2020年高考物理一轮复习第9章恒定电流第39讲电路的基本概念和规律（一）学案（含解析）.doc

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1、1电路的基本概念和规律（一）研读考纲明方向重读教材定方法(对应人教版选修 31 的页码及相关问题)1P 42例题 1体会自由电子定向移动速率的推导过程；思考电流能瞬间导通的原因。提示：闭合开关瞬间，电路中各个位置迅速建立恒定电场，各处自由电子几乎同时开始定向移动。2P 43问题与练习T 2：1 s 通过导线某横截面的电子有多少个？T 3：等效电流多大？提示：T 2： n 1.010 19(个)。T 3： I 。Ite qt ev2 r3P 43阅读教材，思考：电磁感应中的感生电动势和动生电动势的“非静电力”各是什么作用力？提示：感生电动势中为电场力；动生电动势中为洛伦兹力。4P 45问题与练习

2、T 3： EI 表示什么？提示：电源总功率。5P 46阅读教材，思考：能否说 R 与 U 成正比或 R 与 I 成反比？提示：不能。电阻是导体本身的一种性质，不由 I、 U 决定，而是由导体的材料、长度、横截面积决定，导体电阻的决定式为 R 。LS6P 47图 2.34，滑动变阻器的滑片滑到最左端时灯泡两端电压为多少？提示：为零。7P 48问题与练习T 24 ： UI 图象中什么表示电阻？提示：由欧姆定律可知， UI 图象中某点与原点连线的斜率表示在这一点时的电阻。8P 4950 阅读教材，思考：串联电路中其中一个电阻增大则总电阻增大；并联电路中其中一个电阻增大则总电阻减小，这种说法对吗？提示

3、：不对。不论串联、并联，其中一个电阻增大则总电阻一定增大。9P 51例题 1例题 2如何将电流表 G 改装成电压表或大量程电流表？提示：电流表 G 串联电阻改装成电压表，并联电阻改装成大量程电流表。10P 52问题与练习T 1：体会分压电路的作用。T 2：讨论甲、乙两种接法的误差。T3：分析原因。提示：T 2：甲接法测量值偏小，乙接法测量值偏大。T 3：电压表使被测电阻两端总电2阻偏小，电压比不接电压表时小。11P 54例题 1考虑：当电动机正常工作时， I 还成立吗？UR提示：不成立。欧姆定律不适用于非纯电阻电路。12P 55问题与练习T 2：S 接通和断开，电饭锅分别处于哪种状态？T 3：

4、排列实际功率大小。提示：T 2：S 接通加热，S 断开保温。T 3： PaPdPbPc。13P 58思考与讨论 R1阻值比 R2大吗？提示：相等。14P 59问题与练习T 4：并联或串联，甲、乙消耗的电功率之比是多少？提示： R ， R 甲 R 乙 12。并联时， P ， P 甲 P 乙 21；串联时，LS L r2 U2RP I2R， P 甲 P 乙 12。15P 6061 阅读“闭合电路的欧姆定律”一部分，思考：电源正负极实际电压就是电源电动势吗？提示：不一定，只有当外电路断开时才是。16P 62思考与讨论讨论 UI 图象回答课本问题。提示：外电路断开时， I0， U E，对应图象中纵轴截

5、距，故 E 影响图象的纵截距；电源短路时， U0，对应图象的横轴截距，因电流很大，故应快速读出电流后立即断开电路；短路电流 I ，故 r 影响图象斜率大小。Er17P 64仔细观察图 2.82 欧姆表电路，思考：当用欧姆表粗测导体的电阻时，电流是从红表笔流出还是从黑表笔流出？提示：黑表笔。 “红入黑出” ，不论多用电表是作欧姆表、电压表还是电流表使用，电流都是从红表笔流入、黑表笔流出。18P 69问题与练习T 4：请画出黑箱内的电路结构图。提示：如图所示。19P 104学习使用游标卡尺和螺旋测微器并掌握读数方法。第 39 讲 电路的基本概念和规律(一)考点一 电流和电源一、电流1电流3(1)定

6、义：电荷的 定向移动形成电流。01 (2)公式： I (注意：如果是正、负离子同时反向移动形成电流， q 是两种电荷电荷qt量绝对值之和)。(3)方向：规定和 正电荷定向移动的方向相同，和负电荷定向移动的方向相反。02 (4)性质：电流既有 大小也有 方向，但它的运算遵守代数运算规则，是标量。03 04 (5)单位：国际单位制单位是 安培(A)，常用单位还有毫安(mA)、微安(A)。05 (6)微观表达式： I nqSv， n 是单位体积内的自由电荷数， q 是每个自由电荷的电荷量，S 是导体的横截面积， v 是自由电荷定向移动的速率。2形成电流的三种微粒：自由电子、正离子和负离子，其中金属导

