2020年高考物理一轮复习文档：第9章恒定电流第39讲 学案


[研读考纲明方向]

[重读教材定方法]
(对应人教版选修3－1的页码及相关问题)
1．P42[例题1]体会自由电子定向移动速率的推导过程；思考电流能瞬间导通的原因。
提示：闭合开关瞬间，电路中各个位置迅速建立恒定电场，各处自由电子几乎同时开始定向移动。
2．P43[问题与练习]T2：1 s通过导线某横截面的电子有多少个？T3：等效电流多大？
提示：T2：n＝＝1.0×1019(个)。T3：I＝＝。
3．P43阅读教材，思考：电磁感应中的感生电动势和动生电动势的“非静电力”各是什么作用力？
提示：感生电动势中为电场力；动生电动势中为洛伦兹力。
4．P45[问题与练习]T3：EI表示什么？
提示：电源总功率。
5．P46阅读教材，思考：能否说R与U成正比或R与I成反比？
提示：不能。电阻是导体本身的一种性质，不由I、U决定，而是由导体的材料、长度、横截面积决定，导体电阻的决定式为R＝ρ。
6．P47图2.3－4，滑动变阻器的滑片滑到最左端时灯泡两端电压为多少？
提示：为零。
7．P48[问题与练习]T2～4：U­I图象中什么表示电阻？
提示：由欧姆定律可知，U­I图象中某点与原点连线的斜率表示在这一点时的电阻。
8．P49～50阅读教材，思考：串联电路中其中一个电阻增大则总电阻增大；并联电路中其中一个电阻增大则总电阻减小，这种说法对吗？
提示：不对。不论串联、并联，其中一个电阻增大则总电阻一定增大。
9．P51[例题1][例题2]如何将电流表G改装成电压表或大量程电流表？
提示：电流表G串联电阻改装成电压表，并联电阻改装成大量程电流表。
10．P52[问题与练习]T1：体会分压电路的作用。T2：讨论甲、乙两种接法的误差。T3：分析原因。
提示：T2：甲接法测量值偏小，乙接法测量值偏大。T3：电压表使被测电阻两端总电阻偏小，电压比不接电压表时小。
11．P54[例题1]考虑：当电动机正常工作时，I＝还成立吗？
提示：不成立。欧姆定律不适用于非纯电阻电路。
12．P55[问题与练习]T2：S接通和断开，电饭锅分别处于哪种状态？T3：排列实际功率大小。
提示：T2：S接通加热，S断开保温。T3：Pa>Pd>Pb>Pc。
13．P58[思考与讨论]R1阻值比R2大吗？
提示：相等。
14．P59[问题与练习]T4：并联或串联，甲、乙消耗的电功率之比是多少？
提示：R＝ρ＝ρ，R甲∶R乙＝1∶2。并联时，P＝，P甲∶P乙＝2∶1；串联时，P＝I2R，P甲∶P乙＝1∶2。
15．P60～61阅读“闭合电路的欧姆定律”一部分，思考：电源正负极实际电压就是电源电动势吗？
提示：不一定，只有当外电路断开时才是。
16．P62[思考与讨论]讨论U­I图象回答课本问题。
提示：外电路断开时，I＝0，U＝E，对应图象中纵轴截距，故E影响图象的纵截距；电源短路时，U＝0，对应图象的横轴截距，因电流很大，故应快速读出电流后立即断开电路；短路电流I＝，故r影响图象斜率大小。
17．P64仔细观察图2.8－2欧姆表电路，思考：当用欧姆表粗测导体的电阻时，电流是从红表笔流出还是从黑表笔流出？
提示：黑表笔。“红入黑出”，不论多用电表是作欧姆表、电压表还是电流表使用，电流都是从红表笔流入、黑表笔流出。
18．P69[问题与练习]T4：请画出黑箱内的电路结构图。
提示：如图所示。

