高考物理一轮复习第八章恒定电流第1课时电阻定律欧姆定律焦耳定律学案新人教版

第八章 恒定电流

　　　　　[定标——核心素养]　　　　　　　　　　　　　　　　　　

[定位——主干知识]

1.欧姆定律　　　　　　2.电阻定律　　　　　　　3.电阻的串联、并联

4．电源的电动势和内阻  5.闭合电路的欧姆定律  6.电功率、焦耳定律

7．实验：测量金属丝的电阻率　　　　 8.实验：测量电源的电动势和内阻

9．实验：用多用电表测量电学中的物理量

第1课时　电阻定律、欧姆定律、焦耳定律

必备知识(一)　电流的理解及表达式的应用　　　　　　　　　　

1．[公式I＝的应用]

如图所示，在1价离子的电解质溶液内插有两根碳棒A和B作为电极，将它们接在直流电源上，于是溶液里就有电流通过。若在t秒内，通过溶液内截面S的正离子数为n1，通过的负离子数为n2，设基本电荷为e，则以下说法中正确的是(　　)

A．正离子定向移动形成的电流方向从A→B，负离子定向移动形成的电流方向从B→A

B．溶液内由于正、负离子移动方向相反，溶液中的电流抵消，电流等于零

C．溶液内的电流方向从A→B，电流I＝

D．溶液内的电流方向从A→B，电流I＝

[系统归纳]

三种电流表达式的比较

2. [微观表达式I＝nqSv的应用]

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，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．ρnev   D.

利用“柱体微元”模型求解电流的微观问题

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q，电荷定向移动的速率为v，则

(1)柱体微元中的总电荷量为Q＝nLSq。

(2)电荷通过横截面的时间t＝。

(3)电流的微观表达式I＝＝nqvS。

[精解详析]

1．选D　电荷的定向移动形成电流，规定正电荷定向移动的方向为电流方向，负电荷定向移动的方向为电流的反方向，由题图所示可知，电流方向是A→B，带电离子在溶液中定向移动形成电流，电流不为零，电流I＝＝，故选项D正确，A、B、C错误。

2．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。

必备知识(二)　欧姆定律和电阻定律的理解及应用　

1．[电阻率的认识]

下列说法中正确的是(　　)

A．由R＝可知，电阻与电压、电流都有关系

B．由R＝ρ可知，电阻只与导体的长度和横截面积有关系

C．各种材料的电阻率都与温度有关，金属的电阻率随温度的升高而减小

D．所谓超导现象，就是当温度降低到接近绝对零度的某个临界温度时，导体的电阻率突然变为零的现象

2．[闭合电路欧姆定律和电阻定律的综合应用]

(2020·浙江1月选考)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

[系统归纳]

1.电阻率的认识

(1)物理意义：反映导体的导电性能，是导体材料本身的属性。

(2)电阻率与温度的关系：金属的电阻率随温度升高而增大；半导体的电阻率随温度升高而减小。

2．电阻的决定式和定义式的比较

3．[导体的伏安特性曲线]

如图所示为A、B两电阻的伏安特性曲线，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减小，电阻B的阻值不变

B．在两图线交点处，电阻A的阻值等于电阻B的阻值

C．在两图线交点处，电阻A的阻值大于电阻B的阻值

D．在两图线交点处，电阻A的阻值小于电阻B的阻值

　导体伏安特性曲线的理解

(1)图线的意义

①由于导体的导电性能不同，所以不同的导体有不同的伏安特性曲线。

②伏安特性曲线上每一点的电压坐标与电流坐标的比值，对应这一状态下的电阻。

(2)两类图线的比较

[精解详析]

1．选D　R＝是电阻的定义式，R与电压和电流无关，故A错误；R＝ρ是电阻的决定式，即电阻与ρ、l、S都有关系，故B错误；电阻率一般与温度有关，金属的电阻率随温度的升高而增大，故C错误；当温度降低到接近绝对零度的某个临界温度时，导体的电阻率突然变为零的现象叫超导现象，故D正确。

2．选B　根据电阻定律可知R＝ρ，橡胶管的体积不变，即R＝ρ，由此可知当长度拉伸到原长的1.2倍时，电阻变为原来的1.44倍，选项C错误。根据闭合电路的欧姆定律I＝，当外电阻变大，则电流变小，内电压变小，而路端电压变大，因此选项A错误，B正确。根据P＝I2R，如果电流保持不变则电功率增大为原来的1.44倍，但是电流在变小，所以选项D错误。

3．选B　由题图可知，电阻A的I­U图像的斜率越来越小，故A的电阻随电流的增大而增大，电阻B的阻值不变，故选项A错误；两图像的交点处，电流和电压均相同，则由欧姆定律可知，两电阻的阻值相等，故选项B正确，C、D错误。

必备知识(三)　电功、电功率及焦耳定律

1．[电功率和热功率的认识]

(多选)如图所示是某一直流电动机提升重物的示意图，重物质量m＝50 kg，电源提供给电动机的电压为U＝110 V，不计各种摩擦，当电动机以v＝0.9 m/s的恒定速率向上提升重物时，通过电动机的电流为I＝5.0 A，重力加速度g取10 m/s2，则(　　)

A．电动机的输入功率为550 W

B．电动机提升重物的功率为550 W

C．电动机提升重物的功率为450 W

D．电动机的线圈电阻为22 Ω

2．[电功和电热的认识]

(多选)如图所示是某款吹风机的内部电路图，它主要由电动机M和电热丝R构成。闭合开关S1、S2后，电动机驱动风叶使其旋转，将空气从进风口吸入，经电热丝加热，形成热风后从出风口吹出。已知吹风机的额定电压为220 V，吹冷风时的功率为120 W，吹热风时的功率为1 000 W。关于该吹风机，下列说法正确的是(　　)

