2021版浙江新高考选考物理一轮复习教师用书：9第七章　1第1节　部分电路及其规律

第1节　部分电路及其规律

【基础梳理】

【自我诊断】

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．(　　)

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,　(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)×

做一做

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，只有选项B正确．

想一想

电动机正常工作时，电功率大于热功率，当电动机通电卡住不转时，则电功率与热功率满足什么关系？为什么？

提示：相等，电动机通电卡住不转时相当于一个发热的纯电阻，故电功率与热功率相等.

　对电阻定律和欧姆定律的理解和应用

【题组过关】

1．(2019·4月浙江选考)电动机与小电珠串联接入电路，电动机正常工作时，小电珠的电阻为R1，两端电压为U1，流过的电流为I1；电动机的内电阻为R2，两端电压为U2，流过的电流为I2.则(　　)

A．I1<I2 B.>

C.＝ D.<

解析：选D.电动机和小电珠串联接入电路，故I1＝I2，A错误；电动机是非纯电阻用电器，满足I2<，小电珠是纯电阻用电器，满足I1＝，又I1＝I2，故<，可得<，D正确．

2．(2020·1月浙江选考)小明在一根细橡胶管中灌满食盐水，两端用粗铜丝塞住管口，形成一段封闭的盐水柱．他将此盐水柱接到电源两端，电源电动势和内阻恒定．握住盐水柱两端将它水平均匀拉伸到原长的1.2倍，若忽略温度对电阻率的影响，则此盐水柱(　　)

A．通过的电流增大

B．两端的电压增大

C．阻值增大为原来的1.2倍

D．电功率增大为原来的1.44倍

答案：B

1．R＝是比值法定义电阻的定义式，导体的电阻R由导体本身的性质决定，不是由U和I决定的．对于某一导体，它的电阻R不变，它的电压U和电流I成正比．

2．I＝是欧姆定律的数学表达式，它反映了导体中电流与电压、电阻的比例关系．常用于计算一段电路加上一定电压时产生的电流，适用条件是金属或电解液导电(纯电阻电路)．

3．欧姆定律并不适用于所有的导电现象．除金属外，对电解液导电也是适用的，但对气体导电以及含有电动机、电解槽等的电路就不适用了．　

4．两个公式的区别

　对伏安特性曲线的理解

【知识提炼】

1．伏安特性曲线即I－U图线，横轴表示电压，纵轴表示电流，图线反映了电流随电压变化的规律．

2．线性元件的I－U图象是一条过原点的倾斜直线，斜率表示电阻的倒数，线性元件的U－I图象也是一条过原点的倾斜直线，但斜率表示电阻，要加以区别．如图所示，在图甲中R2＜R1，图乙中R2＞R1.

3．非线性元件的I－U图线是曲线时，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，如图丙．

【典题例析】

　(2020·温州月考)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，则下列说法中不正确的是(　　)

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，小灯泡的功率为图中矩形PQOM所围面积的大小

[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，所以D正确．

[答案]　C

　(多选)(2020·金华调研)某导体中的电流I随其两端电压U的变化如图所示，则下列说法中正确的是(　　)

A．加5V电压时，导体的电阻为0.2Ω

B．加12V电压时，导体的电阻为8Ω

C．随着电压的增大，导体的电阻不断增大

D．随着电压的增大，导体的电阻不断减小

解析：选BC.加5V的电压时，电流为1.0A，则由欧姆定律可知，R＝＝Ω＝5Ω，故A错误；加12V的电压时，电流为1.5A，则可得电阻为：R′＝Ω＝8Ω，故B正确；由题图可知，随电压的增大，图象中的点与坐标原点的连线的斜率减小，则可知导体的电阻越来越大，故C正确，D错误．

　电路中的电功与电热

【知识提炼】

1．纯电阻电路与非纯电阻电路的比较

2．电动机的三个功率及关系

【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＝－，选项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，选项C正确，D错误．

[答案]　BC

【题组过关】

1．如表为某电热水壶铭牌上的一部分内容，根据表中的信息，可计算出电热水壶在额定电压下以额定功率工作时的电流约为(　　)

A．6.8A B．4.1A

C．1.2A D．0.24A

解析：选B.由铭牌读出电热水壶额定功率为P＝900W，额定电压为U＝220V；由P＝UI得，通过电热水壶额定电流为：I＝＝A≈4.1A.

