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步步高·2015高三物理总复习【配套课件】:第7章 恒定电流 第1课时 电阻定律 欧姆定律 焦耳定律及电功率


第七章

恒定电流

第1课时 电阻定律 欧姆定律 焦耳定律及电功率

题组扣点

第1课时

电阻定律 欧姆定律 焦耳定律及电功率

题组答案

1.A

2.D

3.ABC

4.AD

考点梳理答案
一、电流 nqvS 二、电阻 电阻定律 U l 阻碍作用的大小 ρS I 减小 绝对零度 减小为零 三、部分电路欧姆定律 四、电功、电热、电功率 电场力
题组扣点

导电性能
U I= R

增大

正比 反比

金属导体

IUt

电能
课堂探究

快慢 IU 热量
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I2 R
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课堂探究 考点一

第1课时

电阻定律 欧姆定律 焦耳定律及电功率

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,电阻大的导体 对电流的阻碍作用大. 电阻率是反映制作导体的材料导电性能好坏 的物理量,电阻率小的材料导电性能好. (2)导体的电阻大,导体材料的导电性能不一定差;导体的电阻率 小, 电阻不一定小, 即电阻率小的导体对电流的阻碍作用不一定小. (3)导体的电阻、电阻率均与温度有关.

题组扣点

课堂探究

学科素养培养

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课堂探究 考点一

第1课时

电阻定律 欧姆定律 焦耳定律及电功率

对电阻、电阻定律的理解和应用

2.电阻的决定式和定义式的区别
公式 l R=ρS 电阻的决定式 说明了电阻的决定因素 区别 只适用于粗细均匀的金属 导体和浓度均匀的电解质 溶液 适用于任何纯电阻导体 U R= I 电阻的定义式 提供了一种测定电阻的方法, 并 不说明电阻与 U 和 I 有关

题组扣点

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第1课时

电阻定律 欧姆定律 焦耳定律及电功率

【例 1】一段长为 L,电阻为 R 的均匀电阻丝, 把它拉成 3L 长 的均匀细丝后,切成等长的三 段,然后把它们并联在一起, 其电阻值为 R A. 3 R C. 9 B.3R D.R ( D )

思路点拨
L L2 根据 R=ρS=ρ V 可知,原 电阻丝被拉长 3 倍后的总 阻值为 9R
再切成三段后每段的阻值 为 3R, 把它们并联后的阻 值为 R

题组扣点

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第1课时

电阻定律 欧姆定律 焦耳定律及电功率

l RS 【突破训练 1】根据 R=ρS可以导出电阻率的表达式 ρ= l ,对温 度一定的某种金属导线来说,它的电阻率 A.跟导线的电阻 R 成正比 B.跟导线的横截面积 S 成正比 C.跟导线的长度 l 成反比 D.只由其材料的性质决定 (

D )

题组扣点

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第1课时 电阻定律 欧姆定律 焦耳定律及电功率 课堂探究 考点二 对伏安特性曲线的理解

1.图 3 中,图线 a、b 表示线性元件,图线 c、d 表示非线性元件. 2. 图线 a、 b 的斜率表示电阻的倒数, 斜率越大, 电阻越小, 故 Ra<Rb(如 图甲所示). 3.图线 c 的电阻随电压的增大而减小,图线 d 的电阻随电压的增大 而增大(如图乙所示).

图3

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.
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第1课时

电阻定律 欧姆定律 焦耳定律及电功率

【例 2】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 4 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 ( CD )
图4

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 U0 示为 ,或表示为 tan α,选 I0 项 B 错误,D 正确.

× B.在 A 点,白炽灯的电阻可表示为 tan β ×
题组扣点 课堂探究

A.白炽灯的电阻随电压的增大而减小

C.在 A 点,白炽灯的电功率可表示为 U0I0 U0 D.在 A 点,白炽灯的电阻可表示为 I0

在 A 点,白炽灯的电功率可 表示为 U0I0,选项 C 正确.
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第1课时

电阻定律 欧姆定律 焦耳定律及电功率

【突破训练 2】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,则下列说法中错误的是 A.随着所加电压的增大,小灯泡的电阻增大 U1 B.对应 P 点,小灯泡的电阻为 R= I2 U1 C.对应 P 点,小灯泡的电阻为 R= I2 - I1 D.对应 P 点,小灯泡的功率为图中矩形 PQOM 所围的面积
图5

(C )

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课堂探究 考点三

第1课时

电阻定律 欧姆定律 焦耳定律及电功率

电功、电功率、电热与热功率

1.电功是电能转化为其他形式能的量度,电热是电能转化为内能的量度. 计算电功时用公式 W=IUt,计算电热时用公式 Q=I2Rt.

