版高考物理基础版一轮复习学案第八章 1 第一节 部分电路及其规律 Word版含答案.docx
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版高考物理基础版一轮复习学案第八章1第一节部分电路及其规律Word版含答案
[考点要求]
1.欧姆定律(Ⅱ) 2.电阻定律(Ⅰ) 3.电阻的串联、并联(Ⅰ)
4.电源的电动势和内阻(Ⅱ)5.闭合电路的欧姆定律(Ⅱ)6.电功率、焦耳定律(Ⅰ)
实验八:
测定金属的电阻率(同时练习使用螺旋测微器)实验九:
描绘小电珠的伏安特性曲线
实验十:
测定电源的电动势和内阻实验十一:
练习使用多用电表
[高考导航]
第一节 部分电路及其规律
[学生用书P153]
【基础梳理】
提示:
定向
安培(安) 正电荷 A I=nqSv 正比 反比 金属 导体对电流阻碍作用 越大 欧姆 Ω 正比 反比 R=ρ
导电性能 增大 减小 电场力 W=qU=IUt
快慢 热量 Q=I2Rt P=
=I2R
【自我诊断】
1.判一判
(1)导体中只要有电荷运动就形成电流.( )
(2)欧姆定律适用于金属导电和气体导电.( )
(3)导体的电阻与导体两端的电压成正比,与通过导体的电流成反比.( )
(4)电阻率是由导体本身决定的.( )
(5)公式Q=I2Rt适用于任何电路中电热的计算.( )
(6)公式P=IU只适用于纯电阻电路中电功率的计算.( )
提示:
(1)×
(2)× (3)× (4)√ (5)√ (6)×
2.做一做
(1)有三个用电器,分别为日光灯、电烙铁和电风扇,它们的额定电压和额定功率均为“220V,60W”,现让它们在额定电压下工作相同时间,产生的热量( )
A.日光灯最多 B.电烙铁最多
C.电风扇最多D.一样多
提示:
选B.电烙铁是纯电阻用电器,即以发热为目的,电流通过它就是用来发热,而日光灯和电风扇是非纯电阻电路,电流通过它们时产生的热量很少,电能主要转化为其他形式的能(光能和叶片动能),综上所述,B正确.
(2)(多选)如图所示是电阻R的I-U图象,图中α=45°,由此得出( )
A.通过电阻的电流与两端电压成正比
B.电阻R=0.5Ω
C.因I-U图象的斜率表示电阻的倒数,故R=
=1.0Ω
D.在R两端加上6.0V的电压时,每秒通过电阻横截面的电荷量是3.0C
提示:
选AD.由图可知通过该定值电阻的电流与电压成正比,A正确;电阻R=
=
Ω=2Ω,B错误;由于I-U图线中纵横坐标单位长度表示数值不同,所以R≠
,C错误;在R两端加上6.0V电压时,I=
=3A,每秒通过导体横截面的电荷量q=It=3.0C,D正确.
电流、电阻、电阻定律[学生用书P154]
【知识提炼】
1.三个电流表达式的比较
公式
适用范围
字母含义
公式含义
定义式
I=
一切电路
q为时间t内通过导体横截面的电荷量
反映了I的大小,但不能说I∝q、I∝
微
观
式
I=nqSv
一切
电路
n:
导体单位体积内的自由电荷数
q:
每个自由电荷的电荷量
S:
导体横截面积
v:
电荷定向移动速率
从微观上看n、q、S、v决定了I的大小
决
定
式
I=
金属、
电解液
U:
导体两端的电压
R:
导体本身的电阻
I由U、R决
定,I∝U,
I∝
2.电阻与电阻率的关系
电阻率是影响导体电阻大小的因素之一,导体的长度、横截面积一定时,导体材料的电阻率越大,导体的电阻越大.
