2024年高考物理一轮复习(新人教版) 第10章 第1讲 电路的基本概念及规律
展开1.了解电流的定义及I= ,会推导电流的微观表达式.2.理解电阻的概念,掌握电阻定律.3.掌握串并联电路的特点,理解电表改装的原理.4.理解电功、电功率、焦耳定律,会区分纯电阻电路和非纯电阻电路.
考点一 电流的概念及表达式
考点二 欧姆定律及电阻定律
考点三 串、并联电路的特点 电流表、电压表的 改装原理
考点四 电功、电功率 电热、热功率
1.电流电荷的 形成电流,I= .2.电流形成的条件:导体中有 ;导体两端存在 .3.电流的标矢性:电流是标量,但有方向,规定 定向移动的方向为电流的方向.
1.由I= 可知,I与q成正比,与t成反比.( )2.虽然电流有方向,但电流为标量.( )3.电荷定向移动产生电流,所以电荷的移动速率就是电流的传导速率.( )
电流的三种表达式及其比较
考向1 公式I=q/t的应用
例1 (2023·安徽芜湖市模拟)如图所示,电解池内有一价的电解液,t时间内通过溶液内面积为S的截面的正离子数是n1,负离子数是n2,设元电荷为e,以下说法中正确的是A.当n1=n2时电流大小为零
例2 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的自由电子在静电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)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
考向2 电流的微观表达式
1.部分电路欧姆定律(1)内容:导体中的电流跟导体两端的 成正比,跟导体的 成反比.(2)表达式:I= .(3)适用范围: 导电和 导电,不适用于气态导体或半导体元件.
2.对U-I图像和I-U图像的理解(如图甲、乙所示)
(1)图线a、e、d、f表示线性元件,b、c表示非线性元件.(2)图线b的斜率不断变小,电阻不断变小;图线c的斜率不断变大,电阻不断变小.(3)图中Ra Re,Rd Rf.(选填“>”“<”或“=”)(4)对于非线性元件,应根据R= 计算某点的电阻,而不是该点切线的斜率(或斜率的倒数).
3.电阻定律(1)内容:同种材料的导体,其电阻R与它的长度l成 ,与它的横截面积S成 ;导体电阻还与构成它的 有关.(2)公式:R= .其中l是导体的长度,S是导体的横截面积.ρ是导体的 ,其国际单位是 ,符号为 .
(3)电阻率①物理意义:反映导体的 ,是导体材料本身的属性.②电阻率与温度的关系金属:电阻率随温度升高而 ;负温度系数半导体:电阻率随温度升高而 ;超导体:一些金属和合金在温度低到临界温度时,电阻可以降到0.
1.由R= 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.( )2.由ρ= 知,导体的电阻率与导体的电阻和横截面积的乘积成正比,与导体的长度成反比.( )3.电阻率越大,导体对电流的阻碍作用就越大.( )4.U-I图像斜率的变化反映阻值的变化.( )
电阻的决定式和定义式的区别
例3 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,则下列说法中错误的是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,小灯泡的功率等于图中矩形PQOM所围的面积
考向1 欧姆定律的理解和应用
由题图可知,U越大,小灯泡的电阻越大,故A说法正确;R= 中的U、I与小灯泡所处状态下的电压、电流相对应,故B说法正确,C说法错误;对应P点,小灯泡的功率P=U1I2,与题图中PQOM所围的面积相等,故D说法正确.
例4 两根材料相同的均匀导线x和y,其中x长为l,y长为2l,串联在电路上时沿长度方向的电势φ随位置的变化规律如图所示,那么x和y两导线的电阻之比和横截面积之比分别为A.3∶1 1∶6 B.2∶3 1∶6C.3∶2 1∶5D.3∶1 5∶1
考向2 电阻定律的理解和应用
由题图可知导线x两端的电压U1=6 V,导线y两端的电压U2=2 V,由串联电路特点可知,x和y两导线的电阻之比为R1∶R2=U1∶U2=3∶1,故B、C错误;
串、并联电路的特点 电流表、电压表的改装原理
1.串联电路的总电阻一定大于其中任一部分电路的电阻.( )2.并联电路的总电阻一定大于其中某一支路的电阻.( )3.串联电路中某一电阻增大,总电阻增大,并联电路中某一电阻增大,总电阻减小.( )4.若将分压电阻串联在电流表上改装成电压表后,增大了原电流表的满偏电压.( )
1.串、并联电路的几个推论(1)串联电路的总电阻大于其中任一部分电路的总电阻.(2)并联电路的总电阻小于其中任一支路的总电阻,且小于其中最小的电阻.(3)无论是串联电路还是并联电路,电路中任意一个电阻变大时,电路的总电阻变大.