19．P104学习使用游标卡尺和螺旋测微器并掌握读数方法。
第39讲　电路的基本概念和规律(一)
考点一　电流和电源

一、电流
1．电流
(1)定义：电荷的定向移动形成电流。
(2)公式：I＝(注意：如果是正、负离子同时反向移动形成电流，q是两种电荷电荷量绝对值之和)。
(3)方向：规定和正电荷定向移动的方向相同，和负电荷定向移动的方向相反。
(4)性质：电流既有大小也有方向，但它的运算遵守代数运算规则，是标量。
(5)单位：国际单位制单位是安培(A)，常用单位还有毫安(mA)、微安(μA)。
(6)微观表达式：I＝nqSv，n是单位体积内的自由电荷数，q是每个自由电荷的电荷量，S是导体的横截面积，v是自由电荷定向移动的速率。
2．形成电流的三种微粒：自由电子、正离子和负离子，其中金属导体导电中定向移动的电荷是自由电子，液体导电中定向移动的电荷是正离子和负离子，气体导电中定向移动的电荷是自由电子、正离子和负离子。
3．形成电流的条件：导体两端存在电压。
4．电流的分类：方向不改变的电流叫直流电流；方向和大小都不改变的电流叫恒定电流；方向随时间周期性变化的电流叫交变电流。
二、电源的电动势
1．电源：通过非静电力做功使导体两端存在持续电压，将其他形式的能转化为电能的装置。
2．电动势
(1)定义：电动势在数值上等于非静电力把1 C的正电荷在电源内从负极移送到正极所做的功。
(2)表达式：E＝。
(3)物理意义：反映电源把其他形式的能转化成电能的本领大小的物理量。
注意：电动势由电源中非静电力的特性决定，跟电源的体积无关，跟外电路无关。
(4)方向：电动势虽然是标量，但为了研究电路中电势分布的需要，规定由负极经电源内部指向正极的方向(即电势升高的方向)为电动势的方向。

1.如图所示，一根横截面积为S的均匀长直橡胶棒上均匀分布着负电荷，每米电荷量为q。当此棒沿轴线方向做速度为v的匀速直线运动时，由于棒运动而形成的等效电流大小为(　　)

A．qv B. C．qvS D.
答案　A
解析　t秒内橡胶棒通过的长度l＝vt，总电荷量Q＝ql＝qvt，I＝＝＝qv，故A正确。
2.(2018·重庆一中期末)如图所示的电解池接入电路后，在t秒内有n1个一价正离子通过溶液内某截面S，有n2个一价负离子通过溶液内某截面S，设e为元电荷，以下说法正确的是(　　)

A．当n1＝n2时，电流为零
B．当n1>n2时，溶液中电流方向从A→B，电流为I＝
C．当n1Re。
在图乙中，图线上的点与O点连线的斜率表示电阻倒数的大小，斜率越大，电阻越小，Rdb>c。电流沿以下方向流过该金属电阻，其中电阻的阻值最小的是(　　)

答案　A
解析　根据电阻定律R＝ρ可知，RA＝ρ，RB＝ρ，RC＝ρ，RD＝ρ，结合a>b>c可得：RC＝RD>RB>RA，故RA最小，A正确。
3．[教材母题]　(人教版选修3－1 P48·T5)初中数学课中已经学过，正比例函数可以表示为y＝kx的形式，它的图象是一条过原点的直线，k的大小描述直线的倾斜程度，叫做直线的斜率。请证明：当导体的伏安特性曲线是一条通过原点的直线时，其斜率等于这个导体的电阻的倒数。
[变式子题]　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，则下列说法中正确的是(　　)

A．随着所加电压的增大，小灯泡的电阻减小
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的面积
答案　D
解析　由图可知小灯泡的电阻随所加电压的增大而逐渐增大，A错误；根据欧姆定律，对应P点，小灯泡的电阻应为R＝，B、C错误；对应P点，小灯泡的功率为P＝U1I2，也就是图中矩形PQOM的面积，D正确。
考点三　电功和电热

1．电功：电流做功的实质是电场力对电荷做功。电场力对电荷做功，电荷的电势能减少，电势能转化为其他形式的能。因此电功W＝qU＝UIt，这是计算电功普遍适用的公式。
2．电功率：单位时间内电流所做的功叫电功率。P＝＝UI，这是计算电功率普遍适用的公式。
3．焦耳定律
(1)电热：由于导体的电阻，使电流流过导体时消耗的电能中转化为内能的那一部分叫电热。
(2)电热计算公式(焦耳定律)：Q＝I2Rt，这是普遍适用的电热计算公式。
焦耳定律是电流热效应的实验规律，凡是要计算电热，都应首选焦耳定律。
焦耳定律说明了有电阻才能产生电热，如果一段电路上的电阻R＝0，这段电路上将无电热产生。如电流流过超导体时。
(3)热功率
①定义：单位时间内电流产生的热量。
②公式：P＝I2R。
4．纯电阻电路与非纯电阻电路