3.电阻的决定式和定义式的区别
公式
R=ρ
R=
区别
电阻的决定式
电阻的定义式
说明了电阻的决定因素
提供了一种测定电阻的方法,并不能说明电阻与U和I有关
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
【跟进题组】
1.(2020·湖北武汉四月调研)2019年3月19日,复旦大学科研团队宣称已成功制备出具有较高电导率的砷化铌纳米带材料,据介绍该材料的电导率是石墨烯的1000倍.电导率σ就是电阻率ρ的倒数,即σ=
.下列说法正确的是( )
A.材料的电导率越小,其导电性能就越强
B.材料的电导率与材料的形状有关
C.电导率的单位是Ω-1·m-1
D.电导率大小与温度无关
解析:
选C.由题知,材料的电导率越小,电阻率越大,阻碍电流的本领越强,导电性能越差,A错误;电导率与电阻率一样,与材料的长度、横截面积等无关,而与材料本身及温度、压力等有关,B、D错误;电阻率的单位是Ω·m,则电导率的单位是Ω-1·m-1,C正确.
2.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
B.电流大小为
,电流方向为顺时针
C.电流大小为
,电流方向为逆时针
D.电流大小为
,电流方向为逆时针
解析:
选C.电子做圆周运动的周期T=
,由I=
得I=
,电流的方向与电子运动方向相反,故为逆时针.
欧姆定律 伏安特性曲线[学生用书P155]
【知识提炼】
1.欧姆定律的“二同”
同体性
指I、U、R三个物理量必须对应同一段电路或同一段导体
同时性
指U和I必须是导体上同一时刻的电压和电流
2.对伏安特性曲线的理解
定义
用纵坐标表示电流I、横坐标表示电压U,画出的I-U图象
应用
(1)伏安特性曲线上每一点的纵、横坐标对应此时的电流值、电压值
(2)I-U图象中图线上某点与O点连线的斜率表示电阻的倒数,斜率越大,电阻越小
(3)I-U图象中图线上某点到I轴、U轴的垂线与坐标轴所围的面积对应此时的电功率
两类
图线
(1)线性元件的伏安特性曲线(图甲中a、b)是过原点的直线,表明它的电阻是不变的
(2)非线性元件的伏安特性曲线(图乙中c、d)是曲线,表明它的电阻是变化的
3.I=
与R=
的区别
(1)I=
表示通过导体的电流I与电压U成正比,与电阻R成反比.
(2)R=
表明了一种测量电阻的方法,不能错误地认为“电阻跟电压成正比,跟电流成反比”.
【典题例析】
(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,小灯泡的电阻增大
B.对应P点,小灯泡的电阻为R=
C.对应P点,小灯泡的电阻为R=
D.对应P点,小灯泡的功率为矩形PQOM所围面积大小
[解析] 由于灯泡的电阻在图线上的每一点都是R=
,由图线不难看出,随电压的增大,电流的增加变得越发缓慢(I-U图线的斜率逐渐减小),电阻变大,故A、B正确,C错误;小灯泡的功率P=UI,故D正确.
[答案] ABD
【迁移题组】
迁移1 对伏安特性曲线的理解
1.某导体中的电流随其两端电压的变化如图所示,则下列说法中正确的是( )
A.加5V电压时,导体的电阻约是5Ω
B.加11V电压时,导体的电阻约是1.4Ω
C.由图可知,随着电压的增大,导体的电阻不断减小
D.此导体为线性元件
解析:
选A.对某些导电器材,其伏安特性曲线不是直线,但曲线上某一点的
值仍表示该点所对应的电阻值.当导体加5V电压时,电阻R1=
=5Ω,A正确;当导体加11V电压时,由题图知电流约为1.4A,电阻R2大于1.4Ω,B错误;当电压增大时,
值增大,导体为非线性元件,C、D错误.