2．(2020·浙江严州仿真测试)电视机可以用遥控器关机而不用断开电源，这种功能叫做待机功能．这一功能给人们带来了方便，但很少有人注意到在待机状态下电视机仍然要消耗电能．例如小明家的一台34寸彩色电视机的待机功率大约是10W，假如他家电视机平均每天开机4h，看完电视后总是用遥控器关机而不切断电源．试估算小明家一年(365天)中因这台电视机待机浪费的电能(　　)

A．2.6×108J B．2.6×107J

C．3.2×108J D．5.3×107J

解析：选A.电视机每天待机消耗的电能为W0＝Pt＝0.01kW×(24h－4h)＝0.2kW·h，每年消耗的电能为W＝365·W0＝365×0.2kW·h＝73kW·h＝2.628×108J；故选A.

 [随堂检测]

1．(2017·11月浙江选考)小明同学家里部分电器的消耗功率及每天工作时间如表所示，则这些电器一天消耗的电能约为(　　)

A.6.1×103W　　　　　 B．6.1×103J

C．2.2×104W D．2.2×107J

答案：D

2．(2020·舟山质检)一段长为l，电阻为R的均匀电阻丝，把它拉制成3l长的均匀细丝后，切成等长的三段，然后把它们并联在一起，其电阻值为(　　)

A. B．3R

C. D．R

解析：选D.根据电阻定律R＝ρ，在拉伸过程中电阻丝的体积不变，当长度变为原来的3倍后，横截面积变为原来的，所以R′＝ρ＝ρ＝9R，平分成3段后，每段的电阻为3R，故根据并联电路规律可得并联后的电阻为＝＋＋，解得R并＝R，故选项D正确．

3．欧姆不仅发现了欧姆定律，还研究了电阻定律，有一个长方体金属电阻，材料分布均匀，边长分别为a、b、c，且a＞b＞c，电流沿以下方向流过该金属电阻，其中电阻阻值最小的是(　　)

解析：选A.由电阻的决定式可知，A中电阻RA＝ρ；B中电阻RB＝ρ；C中电阻RC＝ρ；D中电阻RD＝ρ，故电阻最小的为A.

4．两个电阻R1、R2(R1＞R2)组成的如图所示的四种电路，其中电路总阻值最小的是(　　)

解析：选B.两个电阻串联时，总电阻最大，故A错误；两个电阻并联时，总电阻最小，故B正确；只连接电阻R1时的电阻大于两个电阻并联的总阻值，故C错误；只连接电阻R2时的电阻大于两个电阻并联的总阻值，故D错误．

5.(2020·绍兴调研)R1、R2的伏安特性曲线如图所示．下列说法正确的是(　　)

A．R1、R2并联后的总电阻的伏安特性曲线在区域Ⅰ

B．R1、R2并联后的总电阻的伏安特性曲线在区域Ⅱ

C．R1、R2串联后的总电阻的伏安特性曲线在区域Ⅰ

D．R1、R2串联后的总电阻的伏安特性曲线在区域Ⅱ

解析：选A.在I－U图象中，图线上的点与坐标原点连线的斜率表示导体电阻的倒数，由图可知电阻R1的阻值较大，电阻R2的阻值较小．R1、R2并联后的总电阻小于任意一个电阻值，所以伏安特性曲线在电阻值比较小的Ⅰ区，故A正确，B错误；若将两电阻串联后接入电路，由于串联后的总电阻大于任意一个电阻，所以R1、R2串联后的总电阻的伏安特性曲线在电阻值比较大的区域Ⅲ，故C、D错误．

 [课后达标]

一、选择题

1．如图所示是某一电器的铭牌．从铭牌上的信息可推断该铭牌对应的电器可能是(　　)

答案：A

2．(2016·10月浙江选考)如图为一种服务型机器人，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．电池充满电后总电量为7.2×104C

D．以额定电流工作时每秒消耗能量为20J

答案：C

3．现象一：傍晚用电多的时候，灯光发暗，而当夜深人静时，灯光特别明亮；现象二：在插上电炉等大功率电器时，灯光会变暗，拔掉后灯光马上亮了起来．下列说法正确的是(　　)

