高考物理一轮复习专题9.1电路与电能--电路及其应用-(原卷版+解析)

这是一份高考物理一轮复习专题9.1电路与电能--电路及其应用-(原卷版+解析)，共45页。
考向一 电流的理解和计算
考向二 电阻定律和欧姆定律
考向三 电路的串联、并联
考向四 电功和电热 电功率和热功率
考向一 电流的理解和计算
一、电流 部分电路欧姆定律
1．电流
(1)形成的条件：导体中有自由电荷；导体两端存在电压。
(2)标矢性：电流是标量，将正电荷定向移动的方向规定为电流的方向。
(3)两个表达式
①定义式：I＝eq \f(q,t)；②决定式：I＝eq \f(U,R)。
2、电流的三种表达式及其比较
【典例1】(2023·双鸭山一中月考)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中正确的是( )
A．电流大小为eq \f(ve,2πr)，电流方向为顺时针 B．电流大小为eq \f(ve,r)，电流方向为顺时针
C．电流大小为eq \f(ve,2πr)，电流方向为逆时针 D．电流大小为eq \f(ve,r)，电流方向为逆时针
答案: C
解析：电子做圆周运动的周期T＝eq \f(2πr,v)，由I＝eq \f(e,T)得I＝eq \f(ve,2πr)，电流的方向与电子运动方向相反，故为逆时针．
【典例2】(2023·四川省仪陇宏德中学高三模拟)如图所示，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，自由电子的质量为m、电荷量为e.在棒两端加上恒定的电压时，棒内产生电流，自由电子定向移动的平均速率为v，则金属棒内的电场强度大小为( )
A.eq \f(mv2,2eL) B.eq \f(mv2Sn,e) C．ρnev D.eq \f(ρev,SL)
答案:C
解析：由电流定义式可知：I＝eq \f(q,t)＝eq \f(nvtSe,t)＝neSv.由欧姆定律可得：U＝IR＝neSv·ρeq \f(L,S)＝ρneLv，又E＝eq \f(U,L)，故E＝ρnev，选项C正确．
练习1、(2023·濮阳期末)某些肿瘤可以用“质子疗法”进行治疗。在这种疗法中，为了能让质子进入癌细胞，首先要实现质子的高速运动，该过程需要一种被称作“粒子加速器”的装置来实现，质子先被加速到较高的速度，然后轰击肿瘤并杀死癌细胞。如图所示，来自质子源的质子(初速度为零)，经加速电压为U的加速器加速后，形成细柱形的质子流。已知细柱形的质子流横截面积为S，其等效电流为I；质子的质量为m，其电荷量为e，那么这束质子流内单位体积的质子数n是( )
A.eq \f(I,eS) eq \r(\f(2U,m)) B.eq \f(I,eS) eq \r(\f(m,eU))
C.eq \f(I,eS) eq \r(\f(2eU,m)) D.eq \f(I,eS) eq \r(\f(m,2eU))
答案:D
解析：质子在电场力作用下加速，加速后的速度为v，根据动能定理，则有eq \f(1,2)mv2＝eU，解得v＝ eq \r(\f(2eU,m))，等效电流为I，单位体积的质子数为n，根据微观表达式可得I＝neSv，解得n＝eq \f(I,eS) eq \r(\f(m,2eU))，故D正确，A、B、C错误。
练习2、(多选)(2023·广东选考模拟)离地面高度5.0×104 m以下的大气层可视为电阻率较大的漏电介质。假设由于雷暴对大气层的“电击”，使得离地面高度5.0×104 m处的大气层与带负电的地球表面之间形成稳定的电场，其电势差约为3×105 V。已知，雷暴每秒钟给地球充电的电荷量约为1.8×103 C，地球表面积近似为5.0×1014 m2，则( )
A．该大气层的等效电阻约为600 Ω
B．该大气层的平均漏电电流约为1.8×103 A
C．该大气层的平均电阻率约为1.7×1012 Ω·m
D．该大气层的平均电阻率约为1.7×108 Ω·m
答案:BC
解析：该大气层的平均漏电电流约为I＝eq \f(q,t)＝1.8×103 A，该大气层的等效电阻为R＝eq \f(U,I)≈167 Ω，故A错误，B正确；根据R＝ρeq \f(L,S)可得，该大气层的平均电阻率约为ρ＝eq \f(RS,L)≈1.7×1012 Ω·m，故C正确，D错误。
【巧学妙记】
1.应用I＝eq \f(q,t)计算时应注意：若导体为电解液，因为电解液里的正、负离子移动方向相反，但形成的电流方向相同，故q为正、负离子带电荷量的绝对值之和。
2．利用“柱体微元”模型求解电流的微观问题时，应采用以下基本思路：
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e，电荷定向移动的速率为v，则：
(1)柱体微元中的总电荷量q＝nLSe。
(2)电荷通过横截面的时间t＝eq \f(L,v)。
(3)电流的微观表达式I＝eq \f(q,t)＝nevS。
(2)电荷通过横截面的时间t＝eq \f(L,v)。
(3)电流的微观表达式I＝eq \f(Q,t)＝nqvS。
考向二 电阻定律和欧姆定律
1．部分电路欧姆定律
(1)内容：导体中的电流跟导体两端的电压成正比，跟导体的电阻成反比．
(2)表达式：I＝eq \f(U,R).
(3)适用范围：金属导电和电解质溶液导电，不适用于气态导体或半导体元件．
(4)导体的伏安特性曲线(I－U图线)．(如图)．
①比较电阻的大小：图线的斜率k＝eq \f(I,U)＝eq \f(1,R)，图中R1>R2(选填“>”“