2019年高考物理一轮复习第八章恒定电流第1讲闭合电路欧姆定律学案.doc
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1、1第 1 讲 电路的基本概念和规律高考命题解读高考(全国卷)四年命题情况对照分析分析年份 题 号 命题点卷 23 题通过测定电源的电动势和内阻的实验考查学生的创新设计实验的能力掌握多用电表的使用方法和原理2013 年卷 23 题 掌握多用电表的使用方法和原理卷 23 题通过测定电源的电动势和内阻的实验考查学生的创新设计实验的能力2014 年卷 22 题通过伏安法测电阻的实验考查学生的能力2015 年 卷 23掌握电流表的改装、仪器的选择、故障检测卷 23 题 通过设计实验掌握传感器的应用卷 17 题通过含容电路考查了学生电路的分析能力2016 年卷 23 题通过测量电压表的内阻的实验考查学生创
2、新设计实验的能力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题的形式出题.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.一、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22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
3、通过导体横截面的电荷量qt(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深度思考 若一个电子,电荷量为 e,绕核运动的周期为 T,则等效电流 I 的表达式是_答案 IeT解析 电子绕原子核做圆周运动,形成等效的环形电流,电子电荷量为 e,运动一周的时间为 T,则 I .eT二、欧姆定律及电阻定律1电阻定律(1)内容:同种材料的导体,其电阻与它的长度
4、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 .lS(3)电阻率物理意义:反映导体的导电性能,是表征材料性质的物理量电阻率与温度的关系:a金属:电阻率随温度升高而增大b半导体(负温度系数):电阻率随温度升高而减小c一些合金:几乎不受温度的影响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 .UR(3)适用范围金属导电和电解液导电(对气体导电、半导体导电不适用)3纯电阻电路(不含电动机、电解槽等的电路)3导体的伏安特性曲线(1)I U 图线:以电流为纵轴、电压为横轴所画出的导体上的电流随电压的变化曲线称为I
5、 U 图线,如图 1 所示图 1(2)电阻的大小:图线的斜率 k ,图中 R1R2.IU 1R(3)线性元件:伏安特性曲线是直线的电学元件,适用欧姆定律(4)非线性元件:伏安特性曲线为曲线的电学元件,不适用欧姆定律三、电功、电功率、电热及热功率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)Wt3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(
6、2)公式: Q I2Rt.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 .U2R(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U2R深度思考 电动机正常工作时,电功率大于热功率,当电动机通电卡住不转时,则电功4率与热功率满足什么关系?为什么?答案 相等,电动机通电卡住不转时相当于一个发热的纯电阻,故电功率与热功率相等1判断下列说法是否正确(1)电流越大,单位时间内通过导体横截面的电荷量就越多(
7、)(2)电流 I 随时间 t 变化的图象与坐标轴所围面积表示通过导体横截面的电荷量( )(3)电功率越大,电流做功越快,电路中产生的焦耳热一定越多( )(4)W UIt 适用于任何电路,而 W I2Rt t 只适用于纯电阻电路( )U2R(5)由 R 可知,导体的电阻与导体两端的电压成正比,与流过导体的电流成反比( )UI(6)由 R 可知,导体的电阻与导体的长度成正比,与导体的横截面积成反比( )lS2(人教选修 31P43 第 3 题改编)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
8、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ve2 rB电流大小为 ,电流方向为顺时针verC电流大小为 ,电流方向为逆时针ve2 rD电流大小为 ,电流方向为逆时针ver答案 C解析 电子做圆周运动的周期 T ,2 rv由 I 得 I ,电流的方向与电子运动方向相反,故为逆时针eT ve2 r3(人教选修 31P52 第 4 题改编)图 2 是有两个量程的电压表,当使用 a、 b 两个端点时,量程为 010V,当使用 a、 c 两个端点时,量程为 0100V已知电流表的内阻 Rg为500,满偏电流 Ig为 1mA,则电阻 R1、 R2的值( )5图 2A9500
9、 90000 B90000 9500C9500 9000 D90009500答案 A解析 接 a、 b 时,串联 R1,由串联电路特点有 R 总 R1 Rg 得 R1 Rg9500.U1Ig U1Ig接 a、 c 时串联 R1、 R2,同理有 R 总 R1 R2 Rg 得 R2 Rg R190000.U2Ig U2Ig4(人教选修 31P63 第 1 题)一个电源接 8 电阻时,通过电源的电流为 0.15A,接 13电阻时,通过电源的电流为 0.10A,则电源的电动势和内阻分别为( )A2V 1.5 B1.5V 2C2V2 D1.5V 1.5答案 B解析 由闭合电路欧姆定律得E I1(R1 r