A．现象一是因为夜深人静时，周围比较黑，突显出灯光特别明亮

B．现象二是因为电炉等大功率电器的电阻都比较大引起的

C．两个现象都可以用电阻定律R＝ρ来解释

D．两个现象都可以用闭合电路欧姆定律来解释

解析：选D.由于大多数用电器都是并联的，当傍晚用电多的时候或者插上电炉等功率大的用电器时，干路上的总电流会变大，这时候导线上的电压损失就会增加，当变压器输出电压一定的情况下，会使得用户得到的电压减小，所以电灯就会发暗；而当夜深人静时用户用电器减少或者拔掉电炉等功率大的用电器时，干路上的总电流会减小，这时候导线上的电压损失就会减小，用户得到的电压增大，所以电灯就会明亮，因此两个现象都可以用闭合电路欧姆定律来解释，故D正确，A、B、C错误．

4.(2020·浙江十校联考)在如图所示电路中，AB为粗细均匀、长为L的电阻丝，以A、B上各点相对A点的电压为纵坐标，各点离A点的距离x为横坐标，则U随x变化的图线应为(　　)

答案：A

5.(2020·台州质检)电位器是变阻器的一种．如图所示，如果把电位器与灯泡串联起来，利用它改变灯的亮度，下列说法正确的是(　　)

A．连接A、B使滑动触头顺时针转动，灯泡变亮

B．连接A、C使滑动触头逆时针转动，灯泡变亮

C．连接A、C使滑动触头顺时针转动，灯泡变暗

D．连接B、C使滑动触头顺时针转动，灯泡变亮

解析：选D.根据电位器结构和连接可知：连接A、B使滑动触头顺时针转动时回路电阻增大，回路电流减小，灯泡变暗，A错误；同理，D正确；连接A、C时，滑动触头不能改变回路电阻，灯泡亮度不变，故B、C错误．

6．把两根同种材料做成的电阻丝，分别接在两个电路中，甲电阻丝长为l，直径为d，乙电阻丝长为2l，直径为2d，要使两电阻丝消耗的功率相等，加在两电阻丝上的电压应满足(　　)

A.＝1　　　 B.＝

C.＝ D.＝2

解析：选C.由电阻定律R甲＝ρ＝4ρ，R乙＝ρ＝2ρ，P甲＝，P乙＝，要使P甲＝P乙，即＝，＝＝2，故＝.

7．LED灯已逐渐走入千家万户，与普通光源相比，LED灯更节能环保，发光时发热量极低；实验小组研究图甲所示的某种LED灯得到如图乙所示的U－I图线，这种LED灯工作时需要达到开启电压U0，当达到开启电压，灯亮后，即使电压升高很大，电流只略有增大，因此LED灯普遍使用的是恒流电源．现测得此LED灯工作时电流为I1，其两端电压为U1，下列说法正确的是(　　)

A．LED灯为线性元件

B．LED灯为纯电阻元件

C．LED灯在P点工作时其电阻RP在数值上等于过P点的切线的斜率

D．LED灯在P点工作时其功率为PP＝U1I1

答案：D

8．用电动势为E、内电阻为r的电池组直接向线圈电阻为R的电动机供电，电动机正常工作后，测得通过的电流为I、电动机两端的电压为U，则(　　)

A．电路中电流I＝

B．在时间t内，电池组消耗的化学能为IEt

C．在时间t内，电动机输出的机械能是IEt－I2rt

D．以上说法都不对

解析：选B.当电动机正常工作时，其电路是非纯电阻电路，I<，故A错误．由电源定义知在时间t内，电池组消耗的化学能为IEt，B正确；电动机的输出功率是机械功率，根据能量守恒定律得，P出＝P电－P热＝UI－I2R，在时间t内，电动机输出的机械能是IUt－I2Rt，故C、D错误．

9．(2020·绍兴质检)电话的话筒可以把声音信号转换为电流信号．碳精话筒的结构如图所示，碳精盘和振动膜之间充满了接触不紧密的碳粒．声音使振动膜振动，改变碳粒接触的紧密程度，可改变电路中电流的大小．对此，以下说法正确的是(　　)

A．如果声波的频率越高，则电路中的电流越大

B．如果声波的频率越高，则电路中的电流越小

C．如果声波的振幅越高，则电路中的电流越大

D．如果声波的振幅越高，则电路中的电流越小

解析：选C.改变碳粒接触的紧密程度，实际上改变的是其电阻，接触越紧密，电阻越小．而声波的振幅越高，则碳粒接触的程度越紧密．

10．(2020·嘉兴高二期中)当电阻两端加上某一稳定电压时，通过该电阻的电荷量为0.3C，消耗的电能为0.9J．为在相同时间内使0.6C的电荷量通过该电阻，在其两端需加的电压和消耗的电能分别是(　　)