2.电表的两种改装的比较
例5 如图所示,当电路a、b两端接入100 V电压时,则c、d两端输出电压为20 V;当电路c、d两端接入100 V电压时,则a、b两端输出电压为50 V.据此可知R1∶R2∶R3为A.4∶2∶1 B.2∶1∶1C.3∶2∶2 D.1∶1∶2
例6 (多选)四个相同的小量程电流表(表头)分别改装成两个电流表A1、A2和两个电压表V1、V2.已知电流表A1的量程大于A2的量程,电压表V1的量程大于V2的量程,改装好后把它们按如图所示连接法连入电路,则A.电流表A1的读数大于电流表A2的读数B.电流表A1指针的偏转角小于电流表A2指针的偏转角C.电压表V1的读数小于电压表V2的读数D.电压表V1指针的偏转角等于电压表V2指针的偏转角
电流表A1与电流表A2由相同表头与不同电阻并联改装而成,并联在电路中,电流表A1与电流表A2的指针偏转角相同,电流表A1的量程较大,则电流表A1的读数较大,A正确,B错误;
电压表V1与电压表V2由相同表头与不同电阻串联改装而成,串联在电路中,通过表头的电流相同,故指针的偏转角相同,因V1量程较大,所以电压表V1的读数大于电压表V2的读数,C错误,D正确.
例7 (2023·河南灵宝市第一中学模拟)如图所示,某学习小组进行电表改装的实验,已知表头内阻为100 Ω,满偏电流为300 mA,使用OA接线柱时它是量程为0~3 A的电流表,使用OB接线柱时它是量程为0~0.6 A的电流表,使用OC接线柱时它是量程为0~60 V的电压表,则图中的R1=_____ Ω,R2=_____ Ω,R3=____ Ω.
使用OA接线柱时,量程为0~3 A,
使用OB接线柱时,量程为0~0.6 A,
其中Ig=0.3 A,Rg=100 Ω联立解得R1=20 Ω,R2=80 Ω使用OC接线柱时,量程为0~60 V,
电功、电功率 电热、热功率
1.电功(1)定义:导体中的恒定电场对自由电荷的 做的功.(2)公式:W=qU= (适用于任何电路).(3)电流做功的实质: 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 .(2)公式:P= = (适用于任何电路).
3.焦耳定律(1)内容:电流通过导体产生的热量跟 成正比,跟_____________及 成正比.(2)公式:Q= (适用于任何电路).
1.公式W=UIt= =I2Rt适用于所有电路.( )2.在非纯电阻电路中P=UI=I2R+P其他.( )3.焦耳定律只适用于纯电阻电路,不适用于非纯电阻电路.( )
例8 如图所示,当AB间加上电压时,R1、R2、R3三个电阻上消耗的功率相等,则三电阻的阻值之比R1∶R2∶R3为A.1∶1∶4 B.1∶1∶1C.1∶1∶2 D.2∶2∶1
考向1 纯电阻电路中的功率
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=IU,热功率均为P热=I2R.只有在纯电阻电路中P电=P热,IU=I2R= 才成立.2.对于非纯电阻电路:P电=P热+P其他,即IU=I2R+P其他,I≠ (欧姆定律不适用).
电功率P=IU和热功率P=I2R的比较
例9 一台小型电动机在3 V电压下工作,用此电动机提升重力为4 N的物体时,通过它的电流是0.2 A,在30 s内可使该物体被匀速提升3 m.若不计一切摩擦和阻力,求:(1)电动机的输入功率;
考向2 非纯电阻电路中的功和功率
电动机的输入功率为P入=UI=3×0.2 W=0.6 W
(2)在提升重物的30 s内,电动机线圈所产生的热量;
电动机提升物体的机械功率P机=Fv=Gv=0.4 W根据能量关系有P入=P机+PQ产生的热功率PQ=0.2 W电动机线圈在30 s内产生的热量Q=PQt=0.2×30 J=6 J
(3)电动机线圈的电阻.
由焦耳定律得Q=I2Rt电动机线圈电阻R=5 Ω.