2.从能量转化的角度来看,电功和焦耳热之间的数量关系是 W≥Q、 UIt≥I2Rt.
(1)纯电阻电路:如电炉等构成的电路,电流做功将电能全部转化为内 U2 2 能,此时有 W=Q.计算时可任选一公式:W=Q=Pt=I Rt=UIt= R t.
(2)非纯电阻电路:如含有电动机、电解槽等的电路,电流做功除将电能 转化为内能外,还转化为机械能、化学能等,此时有 W>Q.电功只能 用公式 W=UIt 来计算,焦耳热只能用公式 Q=I2Rt 来计算.对于非纯 电阻电路,欧姆定律不再适用.
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第1课时

电阻定律 欧姆定律 焦耳定律及电功率
解析 由于电饭煲是纯电阻元件, 所

【例 3】一只电饭煲和一台洗衣机并联接在输 出电压为 220 V 的交流电源上(其内电阻可忽

U 以 R = = 44 Ω,P1= UI1= 1 100 W 1 略不计), 均正常工作.用电流表分别测得通过 I1 电饭煲的电流是 5.0 A,通过洗衣机电动机的 其在 1 min 内消耗的电能
电流是 0.50 A,则下列说法中正确的是(

C

)

W1=UI1t=6.6×104 J 洗衣机为非纯电阻元件,所以 U R2≠ ,P2=UI2=110 W I2
其在 1 min 内消耗的电能 W2=UI2t=6.6×103 J 其热功率 P 热≠P2,所以电饭煲发 热功率不是洗衣机电动机发热功 率的 10 倍.

A.电饭煲的电阻为 44 Ω,洗衣机电动机线 圈的电阻为 440 Ω B.电饭煲消耗的电功率为 1 555 W,洗衣机 电动机消耗的电功率为 155.5 W C. 1 min 内电饭煲消耗的电能为 6. 6×104 J, 洗衣机电动机消耗的电能为 6.6×103 J D.电饭煲发热功率是洗衣机电动机发热功率 的 10 倍

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第1课时

电阻定律 欧姆定律 焦耳定律及电功率

电功和电热的处理方法
1.P=UI、W=UIt、Q=I2Rt 在任何电路中都能使用.在纯电阻电 路中,W=Q,UIt=I2Rt,在非纯电阻电路中,W>Q,UIt>I2Rt.
U 2.在非纯电阻电路中,由于 UIt>I Rt,即 U>IR,欧姆定律 R= I 不
2

再成立.

3. 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.

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第1课时

电阻定律 欧姆定律 焦耳定律及电功率

【突破训练 3】电阻 R 和电动机 M 串联接到电路中, 如图 6 所示,已知电阻 R 跟电动机线圈的电阻值相 等,电键接通后,电动机正常工作,设电阻 R 和电 动机 M 两端的电压分别为 U1 和 U2,经过时间 t,电 流通过电阻 R 做功为 W1,产生热量为 Q1,电流通过 电动机做功为 W2,产生热量为 Q2,则有 A.U1<U2,Q1=Q2 C.W1=W2,Q1>Q2 B.U1=U2,Q1=Q2 D.W1<W2,Q1<Q2

图6
( A )

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第1课时

电阻定律 欧姆定律 焦耳定律及电功率

32.利用“柱体微元”模型求解电流的微观表达 式 模型简介
带电粒子在外加电场的作用下,形成定向移动的粒子流,从中取 一圆柱形粒子流作为研究对象,即为“柱体微元”模型.
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. L (2)电荷通过横截面的时间 t=v. Q (3)电流的微观表达式 I= t =nqvS.
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第1课时

电阻定律 欧姆定律 焦耳定律及电功率 审题与关联

【例 4】来自质子源的质子(初速度为零),经 一加速电压为 800 kV 的直线加速器加速, 形成电流强度为 1 mA 的细柱形质子流. 已 知质子电荷量 e=1.60×10-19 C.这束质 子流每秒打到靶上的质子个数为多少?假 定分布在质子源到靶之间的加速电场是均 匀的,在质子束中与质子源相距 L 和 4L 的两处,各取一段极短的相等长度的质子 流,其中的质子数分别为 N1 和 N2,则 N1∶N2 等于多少?

