北京专用高考物理一轮复习第十章恒定电流第1讲电流电阻电功及电功率.ppt

,知识梳理,深化拓展,栏目索引,第,1,讲电流电阻电功及电功率,知识梳理,一、电流,1.电流,(1)定义:电荷的,定向移动,形成电流。,(2)方向:规定,正电荷,定向移动的方向为电流的方向。,(3)三个公式,a.定义式:,I,=,;,b.决定式:,I,=,;,c.微观式:,I,=,nqSv,。,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。,1.电阻,(1),R,=,。,(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,。,二、电阻,2.电阻定律,(1)内容:同种材料的导体,其电阻与它的,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)公式:,R,=,。,3.电阻率,(1)计算式:,=,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:通常电阻率随温度升高而,减小,。,1.电功,(1)定义:电流所做的功叫电功。电流做功,实质上是导体中的恒定电场,对自由电荷的,静电力,在做功。,(2)公式:,W,=,qU,=,IUt,。,(3)电流做功是,电能,转化成其他形式能的过程。,三、电功和电功率,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,。,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,=,I,2,Rt,。,4.热功率,(1)定义:单位时间内的发热量。,(2)表达式:,P,=,=,I,2,R,。,1.一个阻值为,R,的电阻两端加上电压,U,后,通过电阻横截面的电荷量,q,随,时间变化的图像如图所示,此图像的斜率可表示为,(),A.,U,B.,R,C.,D.,答案,C在,q,-,t,图像中图线的斜率是,k,=,=,I,即表示电流,由欧姆定律知,I,=,则C正确。,C,2.有、两根不同材料的电阻丝,长度之比为,l,1,l,2,=15,横截面积之,比为,S,1,S,2,=23,电阻之比为,R,1,R,2,=25,外加电压之比为,U,1,U,2,=1,2,则它们的电阻率之比为,(),A.23B.43C.34D.83,答案,B设两根电阻丝电阻率分别为,1,、,2,由电阻定律,R,=,故,=,所以,=,=,B正确。,B,3.关于电功,W,和电热,Q,的说法正确的是,(),A.在任何电路中都有,W,=,UIt,、,Q,=,I,2,Rt,且,W,=,Q,B.在任何电路中都有,W,=,UIt,、,Q,=,I,2,Rt,但,W,不一定等于,Q,C.,W,=,UIt,、,Q,=,I,2,Rt,均只有在纯电阻电路中才成立,D.,W,=,UIt,在任何电路中都成立,Q,=,I,2,Rt,只在纯电阻电路中成立,答案,B,W,=,UIt,、,Q,=,I,2,Rt,适用于一切电路,但在纯电阻电路中,W,=,Q,在,非纯电阻电路中,W,Q,B对,A、C、D错。,B,4.横截面积为,S,的导线中,通有大小为,I,的电流。已知导线单位体积中有,n,个自由电子,每个自由电子的电荷量是,e,自由电子定向移动的速率是,v,则在时间,t,内通过导线截面的电子数是,(),A.,nSv,t,B.,nv,t,C.,I,t,D.,A,答案,A根据电流的定义式可知,在,t,内通过导线截面的电荷量,q,=,I,t,。所以在这段时间内通过的自由电子数为,N,=,=,。,由于自由电子定向移动的速率是,v,因此在时间,t,内,位于以截面,S,为底,长为,l,=,v,t,的这段导线内的自由电子都能通过截面。这段导线的体积,V,=,Sl,=,Sv,t,所以,t,内通过截面,S,的自由电子数,N,=,nV,=,nSv,t,。,深化拓展,考点一,电流的微观解释,考点二,对电阻、电阻定律的理解和应用,考点三,欧姆定律和伏安特性曲线,考点四,电功、电功率、电热与热功率,深化拓展,考点一电流的微观解释,一、电流的微观解释,1.建立微观模型:如图所示,粗细均匀的一段导体长为,l,横截面积为,S,导,体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,当导体两,端加上一定的电压时,导体中的自由电荷沿导体定向移动的速率为,v,。,2.在时间,t,内导体中长度,l,=,vt,内的自由电荷全部通过了截面,D,。,3.这些电荷的总电荷量为,Q,=,nvtSq,。,4.电流的表达式:,I,=,nqSv,。,5.,结论,:,从微观上看,电流由导体中自由电荷的密度、电荷定向移动的速,率、导体的横截面积和自由电荷带电量共同决定。,二、与电流有关的三种速率的比较,电荷定向移动速率,电流的传导速率,电荷无规则热运动速率,概念,自由电荷沿某一方向运动的速率,电场的传播速率,自由电荷做无规则运动的速率,速率大小,金属导体中约为10,-5,m/s,等于光速3,10,8,m/s,约为10,5,m/s,1-1(多选)一根粗细均匀的金属导线,两端加上恒定电压,U,时,通过金属,导线的电流为,I,金属导线中自由电子定向移动的平均速率为,v,若将金属,导线均匀拉长,使其长度变为原来的2倍,仍给它两端加上恒定电压,U,则,此时,(),A.通过金属导线的电流为,B.通过金属导线的电流为,C.自由电子定向移动的平均速率为,D.