1.某一导体的伏安特性曲线如图中AB段(曲线)所示,以下关于导体的电阻说法正确的是A.B点对应的电阻为12 ΩB.B点对应的电阻为40 ΩC.工作状态从A变化到B时,导体的电阻因温度的影响 改变了1 ΩD.工作状态从A变化到B时,导体的电阻因温度的影响改变了9 Ω
2.(2023·浙江省模拟)在我国边远乡村的电路上常用熔断保险丝.当电路中有较强电流通过时,保险丝会快速熔断,及时切断电源,保障用电设备和人身安全.经测量,有一段电阻为R、熔断电流为2 A的保险丝,直径约0.5毫米.若将这段保险丝对折后绞成一根,那么保险丝的电阻和熔断电流将变为
3.电阻R1、R2的I-U图像如图所示,则下列说法正确的是A.R1∶R2=3∶1B.将R1与R2串联后接于电源上,则电压比U1∶U2= 1∶3C.将R1与R2并联后接于电源上,则电流比I1∶I2= 1∶3D.将R1与R2并联后接于电源上,则功率比P1∶P2=1∶3
R1与R2串联时,U1∶U2=R1∶R2=1∶3,B正确;R1与R2并联时,I1∶I2=R2∶R1=3∶1,P1∶P2=R2∶R1=3∶1,C、D错误.
4.一车载加热器(额定电压为24 V)发热部分的电路如图所示,a、b、c是三个接线端点,设ab、ac、bc间的功率分别为Pab、Pac、Pbc,则A.Pab>Pbc B.Pab=PacC.Pac=Pbc D.Pab
6.如图所示,同种材料制成且厚度相等的长方体合金块A和B,上表面为正方形,边长之比为2∶1.A、B分别与同一电源相连,电源内阻忽略不计,则A.通过A、B的电流之比为2∶1B.通过A、B的电流之比为1∶2C.A、B中自由电荷定向移动速率之比为2∶1D.A、B中自由电荷定向移动速率之比为1∶2
根据I=nqSv,因SA∶SB=2∶1,则vA∶vB=1∶2,C错误,D正确.
7.(2023·湖北恩施市模拟)如图所示为示波器衰减电路的示意图,ab之间为信号电压的输入端,cd为衰减电路的输出端,P是和衰减旋钮固连在一起的开关,R1、R2、R3、R4为四个定值电阻,当P接通1时电压没有被衰减,当P分别接通2、3、4时电压被衰减10倍、100倍、1 000倍(即输出电压变为输入电压的0.1、0.01、0.001),若某个示波器的衰减电路中,R4=1 Ω,不计导线电阻,则其他电阻的阻值分别为A.R1=900 Ω,R2=90 Ω,R3=9 ΩB.R1=999 Ω,R2=99 Ω,R3=9 ΩC.R1=10 Ω,R2=100 Ω,R3=1 000 ΩD.R1=1 000 Ω,R2=100 Ω,R3=10 Ω
当P接通4时,输出电压变为输入电压的0.001,
当P接通3时,输出电压变为输入电压的0.01,
当P接通2时,输出电压变为输入电压的0.1,
只有A均满足要求,故A正确,B、C、D错误.
8.一根横截面积为S的铜导线,通过电流为I.已知铜的密度为ρ,铜的摩尔质量为M,电子电荷量为e,阿伏加德罗常数为NA,设每个铜原子只提供一个自由电子,则铜导线中自由电子定向移动速率为
9.(多选)(2023·福建省厦门一中模拟)如图所示,把两只完全相同的表头进行改装,已知表头内阻为100 Ω,下列说法正确的是A.由甲图可知,该表头满偏电流Ig=2 mAB.甲图是改装成的双量程电压表,其中b量程为9 VC.乙图中R1= Ω,R2=10 ΩD.乙图中R1=5 Ω,R2=45 Ω
10.在图甲所示的电路中,电源的电动势为3.0 V,内阻不计,灯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.当开关闭合后,下列说法中正确的是A.灯泡L1的电流为灯泡L2电流的2倍B.灯泡L1的电阻为7.5 ΩC.灯泡L2的电阻为12 ΩD.灯泡L3两端的电压为1.5 V
11.如图所示的电路中,电阻R1、R2、R3的阻值均为2 Ω.电流表内阻不计,在B、C两点间加上6 V的电压时,电流表的示数为A.0 B.1 A C.1.5 A D.2 A
12.(多选)恒流源是一种特殊的电源,其输出的电流能始终保持不变;恒压源也是一种特殊的电源,其输出的电压能始终保持不变.图甲所示的电路中电源是恒流源,图乙所示的电路中电源是恒压源,两图中的滑动变阻器滑动触头P均从最右端向最左端移动时,下列说法中正确的是A.图甲中R1两端的电压减小B.图乙中R1两端的电压减小C.图甲中流过R2的电流保持不变D.图乙中流过R2的电流保持不变
题图甲中两个支路的电压始终相等,所以支路电流与电阻成反比,即I2R2=I1(R1+R0),且I1+I2=I是定值,滑动变阻器触头P从最右端向最左端移动时,R0增大,由以上两式可知I1减小,I2增大,R1两端的电压U1=I1R1减小,故A正确,C错误;
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