高考物理一轮复习讲义第10章第1课时　电路的基本概念及规律（2份打包，原卷版+教师版）

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第1课时 电路的基本概念及规律
目标要求 1.知道电流的概念、定义式及微观表达式。2.理解部分电路欧姆定律及电阻定律。3.会进行串、并联电路分析，理解电表改装的原理。4.理解焦耳定律并能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
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。
思考
1.如图所示，设金属导体的横截面积为S，导体中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，自由电荷定向移动的速率为v，试推导电流的微观表达式。
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2．在导体导电时，电流的传输速度与电荷定向移动的平均速率相同吗？
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例1 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)
电流的三种表达式及其比较
考点二 部分电路欧姆定律及电阻定律
1．部分电路欧姆定律
(1)内容：导体中的电流跟导体两端的________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、c、d、f表示线性元件，b、e表示非线性元件。
(2)图线b上的点与O点连线的斜率不断变小，电阻不断变小；图线e上的点与O点连线的斜率不断变大，电阻不断变小。
(3)图中Ra________Rc，Rd________Rf。(均选填“>”“<”或“＝”)
(4)对于非线性元件，应根据R＝eq \f(U,I)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＝eq \f(U,I)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＝eq \f(RS,l)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图像上的点与坐标原点连线斜率的变化反映阻值的变化。( )
例2 (多选)(2024·广东省模拟)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
例3 如图所示为a、b两电阻的伏安特性曲线，图中α＝45°，关于两电阻的描述正确的是( )
A．电阻a的阻值随电流的增大而增大
B．因I－U图像的斜率表示电阻的倒数，故电阻b的阻值R＝eq \f(1,tan α)＝1 Ω
C．在两图线交点处，电阻a的阻值等于电阻b的阻值
D．在两图线交点处电阻a的阻值是电阻b的阻值的2倍
电阻的决定式和定义式的区别
考点三 串、并联电路分析 电表的改装原理
1．串、并联电路的特点
2.串、并联电路几个常用的推论
(1)串联电路的总电阻________其中任一部分电路的总电阻。
(2)并联电路的总电阻________其中任一支路的总电阻。
(3)无论电阻怎样连接，每一段电路的总电功率P总是________各个电阻的电功率之和。
(4)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________。
3．电表的两种改装的比较
1．并联电路的总电阻一定大于其中某一支路的电阻。( )
2．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。( )
3．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。( )
例4 (2023·海南海口市一中模拟)如图所示，R1＝2 Ω，R2＝10 Ω，R3＝10 Ω，A、B两端接在电压恒定的电源上，则( )
A．S断开时，R1与R2的两端电压之比为5∶1
B．S闭合时，R1与R2两端的电压之比为2∶5
C．S闭合时，通过R2与R3的电流之比为2∶1
D．S闭合时，R1与R2的功率之比为2∶5
例5 (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。
考点四 电功、电功率、电热、热功率
1．电功和电热、电功率和热功率的区别和联系
2.纯电阻用电器与非纯电阻用电器的比较
1．公式W＝UIt＝eq \f(U2,R)t＝I2Rt适用于所有电路。( )
2．在非纯电阻电路中P＝UI>I2R。( )
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6 (2023·上海市浦东新区一模)四只完全相同的灯泡分别用图甲、乙两种方式连接，电路两端电压分别为6 V和10 V。当灯泡都正常发光时，R1、R2消耗的电功率分别为P1和P2，则( )
A．P1>P2 B．P1C．P1＝P2 D．无法确定
例7 (2023·浙江嘉兴市期末)如图所示，2022年长江流域发生严重干旱灾害期间，农民通过潜水泵抽取地下水灌溉农田。已知潜水泵由电动机、水泵、输水钢管组成，某地下水源距离地表6 m深，安装潜水泵时将一根输水钢管竖直打入地底下与地下水源连通，水泵出水口离地表高度为0.45 m，水流从出水口水平喷出时的速度为4 m/s，每秒出水量为3 kg。水泵由功率为330 W的电动机带动，已知电动机额定电压为220 V，水泵的抽水效率为75%，水的密度为1.0×103 kg/m3，重力加速度g取10 m/s2，则( )
A．出水口钢管横截面面积为2.5×10－3 m2
B．每秒内水流机械能增加24 J
C．水泵的输入功率为217.5 W
D．电动机线圈的电阻为eq \f(160,9) Ω
考情分析
试题情境
生活实践类
家用电器、新能源电动汽车、超级电容器、手机充电等
学习探究类
电表改装、导体电阻率的测量、测量电源的电动势和内阻、用多用电表测量电学中的物理量
公式
适用范围
公式含义
I＝eq \f(q,t)
一切电路
eq \f(q,t)反映了I的大小，但不能说I∝q、I∝eq \f(1,t)
I＝nqSv
一切电路
从微观上看，n、q、S、v决定了I的大小
I＝eq \f(U,R)
金属、电解质溶液
I由U、R决定，I∝U、I∝eq \f(1,R)
公式
R＝ρeq \f(l,S)
R＝eq \f(U,I)
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
串联电路
并联电路
电流
I＝____________
I＝____________
电压
U＝____________
U＝____________
电阻
R＝____________
eq \f(1,R)＝eq \f(1,R1)＋eq \f(1,R2)＋…＋eq \f(1,Rn)
功率分配
eq \f(P1,R1)＝eq \f(P2,R2)＝…＝eq \f(Pn,Rn)
P1R1＝P2R2＝…＝PnRn
P总＝P1＋P2＋…＋Pn
改装成大量程电压表
改装成大量程电流表
内部电路
改装原理
串联分压
并联分流
所需电阻阻值
R＝eq \f(U,Ig)－Rg
R＝eq \f(Ug,I－Ig)
改装后的量程
U＝Ig(Rg＋R)
I＝eq \f(R＋Rg,R)Ig
校准电路
意义
公式
联系
电功
电流在一段电路中所做的功
W＝______
对纯电阻电路，电功等于电热：W＝Q＝UIt＝I2Rt；
对非纯电阻电路，电功大于电热：W>Q
电热
电流通过导体产生的热量
Q＝______
电功率
单位时间内电流所做的功
P＝______
对纯电阻电路，电功率等于热功率：P＝P热＝UI＝I2R；
对非纯电阻电路，电功率大于热功率：P>P热
热功率
单位时间内导体产生的热量
P热＝____