迁移2 伏安特性曲线在电路中的实际应用
2.(多选)在如图甲所示的电路中,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0.25A,则此时( )
A.L1两端的电压为L2两端电压的2倍
B.L1消耗的电功率为0.75W
C.L2的电阻为12Ω
D.L1、L2消耗的电功率的比值大于4
解析:
选BD.电路中的总电流为0.25A,L1中电流为0.25A,由小灯泡的伏安特性曲线可知L1两端的电压为3.0V,L1消耗的电功率为P1=U1I1=0.75W,B正确;根据并联电路规律可知,L2中的电流为0.125A,由小灯泡的伏安特性曲线可知其两端电压大约为0.3V,故L1两端的电压约为L2两端电压的10倍,A错误;由欧姆定律可知,L2的电阻为R2=
=
Ω=2.4Ω,C错误;L2消耗的电功率为P2=U2I2=0.3×0.125W=0.0375W,即L1、L2消耗的电功率的比值大于4,D正确.
迁移3 对U-I图象的应用
3.
将四个定值电阻a、b、c、d分别接入电路,测得相应的电流、电压值如图所示.其中阻值最接近的两个电阻是( )
A.a和b B.b和d
C.a和cD.c和d
解析:
选A.本题考查U-I图象的意义.根据R=
知,定值电阻的U-I图线的斜率表示定值电阻的阻值.在U-I图中分别连接O与4个点,根据它们的倾斜度可知,a和b的阻值最接近,故选A.
运用伏安特性曲线求电阻应注意的问题
1.如图所示,非线性元件的I-U图线是曲线,导体电阻Rn=
,即电阻等于图线上点(Un,In)与坐标原点连线的斜率的倒数,而不等于该点切线斜率的倒数.
2.I-U图线中的斜率k=
,斜率k不能理解为k=tanθ(θ为图线与U轴的夹角),因坐标轴的单位可根据需要人为规定,同一电阻在坐标轴单位不同时倾角θ是不同的.
电功 电功率 热功率[学生用书P156]
【知识提炼】
1.纯电阻电路与非纯电阻电路的比较
2.非纯电阻电路的分析方法
(1)抓住两个关键量
确定电动机的电压UM和电流IM是解决所有问题的关键.若能求出UM、IM,就能确定电动机的电功率P=UMIM,根据电流IM和电动机的电阻r可求出热功率Pr=I
r,最后求出输出功率P出=P-Pr.
(2)坚持“躲着”求解UM、IM
首先,对其他纯电阻电路、电源的内电路等,利用欧姆定律进行分析计算,确定相应的电压或电流,然后,利用闭合电路的电压关系、电流关系间接确定非纯电阻电路的工作电压UM和电流IM.
(3)应用能量守恒定律分析
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.
【典题例析】
(多选)(2020·湖北宜昌一中模拟)一辆电动观光车蓄电池的电动势为E,内阻不计,当空载的电动观光车以大小为v的速度匀速行驶时,流过电动机的电流为I,电动车的质量为m,电动车受到的阻力是车重的k倍,忽略电动观光车内部的摩擦,则( )
A.电动机的内阻为R=
B.电动机的内阻为R=
-
C.如果电动机突然被卡住而停止转动,则电源消耗的功率将变大
D.如果电动机突然被卡住而停止转动,则电源消耗的功率将变小
[解析] 根据能的转化与守恒定律,EI=I2R+kmgv,所以电动机的内阻为R=
-
,B正确,A错误;当电动机突然被卡住而停止转动时,变成了纯电阻电路,回路的电流变大,故电源消耗的功率P=EI将变大,C正确,D错误.
[答案] BC
【迁移题组】
迁移1 纯电阻电路中的计算
1.如图所示,把两个相同的灯泡分别接在甲、乙电路中,甲电路两端的电压为8V,乙电路两端的电压为16V.调节变阻器R1和R2使两灯泡都正常发光,此时变阻器消耗的功率分别为P1和P2,两电路中消耗的总功率分别为P甲和P乙,则下列关系中正确的是( )
A.P甲<P乙 B.P甲>P乙
C.P1>P2D.P1=P2
解析:
选D.设灯泡额定电流为I,则两灯泡都正常发光,电流均为额定电流I,甲电路中总电流I甲=2I,乙电路中总电流I乙=I,所以P甲=U甲I甲=8×2I=16I,P乙=U乙I乙=16×I=16I,P甲=P乙,A、B均错误;R1消耗的功率P1=P甲-2P灯,R2消耗的功率P2=P乙-2P灯,故P1=P2,C错误,D正确.