10、), E I2(R2 r)代入数据联立得 r2, E1.5V.命题点一 利用“柱体微元”模型求电流利用“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 .Lv(3)电流的微观表达式 I nqvS.Qt6例 1 如图 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 ,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
11、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 3A. B.mv22eL mv2SneC nev D. evSL棒两端加上恒定的电压;棒内产生电流答案 C解析 由电流定义可知: I neSv.由欧姆定律可得:qt nvtSetU IR neSv neLv ,又 E ,故 E nev ,选项 C 正确LS UL1在长度为 l、横截面积为 S、单位体积内自由电子数为 n 的金属导体两端加上电压,导体中就会产生匀强电场导体内电荷量为 e 的自由电子在电场力作用下先做加速运动,然后与做热运动的阳离子碰撞而减速,如此往复所以,我们通常将自由电子的这种运动简化成速率为 v(不随时间变化
12、)的定向运动已知阻碍电子运动的阻力大小与电子定向移动的速率 v 成正比,即 Ff kv(k 是常量),则该导体的电阻应该等于( )A. B. C. D.klneS klne2S kSnel kSne2l答案 B解析 电子定向移动,由平衡条件得, kv e ,则 U ,导体中的电流 I neSv,电阻Ul kvleR ,选项 B 正确UI klne2S2在显像管的电子枪中,从炽热的金属丝不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.
13、 B.I leS m2eU I le m2eU7C. D.IeS m2eU IS le m2eU答案 B解析 在加速电场中有 eU mv2,得 v .在刚射出加速电场时,一小段长为 l 的电12 2eUm子束内电量为 q I t I ,则电子个数 n .B 正确 lv qe I le m2eU命题点二 欧姆定律及电阻定律1电阻的决定式和定义式的比较公式 R lS R UI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 、 l、 S 共同决定提供了一种测电阻的方法伏安法, R与 U、 I 均无关区别只适用于粗细均匀的金属导体和浓度均匀的电解液适用于任何纯电阻导体2.对伏安特性曲
14、线的理解(如图 4 甲、乙所示)图 4(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UI例 2 如图 5 所示,厚薄均匀的矩形金属薄片边长为 ab10cm, bc5cm,当将 C 与 D 接入电压恒为 U 的电路时,电流强度为 2A,若将 A 与 B 接入电压恒为 U 的
15、电路中,则电流为( )8图 5A0.5A B1AC2A D4A电压恒为 U 的电路答案 A解析 设金属薄片厚度为 d,根据电阻定律公式 R ,有 RCD , RAB lS lbclabd,故 ;根据欧姆定律,电压相同时,电流与电阻成反比故两次电lablbcd RCDRAB 12 12 14流之比为 41,故第二次电流为 0.5A,故选 A.3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 .为使线路上的电压降不超过 U,那么,输电线的横截面积的最小值为( )A. B. C. D. lR 2 lIU U lI 2UlI答案 B解析 输电线的总长为 2l,由公式 R 、 R
16、得 S ,故 B 正确UI lS 2 lIU4(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 6 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 6A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 RU1I2C对应 P 点,小灯泡的电阻 RU1I2 I1D对应 P 点,小灯泡的功率为图中矩形 PQOM 所围的“面积”9答案 BD解析 由欧姆定律知, I U 图中任意一点的电阻为该点与坐标原点 O 点的连线的斜率的倒数,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
17、连线斜率的倒数,即 R ,B 正确,C 错误对应 P 点,小灯泡的功率 P U1I2,即图中U1I2矩形 PQOM 所围的“面积” ,D 正确命题点三 电功、电功率、电热及热功率电功和电热、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电热 电流通过导体产生的热量 Q I2Rt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电功率 单位时间内电流所做的功 P UI热功率 单位时间内导体产生的热量 P I2R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
18、 P 热例 3 (多选)如图 7 所示,电源电动势 E3V,小灯泡 L 的规格为“2V 0.4W” ,开关 S接 1,当滑动变阻器调到 R4 时,小灯泡 L 正常发光,现将开关 S 接 2,小灯泡 L 和电动机 M 均正常工作则( )图 7A电源内阻为 1B电动机的内阻为 4C电动机正常工作电压为 1VD电源效率约为 93.3%S 接 1,L 正常发光;S 接 2,L 和 M 均正常工作答案 AD10解析 小灯泡正常工作时的电阻 RL 10,流过小灯泡的电流 I 0.2A,当开关 SU2P PU接 1 时, R 总 15,电源内阻 r R 总 R RL1,A 正确;当开关 S 接 2 时,电动
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