①审题切入点:
电流的计算式和微观表达式

②明情境,析过程:
质子做什么运动?所形成 的电流各处是否相同?

④巧布局,详解析:
由电流定义式可计算 1 秒内打到靶上的 总电荷量,进而计算出质子数. 用动能定理计算两位置的速度较为简单.
题组扣点 课堂探究

③理思路,选规律: 由电流强度大小,如何计算 1 秒内打到靶上的总电荷量? 如何计算与质子源相距 L 和 4L 处质子的速度?是用匀变 速运动公式还是用动能定 理?
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第1课时

电阻定律 欧姆定律 焦耳定律及电功率

【例 4】来自质子源的质子(初速度为零),经 一加速电压为 800 kV 的直线加速器加速, 形成电流强度为 1 mA 的细柱形质子流. 已 知质子电荷量 e=1.60×10-19 C.这束质 子流每秒打到靶上的质子个数为多少?假 定分布在质子源到靶之间的加速电场是均 匀的,在质子束中与质子源相距 L 和 4L 的两处,各取一段极短的相等长度的质子 流,其中的质子数分别为 N1 和 N2,则 N1∶N2 等于多少?

解析

质子流每秒打到靶上的

ne n I 质子数由 I= t 可知 t =e= 6.25× 1015(个/秒).
建立如图所示的 “ 柱体微元 ” 模 型,设质子经过距质子源 L 和 4L 处时的速度分别为 v1、v2, 在 L 和 4L 处作两个长为 ΔL(极 短)的柱体微元. 因 ΔL 极短, 故 L 和 4L 处的两个柱体微元中的 质子的速度可分别视为 v1、v2.

题组扣点

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第1课时

电阻定律 欧姆定律 焦耳定律及电功率

【例 4】来自质子源的质子(初速度为零),经 一加速电压为 800 kV 的直线加速器加速, 形成电流强度为 1 mA 的细柱形质子流. 已 知质子电荷量 e=1.60×10-19 C.这束质 子流每秒打到靶上的质子个数为多少?假 定分布在质子源到靶之间的加速电场是均 匀的,在质子束中与质子源相距 L 和 4L 的两处,各取一段极短的相等长度的质子 流,其中的质子数分别为 N1 和 N2,则 N1∶N2 等于多少?

对于这两个柱体微元,设单位 体积内质子数分别为 n1 和 n2, q neSvt 由 I= t = t =neSv 可知, I1=n1eSv1,I2=n2eSv2,作为 串联电路,各处的电流相等.
n1 v2 所以 I1=I2,故 = . n2 v1

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第1课时

电阻定律 欧姆定律 焦耳定律及电功率

【例 4】来自质子源的质子(初速度为零),经 一加速电压为 800 kV 的直线加速器加速, 形成电流强度为 1 mA 的细柱形质子流. 已 知质子电荷量 e=1.60×10-19 C.这束质 子流每秒打到靶上的质子个数为多少?假 定分布在质子源到靶之间的加速电场是均 匀的,在质子束中与质子源相距 L 和 4L 的两处,各取一段极短的相等长度的质子 流,其中的质子数分别为 N1 和 N2,则 N1∶N2 等于多少?

根据动能定理,分别有 1 2 eEL= mv1, 2 1 2 eE· 4L= mv2 2
v2 2 n1 2 可得 = ,所以有 = v1 1 n2 1

因此,两柱体微元中的质 N1 n1 2 子数之比 = = . N2 n2 1

题组扣点

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高考题组
1
2

第1课时 模拟题组

电阻定律 欧姆定律 焦耳定律及电功率
3
4 5

1.(2012· 浙江理综· 17)功率为 10 W 的发光二极管(LED 灯)的亮度与 功率为 60 W 的白炽灯相当.根据国家节能战略,2016 年前普通 白炽灯应被淘汰. 假设每户家庭有 2 只 60 W 的白炽灯, 均用 10 W 的 LED 灯替代,估算出全国一年节省的电能最接近 A.8×108 kW· h C.8×10 kW· h
解析
11

( B
详细解析

)

B.8×1010 kW· h D.8×10 kW· h
13

按每户一天亮灯 5 小时计算,每户一年节省的电能为(2×60-

2×10)×10-3×5×365 kW· h=182.5 kW· h,假设全国共有 4 亿户家 庭, 则全国一年节省的电能为 182. 5×4×108 kW· h=7. 3×1010 kW· h, 最接近于 B 选项,故选项 B 正确,选项 A、C、D 错误.
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高考题组
1
2