7、体导电中定向移动的电荷是 自由电子，液体导电中定向移动的电荷是 正离子和 负离子，气体导电中定06 07 08 向移动的电荷是 自由电子、 正离子和 负离子。09 10 11 3形成电流的条件： 导体两端存在电压。12 4电流的分类：方向不改变的电流叫 直流电流；方向和大小都不改变的电流叫 恒13 14 定电流；方向随时间周期性变化的电流叫 交变电流。15 二、电源的电动势1电源：通过非静电力做功使导体两端存在持续电压，将其他形式的能转化为 电能16 的装置。2电动势(1)定义：电动势在数值上等于非静电力把 1 C 的正电荷在电源内从 负极移送到 正17 18 极所做的功。(2)表达式： E

8、。19 Wq(3)物理意义：反映电源把其他形式的能转化成电能的本领大小的物理量。注意：电动势由电源中非静电力的特性决定，跟电源的 体积无关，跟 外电路无关。20 21 (4)方向：电动势虽然是标量，但为了研究电路中电势分布的需要，规定由负极经电源内部指向正极的方向(即电势升高的方向)为电动势的方向。1.如图所示，一根横截面积为 S 的均匀长直橡胶棒上均匀分布着负电荷，每米电荷量为 q。当此棒沿轴线方向做速度为 v 的匀速直线运动时，由于棒运动而形成的等效电流大小为( )4A qv B. C qvS D.qv qvS答案 A解析 t 秒内橡胶棒通过的长度 l vt，总电荷量 Q ql qvt，

9、I qv，故 AQt qvtt正确。2.(2018重庆一中期末)如图所示的电解池接入电路后，在 t 秒内有 n1个一价正离子通过溶液内某截面 S，有 n2个一价负离子通过溶液内某截面 S，设 e 为元电荷，以下说法正确的是( )A当 n1 n2时，电流为零B当 n1n2时，溶液中电流方向从 A B，电流为 I n1 n2 etC当 n1Re。10 在图乙中，图线上的点与 O 点连线的斜率表示电阻倒数的大小，斜率越大，电阻 越11 小， Rd bc。电流沿以下方向流过该金属电阻，其中电阻的阻值最小的是( )答案 A解析 根据电阻定律 R 可知， RA ， RB ， RC ， RD ，结合lS c

10、ab bac abc abcabc 可得： RC RDRBRA，故 RA最小，A 正确。3教材母题 (人教版选修 31 P48T5)初中数学课中已经学过，正比例函数可以表示为 y kx 的形式，它的图象是一条过原点的直线， k 的大小描述直线的倾斜程度，叫做直线的斜率。请证明：当导体的伏安特性曲线是一条通过原点的直线时，其斜率等于这个导体的电阻的倒数。变式子题 小灯泡通电后其电流 I 随所加电压 U 变化的图线如图所示， 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( )A随着所加电压的增大，小灯泡的电阻减小B对应

11、P 点，小灯泡的电阻为 RU1I1C对应 P 点，小灯泡的电阻为 RU1I2 I1D对应 P 点，小灯泡的功率为图中矩形 PQOM 的面积答案 D解析 由图可知小灯泡的电阻随所加电压的增大而逐渐增大，A 错误；根据欧姆定律，对应 P 点，小灯泡的电阻应为 R ，B、C 错误；对应 P 点，小灯泡的功率为 P U1I2，也U1I2就是图中矩形 PQOM 的面积，D 正确。考点三 电功和电热81电功：电流做功的实质是电场力对电荷做功。电场力对电荷做功，电荷的电势能减少，电势能转化为其他形式的能。因此电功 W qU UIt，这是计算电功普遍适用的公01 02 式。2电功率：单位时间内电流所做的功叫电

12、功率。 P UI，这是计算电功率普遍适Wt 03 用的公式。3焦耳定律(1)电热：由于导体的电阻，使电流流过导体时消耗的电能中转化为内能的那一部分叫电热。(2)电热计算公式(焦耳定律)： Q I2Rt，这是普遍适用的电热计算公式。04 焦耳定律是电流热效应的实验规律，凡是要计算电热，都应首选焦耳定律。焦耳定律说明了有电阻才能产生电热，如果一段电路上的电阻 R0，这段电路上将无电热产生。如电流流过超导体时。(3)热功率定义：单位时间内电流产生的热量。公式： P I2R。05 4纯电阻电路与非纯电阻电路9101(多选)关于三个公式 P UI、 P I2R、 P 的适用范围，下列说法正确的是( )U