1．(多选)关于三个公式P＝UI、P＝I2R、P＝的适用范围，下列说法正确的是(　　)
A．第一个公式普遍用于求电功率，后两式普遍用于求热功率
B．在纯电阻电路中，三个公式既可用于求电功率，又可用于求热功率
C．在非纯电阻电路中，第一个公式可用于求电功率，第二个公式可用于求热功率
D．由U＝IR可知，三个公式没有任何区别，它们表达相同的意义，所以P即电功率
答案　BC
解析　首先要明确，公式U＝IR只适用于纯电阻电路，因此三个公式在纯电阻电路中没有区别，但在非纯电阻电路中它们各不相同。其次，P＝UI表示电功率，而 P＝I2R表示热功率。因此，在纯电阻电路中UI＝I2R，消耗的电能全部转化为内能；而在非纯电阻电路中UI>I2R，即消耗的电能中只有一部分转化为内能。故选B、C。
2．规格为“220 V　36 W”的排气扇，线圈的电阻为40 Ω，求：
(1)接上220 V的电压后，排气扇转化为机械能的功率和发热功率；
(2)如果接上电源后，扇叶被卡住，不能转动，求电动机消耗的功率和热功率。
答案　(1)35 W　1 W　(2)1210 W　1210 W
解析　(1)排气扇在220 V的电压下正常工作时的电流为：I＝＝ A≈0.16 A，
发热功率为P热＝I2R＝(0.16)2×40 W≈1 W。
转化为机械能的功率为
P机＝P－P热＝36 W－1 W＝35 W。
(2)扇叶被卡住不能转动后，电动机成为纯电阻电路，电流做功全部转化为内能，此时电动机中的电流为
I′＝＝ A＝5.5 A，
电动机消耗的功率即电功率等于热功率为
P电′＝P热′＝UI′＝220×5.5 W＝1210 W。
课后作业
[巩固强化练]
1．关于电流，下列说法中正确的是(　　)
A．通过导体横截面的电荷量越多，电流越大
B．电子运动的速率越大，电流越大
C．单位时间内通过导体横截面的电荷量越多，导体中的电流越大
D．因为电流有方向，所以电流是矢量
答案　C
解析　电流的大小等于单位时间内通过导体横截面的电荷量，故A错误，C正确；电流的微观表达式I＝neSv，电流的大小由单位体积的电荷数、每个电荷所带电荷量、导体的横截面积和电荷定向移动的速率共同决定，故B错误；矢量运算遵循平行四边形定则，标量的运算遵循代数运算规则，电流的运算遵循代数运算规则，故电流是标量，D错误。
2．铜的摩尔质量为m，密度为ρ，每摩尔铜原子中有n个自由电子。今有一根横截面积为S的铜导线，当通过的电流为I时，电子平均定向移动的速率为(　　)
A．光速c B.
C. D.
答案　D
解析　由电流表达式I＝n′eSv可得v＝，其中n′＝＝，故v＝，D正确。
3．下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法中不正确的是(　　)
A．电功率越大，电流做功越快，电路中产生的焦耳热一定越多
B．W＝UIt适用于任何电路，而W＝I2Rt＝t只适用于纯电阻的电路
C．在非纯电阻的电路中，UIt>I2Rt
D．焦耳热Q＝I2Rt适用于任何电路
答案　A
解析　电功率越大，电流做功越快，但产生的热量不一定越多，故A错误；W＝UIt适用于任何电路，而W＝I2Rt＝t只适用于纯电阻的电路，故B正确；在非纯电阻的电路中，电功大于电热，即UIt>I2Rt，故C正确；任何电路中求焦耳热都要用Q＝I2Rt，故D正确。
4.(多选)如图所示，定值电阻R1＝20 Ω，电动机绕线电阻R2＝10 Ω，当开关S断开时，电流表的示数是I1＝0.5 A，当开关合上后，电动机转动起来，电路两端的电压不变，电流表的示数I和电路消耗的电功率P应是(　　)

A．I＝1.5 A B．I