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1、 第1講歐姆定律電功和電功率 知識建構模塊建構技能建構模塊建構知識建構技能建構1.歐姆定律 2.電阻定律 3.電阻的串、并聯(lián) 4.電源的電動勢和內阻 5.閉合電路的歐姆定律 6.電功率.焦耳定律 7.實驗:測定金屬的電阻率(同時練習使用螺旋測微器)、描繪小電珠的伏安特性曲線、測定電源的電動勢和內阻、練習使用多用電表本單元內容可分為三個部分:第一部分以部分電路歐姆定律為中心,主要研究直流電路的基本參量,串、并聯(lián)電路的規(guī)律,伏安法測電阻,電功和電熱等問題;第二部分以閉合電路的歐姆定律為中心,主要研究電源的作用、閉合電路中功率的分配和能量的關系、電路的分析與計算等問題;第三部分以電流表、電壓表、滑動
2、變阻器等電工儀表的使用為中心,結合學生實驗,研究儀器的選擇和使用、數(shù)據(jù)的處理和誤差分析等問題.分析近幾年的高考試題可以看出,本章內容的高考題多集中在電路的變化、電路故障的檢測及含電容電路問題的分析上,以選擇題或填空題的形式出現(xiàn).由于本部分知識與學生實驗結合緊密,因而往往通過實驗考查部分知識的運用情況,實驗考查既具體又靈活,像儀器的選取、讀數(shù)、電路的連接、數(shù)據(jù)處理、誤差分析等,每年試題均有涉及.在復習時,應注意區(qū)分定義式和決定式,注意基本概念、基本規(guī)律的理解與應用,如正確區(qū)分電勢、電勢差與電壓的不同,各種功率(電功率、熱功率、機械功率等)之間的相互關系、計算公式及純電阻電路與非純電阻電路的區(qū)別.
3、加強貼近高考題的訓練,主要有部分電路的歐姆定律,電功、電熱的關系,直流電路的動態(tài)分析以及含電容器電路的分析與計算.預計在2013年的高考中,可能從以下幾個方面對本單元知識進行考查:(1)考查電路的計算:包括串、并聯(lián)電路的計算,電功、電熱的計算.(2)電路的分析:包括含電容器電路的分析,電路的變化及動態(tài)分析,電功和電功率在串、并聯(lián)電路中的分配的分析.(3)本單元知識還經(jīng)常與后面的電磁感應、交流電知識相結合,運用相關的電路知識、運動學規(guī)律、能量守恒來解決一些綜合題.(4)電路設計:這是高考的難點,應加強學生實驗能力的培養(yǎng)及訓練.【考綱要求】【考情總結】【備考建議】模塊建構知識建構技能建構 一、電流
4、1.電流形成的條件:(1)自由移動的電荷;(2)導體兩端有電壓.模塊建構知識建構技能建構2.電流通過導體橫截面的電荷量Q跟通過這些電荷量所用的時間t的比值叫電流,即I=.Qt模塊建構知識建構技能建構3.電流的微觀表達式粗細均勻的導體兩端加一定的電壓后,設導體的橫截面積為S,導體每單位體積內的自由電荷數(shù)為n,每個自由電荷所帶的電荷量為q,自由電荷沿導體定向移動的速率為v,則有:I=nqvS.模塊建構知識建構技能建構4.單位:國際單位是安培,簡稱安,符號A,它是國際單位制中七個其本單位之一.1 A=103mA=106A模塊建構知識建構技能建構5.電流的方向:電流是標量,與正電荷定向移動的方向相同,
5、與負電荷定向移動的方向相反.在外電路中電流由高電勢端流向低電勢端,在電源內部由電源負極流向正極.說明:a.電流的分類:直流(方向不隨時間變化);交流(方向隨時間變化);恒定電流(大小方向都不隨時間變化).b.電流國際單位安培是國際基本單位;c.I=中q是指時間t內通過導體某一橫截面而不是單位橫截面的電荷量.在電解液導電和氣體導電中q應為通過該截面的正、負電荷量的絕對值之和.二、電阻、電阻率qt模塊建構知識建構技能建構(1)定義:導體兩端的電壓與通過導體中的電流的比值.1.電阻模塊建構知識建構技能建構(2)公式:定義式:R= 決定式(電阻定律):導體的電阻跟導體的材料有關,在溫度不變的情況下,同