A．电热丝的电阻为55 Ω

B．电动机的电阻约为403 Ω

C．当吹风机吹热风时，电热丝每秒钟消耗的电能为120 J

D．当吹风机吹热风时，电动机每秒钟消耗的电能为120 J,

[系统归纳]

1．电功和电热、电功率和热功率的比较

2.三点易错提醒

(1)在非纯电阻电路中，欧姆定律不再适用，不能用欧姆定律求电流，应用P＝UI求电流。

(2)在非纯电阻电路中，电功大于电热，即W>Q，这时电功只能用W＝UIt计算，电热只能用Q＝I2Rt计算，两式不能通用。

(3)由能量守恒定律得W＝Q＋E，E为其他形式的能。对电动机来说，输入的功率P入＝IU，发热的功率P热＝I2r，输出的功率即机械功率P机＝P入－P热＝UI－I2r。

[精解详析]

1．选AC　电动机的输入功率P入＝UI＝110×5.0 W＝550 W，A对。提升重物的功率P出＝mgv＝50×10×0.9 W＝450 W，B错，C对。由P入＝P出＋P热和P热＝I2R线得R线＝＝ Ω＝4 Ω，D错。

2．选AD　电动机和电热丝并联，当吹热风时，电热丝消耗的功率为P＝P热－P冷＝1 000 W－120 W＝880 W，由公式P＝可知，R＝＝55 Ω，故A正确；电动机为非纯电阻，故不能使用公式P＝求解电阻，所以其电阻值不等于 Ω≈403 Ω，故B错误；当吹风机吹热风时，电热丝每秒钟消耗的电能为W＝Pt＝(P热－P冷)t＝(1 000－120)×1 J＝880 J，故C错误；无论吹风机吹热风还是冷风，电动机的功率都是不变的，故当吹风机吹热风时，电动机每秒钟消耗的电能为120 J，故D正确。

 [课堂巩固落实]

1．生活中的“纯电阻”和“非纯电阻”

生活中，人们在家中会使用很多用电器，如电饭锅、空调、冰箱、电风扇、电吹风等，这些用电器有的可以视为纯电阻，有的则不是纯电阻，请结合以下各题自主领悟。

2．分析生活中的用电器问题的两条思路

(1)了解用电器的结构，含有电动机且正常工作的为非纯电阻；不含电动机或含电动机但电动机不转的则为纯电阻。

(2)从能量转化角度来区分，若消耗的电能全部转化为电热，则为纯电阻；若消耗的电能有一部分转化为其他能量，则为非纯电阻。

1．一只电饭煲和一台洗衣机并联接在输出电压为220 V的交流电源上(电源内阻可忽略不计)，均正常工作。用电流表分别测得通过电饭煲的电流是5.0 A，通过洗衣机电动机的电流是0.50 A，则下列说法中正确的是(　　)

A．电饭煲的电阻为44 Ω，洗衣机电动机线圈的电阻为440 Ω

B．电饭煲消耗的电功率为1 555 W，洗衣机电动机消耗的电功率为155.5 W

C．1 min内电饭煲消耗的电能为6.6×104 J，洗衣机电动机消耗的电能为 6.6×103 J

D．电饭煲发热功率是洗衣机电动机发热功率的10倍

解析：选C　由于电饭煲是纯电阻元件，所以R1＝＝44 Ω，P1＝UI1＝1 100 W，其在1 min内消耗的电能W1＝UI1t＝6.6×104 J；洗衣机为非纯电阻元件，所以R2≠，P2＝UI2＝110 W，其在1 min内消耗的电能 W2＝UI2t＝6.6×103 J，其热功率P热≠P2，所以电饭煲发热功率不是洗衣机电动机发热功率的10倍。综上可知C正确。

2．为了生活方便，电热水壶已进入千家万户。如果将一电热水壶接在220 V的电源两端，经时间t0电热水壶的开关自动切断，假设热量的损失不计、加热丝的阻值不受温度的影响。则(　　)

A．如果将电热水壶接在110 V的电源两端，需经2t0的时间电热水壶的开关自动切断

B．如果将电热水壶接在110 V的电源两端，需经16t0的时间电热水壶的开关自动切断

C．如果将电热水壶接在55 V的电源两端，需经4t0的时间电热水壶的开关自动切断

D．如果将电热水壶接在55 V的电源两端，需经16t0的时间电热水壶的开关自动切断

解析：选D　电热水壶是纯电阻元件，根据公式Q＝t可知，煮沸一壶水所需的热量为Q＝t0，当电压变为原来的时，所需热量没变，因此时间要变为原来的4倍，即4t0，A、B错误；当电压变为原来的时，时间要变为原来的16倍，即16t0，C错误，D正确。

3．(多选)下表列出了某品牌电动自行车及所用电动机的主要技术参数，不计其自身机械损耗。若该车在额定状态下以最大运行速度行驶，则(　　)

A.电动机的输入功率为576 W　 B．电动机的内电阻为4 Ω

C．该车获得的牵引力为104 N  D．该车受到的阻力为63 N

解析：选AD　电动机的输入功率为P入＝UI＝48×12 W＝576 W，A正确；电动机的发热功率为P＝I2r＝P入－P出，代入数据解得：r≈1.6 Ω，B错误；vm＝20 km/h＝ m/s，根据P出＝Fvm，解得F＝63 N，且当该车速度最大时，F＝f＝63 N，故C错误，D正确。