 ＝U 1I 2 C ．对应P 点，小灯泡的电阻为R ＝U 1I 2－I 1D ．对应P 点，小灯泡的功率为图中矩形PQOM 所围面积大小ABD [在I -U 图象中，图线上的点与O 点的连线的斜率表示该点所对应的电压、电流下电阻的倒数，图象中图线的斜率逐渐减小，电阻逐渐增大，A 正确；对应P 点，小灯泡的电压为U 1，电流为I 2，根据欧姆定律可知，小灯泡的电阻应为R ＝U 1I 2，B 正确，C 错误；其工作功率为P ＝U 1I 2，即为图中矩形PQOM 所围的面积，D 正确．](多选)如图所示，图线1、2、3分别表示导体A 、B 、C 的伏安特性曲线，其中导体C 为一非线性电阻，当三导体串联接在电压恒为6 V 的直流电源两端时，它们的电阻分别为R 1、R 2、R 3，则下列说法正确的是( )A．此时流过三导体的电流均为1 AB．R1∶R2∶R3＝1∶3∶2C．若将三导体串联后改接在3 V的直流电源上，则三导体的阻值之比不变D．若将三导体并联后接在3V的直流电源上，则通过它们的电流之比为I1∶I2∶I3＝3∶2∶1AB[由题中I -U图线可知，R1＝1 Ω、R2＝3 Ω、R3的电阻随两端所加电压变大而变小，当这三导体串联接在电压恒为6 V的直流电源两端时，其电流相等，为1 A，R1、R2、R3两端电压分别为1 V、3 V、2 V，总和为6 V，故选项A、B正确；因导体C为一非线性电阻，电阻随两端所加电压变小而变大，故选项C错误；从题中图线可得，选项D错误．]考向2U-I图象的理解应用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8-1-8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8-1-8A．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 βC．在A点，白炽灯的电功率可表示为U0I0D．在A点，白炽灯的电阻可表示为U0 I0CD[白炽灯的电阻随电压的增大而增大，A错误；在A点，白炽灯的电阻可表示为U0I0，不能表示为tan β或tan α，故B错误，D正确；在A点，白炽灯的功率可表示为U0I0，C正确．]纯电阻电路与非纯电阻电路的比较[母题](多选)(2017·新乡模拟)如图8-1-9所示是某一直流电动机提升重物的示意图，重物质量m＝50 kg，电源提供给电动机的电压为U＝110 V，不计各种摩擦，当电动机以v＝0.9 m/s的恒定速率向上提升重物时，通过电动机的电流为I＝5.0 A，重力加速度g取10 m/s2，则()图8-1-9A．电动机的输入功率为550 WB．电动机提升重物的功率为550 WC．电动机提升重物的功率为450 WD．电动机的线圈电阻为22 Ω【自主思考】(1)电动机以恒定速率提升重物时，如何计算电动机提升重物的功率？[提示]重物匀速上升，拉力F＝mg，故提升重物的功率P＝F v＝mg v.(2)电动机的输入功率、提升重物的功率、热功率间的关系如何？[提示]电动机的输入功率＝提升重物的功率＋热功率．AC[电动机的输入功率P入＝UI＝110×5.0 W＝550 W，A对．提升重物的功率P出＝mg v＝50×10×0.9 W＝450 W，B错，C对．由P入＝P出＋P热和P热＝I2R线得R线＝P入－P出I2＝550－45025Ω＝4 Ω，D错．][母题迁移]迁移1转子被卡死时与正常工作时的比较1．有一小型直流电动机，把它接入U1＝0.3 V的电路中时，电动机不转，测得流过电动机的电流为I1＝0.6 A；若把电动机接入U2＝3.0 V的电路中时，电动机正常工作，工作电流是I2＝1.0 A，求：(1)电动机正常工作时的输出功率是多少；(2)如果电动机正常工作时，转子突然被卡住，此时电动机的发热功率是多大？【导学号：84370304】[题眼点拨] ①“电动机不转”，电动机为纯电阻用电器；②“电动机正常工作时”，为非纯电阻电器．[解析](1)当U 1＝0.3 V ，I 1＝0.6 A 时，电动机不转，此时电动机为纯电阻，故电动机的内电阻为r ＝U 1I 1＝0.5 Ω.当U 2＝3.0 V ，I 2＝1.0 A 时，电动机正常工作，此时电动机为非纯电阻，则电动机的输出功率为P 出＝U 2I 2－I 22r ＝2.5 W.(2)当电动机正常工作被卡住时，电动机又为纯电阻，其热功率为P 热＝U 22r ＝18 W.[答案](1)2.5 W (2)18 W(多选)如图所示，一台电动机提着质量为m 的物体以速度v 匀速上升，已知电动机线圈的电阻为R ，电源电动势为E ，通过电源的电流为I ，当地重力加速度为g ，忽略一切阻力及导线电阻，则( )A ．电源内阻r ＝EI －R B ．电源内阻r ＝E I －mg vI 2－RC ．如果电动机转轴被卡住而停止转动，较短时间内电源消耗的功率将变大D ．如果电动机转轴被卡住而停止转动，较短时间内电源消耗的功率将变小BC [含有电动机的电路不是纯电阻电路，欧姆定律不再适用．由能量守恒定律可得EI ＝I 2r ＋mg v ＋I 2R ，解得r ＝E I －mg vI 2－R ，A 错误，B 正确；如果电动机转轴被卡住，则E ＝I ′(R ＋r )，电流增大，较短时间内，电源消耗的功率变大，较长时间的话，会出现烧坏电源的现象，C 正确，D 错误．] 迁移2 分析电动机的效率问题2. (多选)在如图8-1-10所示的电路中，输入电压U 恒为8 V ，灯泡L 上标有“3 V 6 W ”字样，电动机线圈的电阻R M ＝1 Ω.若灯泡恰能正常发光，下列说法正确的是( )图8-1-10 A ．电动机的输入电压是5 V B ．流过电动机的电流是2 A C ．电动机的效率是80%D ．整个电路消耗的电功率是10 WAB [灯泡恰能正常发光，说明灯泡两端电压为3 V ，电流为2 A ，电动机的输入电压是8 V －3 V ＝5 V ，流过电动机的电流是I ＝2 A ，选项A 、B正确；电动机内阻消耗的功率为I 2R M ＝4 W ，输入功率为U ′I ＝5×2 W＝10 W ，则电动机的输出功率为6 W ，效率为η＝60%，整个电路消耗的电功率是10 W ＋6 W ＝16 W ，选项C 、D 错误．] 迁移3 分析其他非纯电阻电路3．(多选)锂电池因能量密度高、绿色环保而广泛使用在手机等电子产品中．现用充电器为一手机锂电池充电，等效电路如图8-1-11所示，充电器电源的输出电压为U ，输出电流为I ，手机电池的内阻为r ，下列说法正确的是( )【导学号：84370305】充电器锂电池图8-1-11 A．充电器输出的电功率为UI＋I2rB．电能转化为化学能的功率为UI－I2r C．电池产生的热功率为I2rD．充电器的充电效率为IrU×100%BC[充电器输出的电功率为UI，A错误；电能转化为化学能的功率为UI－I2r，B正确；电池产生的热功率为I2r，C正确；充电器的充电效率为UI－I2rUI×100%，D错误．]。