6、材料的電阻R跟它得長度成正比,跟它的橫截面積成反比.R= 國際單位:歐姆,符號.UIlS(3)物理意義:導體的電阻反映了導體的導電性能,即導體對電流的阻礙作用的大小,R越大,阻礙作用越強.模塊建構知識建構技能建構(1)計算式:=.RSl2.電阻率(2)物理意義:反映材料導電性能的物理量,在數(shù)值上等于用這種材料制成的1 m長,橫截面積為1 m2的導線的電阻值.模塊建構知識建構技能建構(3)導體、半導體材料電阻率的特點電阻率與導體的長度l、橫截面積S無關,是導體材料本身的電學性質,由導體的材料決定,與電壓電流無關.與溫度的關系金屬:隨溫度的升高而增大.半導體:隨溫度的升高而減小超導體:當溫度降低到
7、絕對零度附近時,某些材料的電阻率突然減小為零時稱為超導體.三、部分電路歐姆定律模塊建構知識建構技能建構2.表達式:I= UR1.內容:通過導體的電流跟導體兩端的電壓成正比,跟導體的電阻成反比.模塊建構知識建構技能建構(1)適用于金屬導電和電解液導電(對氣體導電不適用).3.適用范圍(2)適用于純電阻電路(不含電動機、電解槽的電路)模塊建構知識建構技能建構4.導體的伏安特性曲線:以電流為縱軸、電壓為橫軸畫出導體上的電流隨電壓的變化曲線,如圖甲、乙所示.(1)線性元件:伏安特性曲線為直線的電學元件(圖甲)模塊建構知識建構技能建構(2)非線性元件:伏安特性曲線為曲線的電學元件(圖乙)注意:a.對于非
8、線性元件,歐姆定律不適用.b.通常用IU圖象(或U I圖象)描述導體或半導體的伏安特性.曲線上的每一個點對應一組U、I值,(與坐標原點連線的斜率的倒數(shù))為該狀態(tài)下的電阻值,UI為該狀態(tài)下的電功率.四、電功、電熱和電功率UI模塊建構知識建構技能建構(1)電功:電路中電場力移動電荷所做的功.1.電功(2)公式:W=qU=UIt.(3)電流做功的實質:電能轉化為其他形式能的過程.模塊建構知識建構技能建構(1)定義:電流流過一段導體時產生的熱量.2.電熱(2)計算式:Q=I2Rt(焦耳定律).模塊建構知識建構技能建構(3)本質:電熱是電流做功的過程中電能轉化為內能多少的量度. 模塊建構知識建構技能建構
9、(1)電功率定義:單位時間內電流所做的功,表示電流做功的快慢.公式:P=UIWt3.電功率、熱功率模塊建構知識建構技能建構(2)熱功率:單位時間內的發(fā)熱量公式:P=I2RQt模塊建構知識建構技能建構(3)額定功率和實際功率額定功率:用電器在額定電壓下工作,用電器的實際功率等于額定功率,即P額=I額U額.實際功率:用電器在實際電壓下所消耗的功率,P實=I實U實.五、串、并聯(lián)電路的規(guī)律模塊建構知識建構技能建構1.電阻的串、并聯(lián) 串聯(lián)并聯(lián)電流I=I1=I2=InI=I1+I2+In電壓U=U1+U2+UnU=U1=U2=Un電阻R=R1+R2+Rn=+電壓分配=,= 電流分配 =,=功率分配=,=,
10、=1R11R21Rn1R12UU12RRnUUnRR12II21RR1II1RR12PP12RRnPPnRR12PP21RR1PP1RR模塊建構知識建構技能建構(3)無論電阻怎樣連接,每一段電路的總耗電功率P總等于這段電路內各個電阻消耗電功率之和.說明： ()串聯(lián)電路的總電阻大于電路中任意一個電阻，電路中任意一個電阻變大時，串聯(lián)總電阻變大(2)并聯(lián)電路的總電阻小于電路中任意一個電阻,任意一個電阻變大時,總電阻變大.模塊建構知識建構技能建構(1)關于如圖所示的電路:滑片ab滑動的過程中,RAB由00;當滑片滑至ab的中點時,有RAB= 4R4R2.電阻網(wǎng)絡的兩個推論模塊建構知識建構技能建構(2)
11、純電阻電路中,在其他電阻不變的情況下,任何一個有效電阻增大都會引起總電阻變大,反之則變小.模塊建構知識建構技能建構1.如圖所示的電解池接入電路后,在t秒內有n1個一價正離子通過溶液內某截面S,有n2個一價負離子通過溶液內某截面S,設e為元電荷,以下說法正確的是( )A.當n1=n2時,電流為零B.當n1n2時,電流方向從AB,電流為I=eC.當n13P甲 模塊建構知識建構技能建構乙電路的總電流I乙=I,所以由P=UI得P甲=3P乙,應選B.【答案】B【解析】設各燈泡正常工作時的電流為I,則甲電路的總電流I甲=3I,4.(2011年廣東廣州模擬)在研究微型電動機的性能時,應用如圖所示的實驗電路.