自由电子定向移动的平均速率为,BC,答案,BC金属导线均匀拉长,使其长度变为原来的2倍,横截面积变,为原来的,电阻变为原来的4倍,两端加上恒定电压,U,通过金属导线的,电流为,A错误,B正确。根据,I,=,neSv,可知自由电子定向移动的平均速,率为,C正确、D错误。,1-22014北京理综,24(2)若导线,MN,的质量,m,=8.0 g、长度,L,=0.10 m,感,应电流,I,=1.0 A,假设一个原子贡献1个自由电子,计算导线,MN,中电子沿,导线长度方向定向移动的平均速率,v,e,(下表中列出一些你可能会用到的,数据)。,阿伏加德罗常数,N,A,6.0,10,23,mol,-1,元电荷,e,1.6,10,-19,C,导线,MN,的摩尔质量,6.0,10,-2,kg/mol,答案,7.8,10,-6,m/s,解析,导线,MN,中含有的原子数为,N,=,N,A,因为一个金属原子贡献一个电子,所以导线,MN,中的自由电子数也,是,N,。,导线,MN,单位体积内的自由电子数,n,=,其中,S,为导线,MN,的横截面积。,因为电流,I,=,nv,e,Se,所以,v,e,=,=,=,解得,v,e,=7.8,10,-6,m/s。,考点二对电阻、电阻定律的理解和应用,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。,2.两个公式的对比,公式,R,=,R,=,适用条件,(1)金属、电解液,(2)纯电阻电路,导电材料,字母含义,U,:导体两端的电压,I,:通过导体的电流,:材料的电阻率,l,:沿电流方向导体的长度,S,:垂直电流方向导体的横截面积,公式含义,反映了,R,的大小,不能说,R,U,、,R,R,的决定式,R,由,、,l,、,S,共同决定,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2,l,直径为2,d,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。,C,2-2如图甲所示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?,答案,40 m,解析,由题图乙可求得,U,=10 V时电解液的电阻为,R,=,=,=2 000,由题图甲可知电解液长为:,l,=,a,=1 m,横截面积为:,S,=,b,c,=0.02 m,2,结合电阻定律,R,=,得,=,=,m=40 m。,考点三欧姆定律和伏安特性曲线,1.欧姆定律,(1)公式,I,=,是电流的决定式,I,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、电解液等组成的纯电阻电路。对于气体导,电、含有电动机和电解槽等非纯电阻的电路不适用。,2.对伏安特性曲线的理解(如图所示),(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,图线,a,、,e,的斜率表示电阻的大小,斜率越大,电阻越大,R,a,R,e,。,在图乙中,图线,d,、,f,的斜率表示电阻倒数的大小,斜率越大,电阻越小,R,d,Q,2,C.,Q,1,Q,2,D.无法确定,答案,C由,I,-,U,图线的斜率表示电阻的倒数可知,R,1,R,2,串联电路中电,流处处相等,再结合焦耳定律,Q,=,I,2,Rt,可知,Q,1,Q,电功率与,热功率,P,电,=,UI,P,热,=,I,2,R,=,P,电,=,P,热,P,电,=,UI,P,热,=,I,2,R,P,电,P,热,4.电功和电热的处理方法,无论在纯电阻电路还是在非纯电阻电路中,发热功率都是,I,2,R,。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。,4-1一个直流电动机,线圈电阻是0.5,当它两端所加电压为6 V时,通,过电动机的电流是2 A。由此可知,(),A.电动机消耗的电功率为10 W,B.电动机发热的功率为10 W,C.电动机输出的机械功率为10 W,D.电动机的工作效率为20%,C,答案,C电动机是非纯电阻器件,P,总,=,P,机,+,P,热,电动机消耗的电功率,P,总,=,UI,=12 W,A错误。发热功率,P,热,=,I,2,R,=2 W,B错误。输出的机械功率,P,出,=,P,总,-,P,热,=10 W,C正确。电动机的工作效率,=,100%=83%,D错误。,4-2如图所示,是一提升重物用的直流电动机工作时的电路图。电动,机内电阻,r,=0.8,电路中另一电阻,R,=10,直流电压,U,=160 V,电压表示,数,U,V,=110 V。试求:,(1)通过电动机的电流;,(2)输入电动机的电功率;,(3)若电动机以,v,=1 m/s匀速竖直向上提升重物,求该重物的质量。(,g,取,10 m/s,2,),答案,(1)5 A(2)550 W(3)53 kg,解析,(1)由电路中的电压关系可得电阻,R,两端电压,U,R,=,U,-,U,V,=(160-,110)V=50 V,流过电阻,R,的电流,I,R,=,=,A=5 A,则通过电动机的电流,I,M,=,I,R,=5 A,(2)电动机两端电压,U,M,=,U,V,=110 V,输入电动机的电功率,P,电,=,I,M,U,M,=550 W,(3)电动机的发热功率,P,热,=,r,=20 W,电动机输出的机械功率,P,机,=,P,电,-,P,热,=530 W,又因,P,机,=,mgv,所以,m,=,=53 kg,