迁移2 非纯电阻电路中的计算
2.一台电风扇,内阻为20Ω,接上220V电压后正常工作,消耗功率66W,求:
(1)电风扇正常工作时通过电动机的电流是多少?
(2)电风扇正常工作时转化为机械能的功率是多少?
转化为内能的功率是多少?
电动机的效率是多少?
(3)如果接上电源后,电风扇的扇叶被卡住,不能转动,这时通过电动机的电流以及电动机消耗的电功率和发热功率是多少?
解析:
(1)因为P入=IU
所以I=
=
A=0.3A.
(2)电风扇正常工作时转化为内能的功率为
P内=I2R=0.32×20W=1.8W
电风扇正常工作时转化为机械能的功率为
P机=P入-P内=66W-1.8W=64.2W
电风扇正常工作时的效率为
η=
=
=
×100%≈97.3%.
(3)电风扇的扇叶被卡住后通过电风扇的电流
I=
=
A=11A
电动机消耗的电功率
P=IU=11×220W=2420W.
电动机的发热功率
P内=I2R=112×20W=2420W.
答案:
(1)0.3A
(2)64.2W 1.8W 97.3% (3)11A
2420W 2420W
[学生用书P157]
串、并联电路的分析与计算
【对点训练】
1.
(2020·山西晋城一模)如图所示的电路中,电源电动势E=10V,内电阻不计,电阻R1=14.0Ω,R2=6.0Ω,R3=2.0Ω,R4=8.0Ω,电容器的电容C=2μF,开关S1、S2闭合,下列说法正确的是( )
A.电容器两端电势相等,电容器不带电荷
B.电容器所带的电荷量为1×10-5C
C.若仅将开关S2断开,电容器所带的电荷量为零
D.若仅将开关S2断开,电容器所带的电荷量改变了6×10-6C
解析:
选B.由图可知,UR1∶UR2=R1∶R2=7∶3,且UR1+UR2=10V,得UR1=7V,UR2=3V,同理可得UR3=2V,UR4=8V,则b点电势高,下极板带正电,A错误;Uba=8V-3V=5V,Q=CUba=2×10-6×5C=1×10-5C,B正确;开关S2断开后,Uab=UR3=2V,Q′=CUab=2×10-6×2C=4×10-6C,此时下极板带负电,变化的电荷量为ΔQ=Q+Q′=1.4×10-5C,C、D错误.
2.(多选)如图所示,电源电动势为E、内阻为r,平行板电容器两金属板水平放置,开关S是闭合的,两板间一质量为m、电荷量为q的油滴恰好处于静止状态,G为灵敏电流计.则下列说法正确的是( )
A.若电阻R2短路,油滴向上加速运动,G中有从b到a的电流
B.在将滑动变阻器滑片P向下移动的过程中,油滴向下加速运动,G中有从a到b的电流
C.在将滑动变阻器滑片P向上移动的过程中,油滴仍然静止,G中有从a到b的电流
D.在将S断开,电路稳定后,油滴向下运动,G中无电流通过
解析:
选BD.若电阻R2短路,则电容器两极板间的电压为零,油滴向下运动,A错误;滑片向下移动,滑动变阻器连入电路的电阻减小,电容器两端电压减小,电容器放电,电场减弱,油滴向下加速运动,G中有从a到b的电流,B正确;在滑片P向上移动的过程中,滑动变阻器连入电路的电阻增大,故电路总电阻增大,路端电压增大,电路总电流减小,即通过R1的电流减小,所以R1两端的电压减小,而路端电压是增大的,所以滑动变阻器两端电压增大,电容器处于充电状态,G中有从b到a的电流,因电容器两极板间的电压增大,则两极板间的电场强度增大,所以油滴向上加速运动,C错误;将S断开,由于电容器放电,两极板间的电压减小,所以两极板间的电场强度减小,故油滴不能保持静止状态,油滴向下运动,当电路稳定后,电路中无电流,D正确.