13、2RA第一个公式普遍用于求电功率，后两式普遍用于求热功率B在纯电阻电路中，三个公式既可用于求电功率，又可用于求热功率C在非纯电阻电路中，第一个公式可用于求电功率，第二个公式可用于求热功率D由 U IR 可知，三个公式没有任何区别，它们表达相同的意义，所以 P 即电功率答案 BC解析 首先要明确，公式 U IR 只适用于纯电阻电路，因此三个公式在纯电阻电路中没有区别，但在非纯电阻电路中它们各不相同。其次， P UI 表示电功率，而 P I2R 表示热功率。因此，在纯电阻电路中 UI I2R，消耗的电能全部转化为内能；而在非纯电阻电路中 UII2R，即消耗的电能中只有一部分转化为内能。故选 B、C

14、。2规格为“220 V 36 W”的排气扇，线圈的电阻为 40 ，求：(1)接上 220 V 的电压后，排气扇转化为机械能的功率和发热功率；(2)如果接上电源后，扇叶被卡住，不能转动，求电动机消耗的功率和热功率。答案 (1)35 W 1 W (2)1210 W 1210 W解析 (1)排气扇在 220 V 的电压下正常工作时的电流为： I A0.16 A，PU 36220发热功率为 P 热 I2R(0.16) 240 W1 W。转化为机械能的功率为P 机 P P 热 36 W1 W35 W。(2)扇叶被卡住不能转动后，电动机成为纯电阻电路，电流做功全部转化为内能，此时电动机中的电流为I A5.

15、5 A，UR 22040电动机消耗的功率即电功率等于热功率为P 电 P 热 UI2205.5 W1210 W。课后作业巩固强化练1关于电流，下列说法中正确的是( )A通过导体横截面的电荷量越多，电流越大B电子运动的速率越大，电流越大11C单位时间内通过导体横截面的电荷量越多，导体中的电流越大D因为电流有方向，所以电流是矢量答案 C解析 电流的大小等于单位时间内通过导体横截面的电荷量，故 A 错误，C 正确；电流的微观表达式 I neSv，电流的大小由单位体积的电荷数、每个电荷所带电荷量、导体的横截面积和电荷定向移动的速率共同决定，故 B 错误；矢量运算遵循平行四边形定则，标量的运算遵循代数运算

16、规则，电流的运算遵循代数运算规则，故电流是标量，D 错误。2铜的摩尔质量为 m，密度为 ，每摩尔铜原子中有 n 个自由电子。今有一根横截面积为 S 的铜导线，当通过的电流为 I 时，电子平均定向移动的速率为( )A光速 c B.IneSC. D. IneSm mIneS答案 D解析 由电流表达式 I n eSv 可得 v ，其中 n ，故 v ，DIn eS nm nm mIneS正确。3下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法中不正确的是( )A电功率越大，电流做功越快，电路中产生的焦耳热一定越多B W UIt 适用于任何电路，而 W I2Rt t 只适用于纯电阻的电路U2RC在非纯电阻的电路中

17、， UItI2RtD焦耳热 Q I2Rt 适用于任何电路答案 A解析 电功率越大，电流做功越快，但产生的热量不一定越多，故 A 错误； W UIt 适用于任何电路，而 W I2Rt t 只适用于纯电阻的电路，故 B 正确；在非纯电阻的电路中，U2R电功大于电热，即 UItI2Rt，故 C 正确；任何电路中求焦耳热都要用 Q I2Rt，故 D 正确。4.(多选)如图所示，定值电阻 R120 ，电动机绕线电阻 R210 ，当开关 S 断开时，电流表的示数是 I10.5 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( )A I1.5 A B I

18、1.5 A12C P15 W D P15 W答案 BD解析 当开关 S 断开时，由欧姆定律得 U I1R110 V，当开关闭合后，通过 R1的电流仍为 0.5 A，通过电动机的电流 I2 1 A，故电流表示数 I0.5 A1 A1.5 A，B 正UR2确；电路中电功率 P UI15 W，D 正确。5.如图所示，电源的电动势为 30 V，内阻为 1 ，一个标有“6 V 12 W”的电灯与一个绕线电阻为 2 的电动机串联。开关闭合后，电路中的电灯正常发光，则电动机输出的机械功率为( )A36 W B44 W C48 W D60 W答案 A解析 电路中电灯正常发光，所以 UL6 V，电路中电流为 I

19、 A2 A，则电PLUL 126动机两端的电压 UM E Ir UL22 V，故电动机输出的机械功率 P 出 P 电 P 热 UMI I2RM36 W，A 正确。6如图为某台电风扇的铭牌，如果已知该电风扇在额定电压下工作，转化为机械能的功率等于电动机消耗电功率的 98%，则在额定电压下工作，通过电动机的电流及电动机线圈的电阻 R 分别是( )A I2.5 A， R11 B I2.5 A， R88 C I0.4 A， R11 D I0.4 A， R550 答案 C解析 从铭牌上可得额定功率为 88 W，额定电压为 220 V，故根据公式 I 可得额定PU电流为 I A0.4 A，转化为机械能的功