12、調節(jié)滑動變阻器R并控制電動機停止轉動時,電流表和電壓表的示數(shù)分別為0.50 A和2.0 V.重新調節(jié)R并使電動機恢復正常運轉,此時電流表和電壓表的示數(shù)分別為2.0 A和24.0 V.則這臺電動機正常運轉時輸出功率為( )A.32 WB.44 WC.47 WD.48 W【解析】當電動機停止轉動時,此時電動機相當于一個純電阻,所以由題中的兩表讀數(shù),可以計算出電動機的內阻r=4 ,重新調節(jié)R并使電動機恢復正常運轉,根據(jù)題中的兩表讀數(shù),計算出電動機的輸出功率P=UI-I2r,代入數(shù)據(jù)解得:P=32 W,A正確.UI【答案】A模塊建構知識建構技能建構一、電流的理解模塊建構知識建構技能建構 例1在顯像管內
13、的電子槍中,從熾熱的金屬絲不斷放出的電子進入電壓為U的加速電場,設其初速度為零,經(jīng)加速后形成橫截面積為S、電流為I的電子束.已知電子的電荷量為e、質量為m,則在剛射出加速電場時,一小段長為l的電子束內的電子個數(shù)是( )A. B. C. D. I leS2meUI le2meUIeS2meUIS le2meU模塊建構知識建構技能建構【名師點金】取l末端的截面,分析單位時間內通過此截面的電荷量,利用電流的定義式求解.模塊建構知識建構技能建構【規(guī)范全解】電子加速后,eU=mv2,v=,設單位體積內的自由電子數(shù)為n,由電流微觀表達式得:I=neSv,n=,n總=nlS=,所以B選項正確.【答案】B方法
14、概述計算電流的三個公式的意義及適用范圍如下 :122eUmIeSv2IeUeSmIeS2meUI le2meU模塊建構知識建構技能建構定義式I=一切電路q:(1)是通過整個導體橫截面的電荷量.不是單位面積上.(2)當異種電荷反向通過某截面時.所形成的電流是同向的.應是q=|q1|+|q2|反映了電流的大小,但不能說Iq,Iqtqt1t 公式適用范圍字母含義公式含義模塊建構知識建構技能建構微觀式I=nqSv一切電路n:導體單位體積內的自由電荷數(shù)q:每個自由電荷的電荷量S:導體橫截面積v:定向移動的速率從微觀上看n、q、S、v決定了電流的大小模塊建構知識建構技能建構決定式I=金屬、電解液U:導體兩
15、端的電壓R:導體本身的電阻I由U、R決定IU、IUR1R模塊建構知識建構技能建構注意:公式I=nqSv和I=是統(tǒng)一的,兩公式分別從微觀和宏觀上解釋了決定電流大小的因素.UR模塊建構知識建構技能建構 例2用一穩(wěn)壓電源給裝在一個圓管內的水銀通電,電流為0.1 A,若把水銀全部倒在一個內徑大一倍的管子里,那么通過水銀的電流將是( )A.1.6 A B.0.8 AC.0.4 AD.3.2 A二、對電阻、電阻率的理解模塊建構知識建構技能建構【名師點金】體積一定的導體形狀發(fā)生變化時,導體的長度與橫截面積將發(fā)生變化,根據(jù)R=就可以找出改變前后導體的電阻關系.lS【規(guī)范全解】由于水銀內徑增大一倍,由S=r2知
16、,圓管的橫截面積增大為原來的4倍,由水銀體積不變知,裝水銀部分管子的長度變?yōu)樵瓉淼?由R=知,R變?yōu)樵瓉淼?所以由I=得電流變?yōu)樵瓉淼?6倍,即I=1.6 A,故A正確.【答案】A14lS116UR模塊建構知識建構技能建構1.電阻與電阻率的區(qū)別方法概述(1)電阻是反映導體對電流阻礙作用大小的物理量.電阻率是反映制作導體的材料導電性能好壞的物理量.(2)導體電阻與電阻率無直接關系,即電阻大,電阻率不一定大;電阻率小,電阻不一定小.模塊建構知識建構技能建構2.兩個公式的對比公式R=R=適用條件(1)金屬、電解液(2)純電阻電路導電材料字母含義U:導體兩端的電壓I:通過導體的電流:材料電阻率l:沿電