[学生用书P353(单独成册)]
(建议用时:
40分钟)
一、单项选择题
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
C.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
解析:
选C.电流的大小等于单位时间内流过导体横截面的电荷量,故A错,C对;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;矢量运算遵循平行四边形定则,标量的运算遵循代数法则,电流的运算遵循代数法则,故电流是标量,故D错.
2.(2020·北京海淀区高三上学期期末)手机充电器又名电源适配器.手机常用锂离子电池的充电器采用的是恒流限压充电,充电器上所标注的输出参数如图甲所示,充电的锂离子电池标识如图乙所示.对于电源适配器与锂电池,下列说法正确的是( )
A.手机电池标识的mAh是电功的单位
B.电源适配器输出的电压是6V交流电
C.如果工作电流是200mA,手机电池能连续工作约8个小时
D.手机充电时会微微发热,所以手机充电器主要是把电能转化成热能的装置
解析:
选C.根据q=It,手机电池标识的mAh是电荷量的单位,A错误;电源适配器输出的电压是6V直流电,DC表示直流,AC表示交流,B错误;如果工作电流是200mA,手机电池能连续工作的时间:
t=
=
=8.25h≈8h,C正确;手机充电时会微微发热,说明有很小部分电能被手机充电器转化为内能,D错误.
3.
一根长为L、横截面积为S的金属棒,其材料的电阻率为ρ,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 ( )
A.
B.
C.ρnevD.
解析:
选C.由电流定义可知:
I=
=
=neSv,由欧姆定律可得:
U=IR=neSv·ρ
=ρneLv,又E=
,故E=ρnev,选项C正确.
4.
如图所示,a,b分别表示由相同材料制成的两条长度相同、粗细均匀的电阻丝的伏安特性曲线,下列判断中正确的是( )
A.a代表的电阻丝较粗
B.b代表的电阻丝较粗
C.a电阻丝的阻值小于b电阻丝的阻值
D.图线表示的电阻丝的阻值与电压成正比
解析:
选B.b图线的斜率大,表示电阻小,由电阻定律R=ρ
,可知b代表的电阻丝较粗,B正确,A、C错误;电阻是导体本身的性质,与电阻两端的电压无关,D错误.
5.(2020·河北邢台一中月考)两根用同种材料制成的电阻丝甲和乙,甲电阻丝的长度和直径分别为l和d;乙电阻丝的长度和直径分别为2l和2d.将甲、乙两根电阻丝分别接入电路时,如果两电阻丝消耗的电功率相等,则加在两根电阻丝上的电压的比值应满足( )
A.
=1 B.
=
C.
=
D.
=2
解析:
选C.由电阻定律R=ρ
,P=
,得U=
=
,所以加在两根电阻丝上的电压的比值应满足
=
.综上本题选C.
6.(2020·广东广州模拟)定值电阻R1、R2、R3的阻值均为2Ω,在电路中所消耗的电功率的最大值分别为10W、10W、2W,现将这三个电阻按照如图所示的方式连接,则这部分电路消耗的电功率的最大值为( )
A.22W B.12W
C.15WD.16W
解析:
选B.由题意知R1=R2=R3=2Ω,P1m=10W,P2m=10W,P3m=2W,首先分析两个并联电阻R2、R3所允许消耗的最大功率.因为R2与R3并联,则两端电压相等,由公式P=
知道,R2与R3所消耗的功率一样.已知R2与R3本身允许的最大功率分别是10W和2W,所以R2、R3在该电路中的最大功率都是2W,否则会超过R3的最大功率.再分析R1在电路中允许的最大功率.把R2与R3看成一个并联电阻R′,则电路就是R1与R′串联,而串联电路所流过的电流一样,再由P=I2R知道,R1与R′所消耗功率之比为R1∶R′,R2与R3的并联阻值R′=
,即
=2,所以R1消耗的功率是并联电阻R′的两倍,则R1消耗的功率是2×4W=8W<10W,所以这部分电路消耗的总功率最大为2W+2W+8W=12W.