A．3V　1.8J B．3V　3.6J

C．6V　1.8J D．6V　3.6J

解析：选D.设两次加在电阻R上的电压分别为U1和U2，通电的时间都为t.由公式W1＝U1q1和W1＝t可得：U1＝3V，＝0.1.再由W2＝U2q2和W2＝t可得：U2＝6V，W2＝3.6J，故D正确．

11．小李家的房子装修，买了一卷规格为“100m、4mm2”的铜导线(已知铜的电阻率为1.7×10－8Ω·m)，用来安装一路专线，对额定电压为220V，额定功率为2.0kW的空调供电．实际上只用去了一半导线，如果空调能够正常工作时，估算导线上损失的电压约为(　　)

A．1.9V B．0.19V

C．2.5V D．0.25V

答案：A

12．(2020·宁波质检)在研究微型电动机的性能时，应用如图所示的实验电路．调节滑动变阻器R并控制电动机停止转动时，电流表和电压表的示数分别为0.50A和2.0V．重新调节R并使电动机恢复正常运转，此时电流表和电压表的示数分别为2.0A和24.0V．则这台电动机正常运转时输出功率为(　　)

A．32W B．44W

C．47W D．48W

解析：选A.当电动机停止转动时，此时电动机相当于一个纯电阻，所以由题中的两表读数，可以计算出电动机的内阻为r＝，代入数据得r＝4Ω，重新调节R并使电动机恢复正常运转，根据题中的两表读数，计算出电动机的输出功率为P＝UI－I2r，代入数据得P＝32W，B、C、D错误，A正确．

13．如图所示，某品牌电动汽车电池储存的电能为60kW·h，充电时，直流充电桩的充电电压为400V，充电时间为4.5h，充电效率为95%.汽车以v＝108km/h的速度在高速公路匀速行驶时，输出功率为15kW，转化成机械能的效率为90%，则(　　)

A．充电电流约为33A

B．匀速行驶距离可达432km

C．匀速行驶时每秒钟消耗电能为1.5×104J

D．匀速行驶时所受阻力为500N

解析：选D.电能E＝60kW·h＝6×104W·h，由W＝UIt可知，充电电流I＝A＝35A，故A错误；汽车能匀速行驶的时间t＝h＝3.6h，故汽车匀速行驶的最大距离为x＝vt＝108×3.6km＝388.8km，故B错误；匀速行驶时每秒钟输出的机械能W＝Pt＝15×103×1J＝1.5×104J，因消耗的电能中有一部分转化为内能，故消耗的电能一定大于1.5×104J，故C错误；匀速行驶时，v＝108km/h＝30m/s，F＝f，由P＝Fv＝fv，可得f＝N＝500N，故D正确．

14．在杭州湾入海口，有亚洲第一座大型海上风电场——东海大桥海上风电场，该风电场有58台风机，风机叶轮直径91m，总装机容量约200兆瓦，所生产的绿色电能，相当于为海减少了20万辆小轿车产生的碳污染．已知空气密度为1.29kg/m3，假设风能转成电能的效率为50%，则杭州湾海域的平均风速约为(　　)

A．1m/s B．4m/s

C．7m/s D．10m/s

解析：选C.以叶片长l为半径的圆面积S＝πl2，在时间t内通过的位移x＝vt，该体积风的动能为E＝ρSxv2＝ρπl2vtv2，转化效率为η＝50%，功率公式P＝，该风力发电机发出的电功率的数学表达式为P＝ηρπl2v3，代入数据，得v≈7m/s，故A、B、D错误，C正确．

15．新能源汽车发展得如火如荼，大家正在争论锂电池和燃料电池的时候，已经有人开始着手太阳能汽车的研发．近日，荷兰的一家公司表示首批太阳能汽车TellaLux将于2019年末发售．已知该太阳能汽车质量仅约为360kg，输出功率为1440W，安装有约为6m2的太阳能电池板和蓄能电池，在有效光照下，该电池板单位面积输出功率为30W/m2.现有一驾驶员质量为70kg，汽车最大行驶速度为125km/h，汽车行驶时受到的阻力与其速度成正比，下列说法正确的是(　　)