17、流方向導體的長度S:垂直電流方向導體的橫截面積公式含義反映了R的大小.不能說RU、RR的決定式,R由、l、S共同決定UIlSUI1I模塊建構知識建構技能建構(2)應用圖象判斷電阻時,要分清是U-I圖象還是I-U圖象.注意:(1)利用R=和R=計算出來的電阻都是某一特定溫度下的電阻,因為電阻率隨溫度而變化.lSUI模塊建構知識建構技能建構(3)應用圖象計算電阻時,絕對不能用R=tan 或R=來計算.1tan模塊建構知識建構技能建構變式訓練1如圖所示,a、b分別表示由相同材料制成的兩條長度相同、粗細均勻電阻絲的伏安特性曲線,下列判斷中正確的是( )A.a代表的電阻絲較粗B.b代表的電阻絲較粗C.a
18、電阻絲的阻值小于b電阻絲的阻值D.圖線表示的電阻絲的阻值與電壓成正比模塊建構知識建構技能建構【規(guī)范全解】b圖線的斜率大,表示電阻小,由電阻定律R=知,b的導線粗,B正確,A、C不正確;電阻是導體本身的性質,與電阻兩端的電壓無關,D不正確.【答案】BlS模塊建構知識建構技能建構 例3用兩個相同的小量程電流表分別改裝成了兩個量程不同的大量程電流表、,若把、分別采用并聯(lián)或串聯(lián)的方式接入電路,如圖所示.則閉合開關后,下列有關電表的示數(shù)和電表指針偏轉角度的說法正確的是( )A.圖甲中的、的示數(shù)相同B.圖甲中的、的指針偏角相同三、串并聯(lián)電路及電路結構分析模塊建構知識建構技能建構C.圖乙中的、的示數(shù)和偏角都
19、不同D.圖乙中的、的指針偏角相同【名師點金】電流表改裝后,其指針偏角仍與通過表頭的電流成正比,刻度盤示數(shù)等于通過表頭與分流電阻電流之和(電壓表示數(shù)等于表頭與分壓電阻電壓之和).模塊建構知識建構技能建構【規(guī)范全解】圖甲中流過表頭的電流相同,故指針偏角相同,但由于、的量程不同,所以示數(shù)不同,故A錯、B對;圖乙中、中的電流相同,故示數(shù)相同,但兩者表頭中的電流不等,指針偏角不同,故C、D錯.【答案】B模塊建構知識建構技能建構1.電流表、電壓表的改裝方法概述(1)電流表(表頭):當線圈中有電流通過時,線圈在安培力作用下帶動指針一起偏轉,電流越大,指針偏轉的角度越大,即I,表盤刻度是均勻的;電流表三個參數(shù)
20、內阻Rg、滿偏電流Ig與滿偏電壓Ug的關系是Ug=IgRg.模塊建構知識建構技能建構(2)電壓表及大量程電流表(由表頭改裝而成) 改裝為電壓表改裝為大量程電流表原理串聯(lián)電阻分壓并聯(lián)電阻分流改裝原理圖分壓電阻或分流電阻U=Ig(Rg+R),所以R=-RgIgRg=(I-Ig)R,所以R=改裝后電表內阻RV=Rg+RRgRA=Q電功率與熱功率P電=UIP熱=I2R=P電=P熱P電=UIP熱=I2RP電P熱2UR2UR方法概述模塊建構知識建構技能建構說明:(1)在非純電阻電路中,t既不能表示電功,也不能表示電熱,因為歐姆定律不再成立.2UR(2)不要認為有電動機的電路一定是非純電阻電路,當電動機不轉
21、動時,仍為純電阻電路,歐姆定律仍適用,電能全部轉化為內能.只有在電動機轉動時為非純電阻電路,UIR,歐姆定律不再適用,大部分電能轉化為機械能.模塊建構知識建構技能建構(1)首先判斷電路是純電阻電路,還是非純電阻電路.2.解決電功、電熱這類問題的基本思路:(2)若是非純電阻電路關鍵是分析清楚電能轉化為什么形式的能,然后再確定選什么公式計算電功或電功率.模塊建構知識建構技能建構高考真題1 (2011年高考海南物理卷)圖甲是改裝并校準電流表的電路圖.已知表頭的量程Ig=600 A、內阻為Rg,是標準電流表.要求改裝后的電流表量程I=60 mA.完成下列填空:模塊建構知識建構技能建構(2)在電表改裝完