20、率等于电动机消耗的电功率的 98%，根据能量8822013守恒定律可知线圈电阻消耗功率为 2%P，故 2%P I2R，解得 R 11 ，C 正确。0.02PI27.随着中国通讯业的发展，国产手机在手机市场上已经占有了相当大的市场份额。如图所示的是中国某股份有限公司生产的一块手机电池外壳的文字说明。由此可知，此电池的电动势和待机状态下的平均工作电流分别是( )A4.2 V,14.58 mA B4.2 V,700 mAC3.7 V,14.58 mA D3.7 V,700 mA答案 C解析 由题图知电池电动势为 3.7 V，而不是充电电压 4.2 V，A、B 错误。又因为电池的容量为 700 mAh

21、，待机时间为 48 h，所以平均工作电流为 mA14.58 mA，故 C70048正确，D 错误。8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 a1 m， b0.2 m， c0.1 m，当里面注满某电解液，且 P、 Q 加上电压后，其 UI 图象如图乙所示，当U10 V 时，求电解液的电阻率 。答案 40 m解析 由题图乙可求得电解液的电阻为R 2000 。UI 10510 3由题图甲可知电解液长为： l a1 m，横截面积为： S bc0.02 m 2。结合电阻定律 R lS得 m40 m。RSl 20000.02114真题模拟练9.(2018枣庄模拟)(多选)如图所示

22、， R1和 R2是同种材料、厚度相同、表面为正方形的导体，但 R1的尺寸比 R2的尺寸大。在两导体上加相同的电压，通过两导体的电流方向如图所示，则下列说法中正确的是( )A R1中的电流小于 R2中的电流B R1中的电流等于 R2中的电流C R1中自由电荷定向移动的速率大于 R2中自由电荷定向移动的速率D R1中自由电荷定向移动的速率小于 R2中自由电荷定向移动的速率答案 BD解析 设正方形的边长为 L、厚度为 d，由 I ， R ，得 I ，故UR LS LLd d UdR1、 R2中的电流相等，A 错误，B 正确。由 I nqSv nqLdv 得， L 大则 v 小，C 错误，D 正确。1

23、0.(2018襄阳模拟)如图所示，一个电阻 R 和一个灯泡 L 串联接在电压恒为 U 的电源上，电路中的电流为 I。电阻两端的电压为 U1，电功率为 P1；灯泡两端的电压为 U2，电功率为 P2，则下列关系式正确的是( )A P1 UI B P2U2RC U2 U IR D U1 U IR答案 C解析 R 消耗的功率应为 P1 U1I，故 A 错误；根据串联电路规律 U1 U2 U，而电阻两端的电压 U1 IR，故 U2 U IR，故 C 正确，D 错误；灯泡的功率应为 P2 U2I ，故U2RLB 错误。11(2018湖南长沙调研)改革开放以来，人们的生活水平和生活质量有了较大的改善，电冰箱

24、、空调机、电视机等家用电器得到了普遍使用。根据下图中铭牌上提供的信息，判断在 12 小时内正常使用的电冰箱与连续运转的电风扇消耗电能的情况是( )15BC 65B电 冰 箱额 定 电 压 220 V工 作 频 率 50 Hz额 定 功 率 70 W耗 电 量 ： 0.5 kWh/24 hPS 69电 风 扇规 格 400 mm额 定 电 压 220 V工 作 频 率 50 Hz额 定 功 率 65 WA电冰箱比电风扇多B电风扇比电冰箱多C电风扇与电冰箱一样多D电冰箱比电风扇可能多，也可能少答案 B解析 依据电冰箱铭牌可知，电冰箱在 12 h 内消耗电能 0.25 kWh，而电风扇在 12 h

25、内消耗电能 W Pt0.78 kWh，B 项正确。12(2018江西南昌调研)(多选)如图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 1000 W。关于该电吹风，下列说法正确的是( )A若 S1、S 2闭合，则电吹风吹冷风B电热丝的电阻为 55 C电动机工作时输出的机械功率为 880 WD当电吹风吹热风时，电动机每秒钟消耗的电能为 120 J答案 BD解析 开关均闭合时，电动机、电热丝均工作，电吹风吹热风，A 项错误；电动机工作时输出的机械功率为电动机消耗的电功率减去其自身产热的功率，其数值一定小于 120 W，C 项错误；电吹风吹热风时电热消耗的功率为 P1000 W120 W880 W，对电热丝，由 P 可得电热丝电阻 R 55 ，B 项正确；电吹风吹热风、冷风时电动U2R U2P 2202880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，D 项正确。16