A．以恒定功率启动时的加速度大小约为0.3m/s2

B．以最大速度行驶时的牵引力大小约为11.5N

C．保持最大速度行驶1h至少需要有效光照12h

D．仅使用太阳能电池板提供的功率可获得12.3m/s的最大行驶速度

答案：D

16．如图所示，学校为创建绿色校园改装了一批太阳能路灯，太阳能路灯技术参数如下：太阳能电池组件(太阳能单晶硅光电转换效率为18%，得到的电池功率为100W)；免维护蓄电池(60～250A·h/12V，充电效率为80%)；照明时间(4～12h可根据需要任意调节，阴雨天可连续工作5～7d)；光控时LED照明恒流输出功率(15～60W)；其他辅助系统组成部分．结合上述数据，下列说法不正确的是(　　)

A．太阳照射2h，光电系统可吸收太阳能为4.0×106J

B．LED照明5h，照明时恒流最多输出电能为1.08×106J

C．利用太阳能电池给蓄电池充电，充满需要的最长时间为30h

D．利用免维护蓄电池给60W的LED供电，最长时间约为50h

解析：选C.光电转换电池功率为100W，2小时可吸收的太阳能为100×2×3600÷18%J＝4.0×106J，A正确；LED照明5小时，恒流输出的最多电能为60×5×3600J＝1.08×106J，B正确；利用太阳能电池给蓄电池充电，充满需要的最长时间t＝12×250÷100÷80%h＝37.5h，C错误；利用免维护蓄电池给60W的LED供电，最长时间为250×12÷60h＝50h，D正确．

17．智能扫地机器人是智能家用电器的一种，能凭借一定的人工智能自动在房间内完成地板清理工作，现今已慢慢普及，成为现代家庭的常用家电产品．如图为某款智能扫地机器人，其参数见表格，工作时将电池内部化学能转化为电能的效率为60%.下列说法中正确的是(　　)

A.该扫地机器人的电池从完全没电到充满电所需时间约为8.3h

B．该扫地机器人最多能储存的能量为4.32×105J

C．该扫地机器人充满电后能工作5h

D．该扫地机器人充满电后能工作3h

解析：选B.由表格内的数据可知，电池的容量是5000mA·h，充电器输出为1000mA，则需要充电5h，故A错误；电池容量q＝5000mA·h＝5A·h＝1.8×104C，最多能储存的能量为：W＝qU＝1.8×104×24J＝4.32×105J，故B正确；额定功率为40W，所以工作的时间：t1＝＝s＝6.48×103s＝1.8h，故C、D错误．

二、非选择题

18．(2020·丽水高二月考)某地要把河水抽高20m，进入蓄水池，用一台电动机通过传动效率为80%的皮带，带动效率为60%的离心水泵工作．工作电压为380V，此时输入电动机的电功率为19kW，电动机的内阻为0.4Ω.已知水的密度为1×103kg/m3，重力加速度取10m/s2.求：

(1)电动机内阻消耗的热功率；

(2)将蓄水池蓄入864m3的水需要的时间(不计进、出水口的水流速度)．

解析：(1)设电动机的电动率为P，则

P＝UI

设电动机内阻r上消耗的热功率为Pr，则

Pr＝I2r

代入数据解得Pr＝1×103W.

(2)设蓄水总质量为M，所用抽水时间为t.已知抽水高度为h，容积为V，水的密度为ρ，则

M＝ρV

设质量为M的河水增加的重力势能为ΔEp

则ΔEp＝Mgh

设电动机的输出功率为P0，则P0＝P－Pr

根据能量守恒定律得

P0t×60%×80%＝ΔEp

代入数据解得t＝2×104s.

答案：(1)1×103W　(2)2×104s

19．(2020·舟山检测)用一个额定电压为12V的灯泡做实验，测得灯丝电阻随灯泡两端电压变化关系图象如图所示．

(1)在正常发光条件下，灯泡的电功率为多大？

(2)设灯丝电阻与绝对温度成正比，室温为T＝300K，求正常发光条件下灯丝的温度．

(3)将一定值电阻与灯泡串联后接到20V电压上，要使灯泡能正常发光，串联的电阻为多大？

解析：(1)U＝12V时正常发光，此时灯泡电阻为R＝8Ω

则P＝＝W＝18W.

(2)U＝0时，灯丝为室温，此时电阻R0＝1Ω

由题意设R＝kT

则有8＝kT0

1＝k×300

解得：T0＝2400K.

(3)由串联分压规律得：＝

R串＝5.33Ω.

答案：见解析