7.某一导体的伏安特性曲线如图AB段(曲线)所示,关于导体的电阻,以下说法正确的是( )
A.B点的电阻为12Ω
B.B点的电阻为40Ω
C.导体的电阻因温度的影响改变了1Ω
D.导体的电阻因温度的影响改变了9Ω
解析:
选B.A点电阻RA=
Ω=30Ω,B点电阻RB=
Ω=40Ω,故A错误,B正确;ΔR=RB-RA=10Ω,故C、D错误.
8.(2020·海南高三上学期期末)如图所示,有一个双量程电流表,其中小量程为0~1A.已知表头G的满偏电流Ig=500mA,定值电阻R1=20Ω,R2=180Ω,则表头G的内阻Rg的值为( )
A.100ΩB.200Ω
C.250ΩD.500Ω
解析:
选B.当与表头G并联的电阻越大时,量程越小,即当接线柱接两端时,量程最小.由欧姆定律可知:
(R1+R2)(I-Ig)=IgRg,代入数据解得:
Rg=200Ω,B正确.
9.一个用半导体材料制成的电阻器D,其电流I随它两端电压U变化的关系图象如图甲所示,若将它与两个标准电阻R1、R2并联后接在电压恒为U的电源两端,3个用电器消耗的电功率均为P,现将它们连接成如图乙所示的电路,接在该电源的两端,设电阻器D和电阻R1、R2消耗的电功率分别是PD、P1、P2,则下列说法中正确的是( )
A.P1=4P2B.PD=
C.PD=P2D.P1<4P2
解析:
选D.由于电阻器D与两个标准电阻R1、R2并联后接在电压恒为U的电源两端时,三者功率相同,则此时三者电阻相等.当三者按照题图乙所示的电路连接时,电阻器D两端的电压小于U,由题图甲可知,电阻器D的电阻增大,则有RD>R1=R2,而RD与R2并联,电压相等,根据P=
,则有PD<P2,C错误;由欧姆定律可知,电流ID<I2,又I1=I2+ID,故I1<2I2,根据P=I2R,则有P1<4P2,A错误,D正确;由于电阻器D与电阻R2的并联电阻R<R1,所以D两端的电压小于
,且D阻值变大,则PD<
,B错误.
10.如图为一机器人,其额定功率为48W,额定工作电压为24V.机器人的锂电池容量为20A·h.则机器人( )
A.额定工作电流为20A
B.充满电后最长工作时间为2h
C.电池充满电后总电荷量为7.2×104C
D.以额定电流工作时每秒消耗能量为20J
解析:
选C.根据P=UI可知,额定电流应为:
I=
=
=2A,故A错误;机器人的锂电池容量为20A·h,即当在额定电流2A下工作时,能够工作最长时间为10h,故B错误;电源充满电后的总电荷量为q=It=20×3600C=7.2×104C,故C正确;额定电流下,机器人功率P=
=48W,即每秒消耗48J电能,故D错误.
11.一只电饭煲和一台洗衣机并联接在输出电压为220V的交流电源上(其内电阻可忽略不计),均正常工作.用电流表分别测得通过电饭煲的电流是5.0A,通过洗衣机电动机的电流是0.5A,则下列说法中正确的是( )
A.电饭煲的电阻为44Ω,洗衣机电动机线圈的电阻为440Ω
B.电饭煲消耗的电功率为1555W,洗衣机