22、成后的某次校準測量中,表的示數(shù)如圖乙所示,由此讀出流過電流表的電流為 mA.此時流過分流電阻RP的電流為 mA(保留1位小數(shù)).(1)圖甲中分流電阻RP的阻值應為 (用Ig、Rg和I表示).模塊建構知識建構技能建構【解析提示】改裝后的電流表示數(shù)等于通過表頭電流與通過分流電阻的電流之和.滿偏時通過分流電阻的電流為I-Ig.【命題分析】根據(jù)電表的改裝與校準考查了學生對閉合電路歐姆定律的理解應用能力.模塊建構知識建構技能建構【規(guī)范全解】(1)將量程小的電流表改裝成量程大的電流表需要并聯(lián)一個分流電阻.電流表與分流電阻的電流關系為=,故分流電阻的阻值為.ggIIIPgRRgggI RII模塊建構知識建構
23、技能建構(2)電流表讀數(shù)為49.5 mA;流過表頭的電流I1與流過分流電阻的電流I2之比為=,又因為I1+I2=49.5,解得I2=49.0 mA.【答案】(1) (2)49.5 49.012IIPgRRgggI RII模塊建構知識建構技能建構考向預測1如圖所示描繪了兩個電阻的伏安特性曲線,由圖中可知,若將這兩個電阻并聯(lián)接入電路中,則通過R1、R2的電流比是( )A.1 2 B.3 1C.6 1 D.1 6【解析】由圖可知,圖線斜率即為電阻值,R1=2 ,R2= ,再根據(jù)并聯(lián)電路特點:I1R1=I2R2,解得 I1 I2=R2 R1=1 6.【答案】D13模塊建構知識建構技能建構高考真題2 (
24、2011年高考全國理綜卷)通常一次閃電過程歷時約0.2 s0.3 s,它由若干個相繼發(fā)生的閃擊構成.每個閃擊持續(xù)時間僅40 s80 s,電荷轉移主要發(fā)生在第一個閃擊過程中.在某一次閃電前云地之間的電勢差約為1.0109 V,云地間距離約為1 km;第一個閃擊過程中云地間轉移的電荷量約為6 C,閃擊持續(xù)時間約為60 s.假定閃電前云地間的電場是均勻的.根據(jù)以上數(shù)據(jù),下列判斷正確的是( )A.閃電電流的瞬時值可達到1105 AB.整個閃電過程的平均功率約為11014 W C.閃電前云地間的電場強度約為1106 V/mD.整個閃電過程向外釋放的能量約為6106 J模塊建構知識建構技能建構【命題分析】
25、試題以閃電放電為背景綜合考查勻強電場與電流基本概念,考查電流、電功率、電能及勻強電場中電勢差與場強的關系,難度低.【解析提示】根據(jù)題意,由于第一次放電時間遠遠小于整個放電過程所用時間,且估算問題精確到數(shù)量級即可,所以計算時,不考慮由于云層電量的減少而導致電勢差隨放電而減小,認為電勢差恒定.由相關的概念、規(guī)律即可求解.模塊建構知識建構技能建構【規(guī)范全解】由于電荷轉移主要發(fā)生在第一個閃擊過程中,因此第一個閃擊過程電流最大,若第一個閃擊過程中云地間轉移的電荷量約為6 C,閃擊持續(xù)時間約為60 s,則電流的瞬時值可達I=1105 A,A項正確;整個閃電過程電功大約為W=qU=6.0109 J,而所用時
26、間大約為0.20.3 s,因此求得的平均功率遠小于11014 W,B項錯誤;閃電前云地間的電場強度約為E= V/m=1106 V/m,C項正確;整個閃電過程向外釋放的能量約為Q=W=qU=6.0109 J,D項錯誤.【答案】ACqtUd91 101000模塊建構知識建構技能建構考向預測2關于電阻率,下列說法中正確的是( )A.電阻率是表征材料導電性能好壞的物理量,電阻率越大,其導電性能越好B.各種材料的電阻率大都與溫度有關,金屬的電阻率隨溫度升高而減小C.所謂超導體,是當其溫度降低到接近絕對零度的某個臨界溫度時,它的電阻率突然變?yōu)闊o窮大D.某些合金的電阻率幾乎不受溫度變化的影響,通常都用它們制作標準電阻模塊建構知識建構技能建構金屬的電阻率隨溫度升高而增大,B錯;超導體是當溫度降低到某個臨界溫度時,電阻率突然變?yōu)榱?C錯;某些合金的電阻率幾乎不受溫度變化的影響,通常用于制作標準電阻,D對.【答案】D【解析】電阻率是表征材料導電性能好壞的物理量,電阻率越大,說明其導電性能越差,A錯;各種材料的電阻率大都與溫度有關,純模塊建構知識建構技能建構
高考物理一輪復習 第7單元恒定電流第1講 歐姆定律 電功和電功率課件 新人教版