第1课时 模拟题组

电阻定律 欧姆定律 焦耳定律及电功率
3
4 5

2.(2013· 安徽理综· 19)用图 7 所示的电路可以测量电阻的阻值.图中 Rx 是待测电阻,R0 是定值电阻, 是灵敏很高的电流表,MN 是 (C ) 一段均匀的电阻丝.闭合开关,改变滑动头 P 的位置,当通过电流表 的电流为零时,测得 MP=l1,PN=l2,则 Rx 的阻值为 l1 l1 A. R0 B. R l2 l1+l2 0 l2 l2 C. R0 D. R l1 l1+l2 0

图7

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高考题组
1
2

第1课时 模拟题组

电阻定律 欧姆定律 焦耳定律及电功率
3
4 5

3.在如图 8 所示的闪光灯电路中,电源的电动势为 E,电容器的电容为 C. 当闪光灯两端电压达到击穿电压 U 时,闪光灯才有电流通过并发光.正 常工作时,闪光灯周期性短暂闪光,则可以判定 A.电压的电动势 E 一定小于击穿电压 U B.电容器所带的最大电荷量一定为 CE C.闪光灯闪光时,电容器所带的电荷量一定增大 D.在一个闪光周期内,通过电阻 R 的电荷量与通 过闪光灯的电荷量一定相等
闪光灯正常工作时有两个过程: 一个是熄灭时处于断路状态, 此时电容器充 电,两极板间电压增大,直到最大值 U;另一个是闪光灯电压达到 U 时开 始闪光,电路导通后电容器开始放电.由此可知答案为 D.

( D )

图8

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高考题组
1
2

第1课时 模拟题组

电阻定律 欧姆定律 焦耳定律及电功率
3
4 5

4.在如图 9 所示的电路中,输入电压 U 恒 解析 为 8 V,灯泡 L 标有“3 V,6 W”字样,电 动机线圈的电阻 RM= 1 Ω.若灯泡恰能 正常发光,下列说法正确的是( AB ) A.电动机的输入电压是 5 V B.流过电动机的电流是 2 A

根据灯泡恰能正常发光

P 可知电路电流 I= = 2 A.电动 U 机的输入电压是 5 V,流过电动 机的电流是 2 A,电动机输入功 率 P= UI= 10 W,整个电路消 耗的电功率是 8× 2 W= 16 W.
选项 A、 B 正确, D 错误.

× D.整个电路消耗的电功率是 10 W ×
C.电动机的效率是 80%
图9

电动机线圈的电阻发热消耗功 率 I2RM=4 W,电动机输出机 械功率为 10 W-4 W=6 W, 电动机的效率是 η=60%, 选项 C 错误.
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高考题组
1
2

第1课时 模拟题组

电阻定律 欧姆定律 焦耳定律及电功率
3
解析

4

5

5.在如图 10 甲所示的电路中,L1、L2、 L3 为三个相同规格的小灯泡,这种小 灯泡的伏安特性曲线如图乙所示.当 开关 S 闭合后,电路中的总电流为 0.25 A,则此时 ( BD )

电路中的总电流为 0. 25 A, L1

中电流为 0.25 A,由小灯泡的伏安特性 曲线可知电压为 3.0 V,故 L1 消耗的电 功率为 P= UI= 0. 75 W,选项 B 正确

根据并联电路规律, L2 中电流为 0. 125 A, 由小灯泡的伏安特性曲线可知电压大约为 0.3 V,L1 两端的电压大约为 L2 两端电压 的 10 倍,选项 A 错误

× B.L 消耗的电功率为 0.75 W
1

A. L1 两端的电压为 L2 两端电压的 2 倍 C.L2 的电阻为 12 Ω
1 2

× D.L 、L
4∶1

U 由欧姆定律可知 L2 的电阻为 R= I = 0.3 Ω=2.4 Ω,选项 C 错误 0.125
L2 消耗的电功率为 P= UI= 0. 3×0. 125 W = 0. 037 5 W,故 L1、 L2 消耗的电功率的

消耗的电功率的比值大于

图10

比值大于 4∶ 1,选项 D 正确.

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第1课时

电阻定律 欧姆定律 焦耳定律及电功率

再见
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