物理第七章 恒定电流 第1讲 欧姆定律 电阻定律 电功率及焦耳定律.ppt

第1讲电路的基本概念和规律第七章 恒定电流内容索引基础知识梳理命题点一利用“柱体微元”模型求电流命题点二欧姆定律及电阻定律命题点三电功、电功率、电热及热功率盘查拓展点课时作业基础知识梳理1一、电流的理解及三个表达式一、电流的理解及三个表达式1.定义：电荷的 移动形成电流.2.条件：(1)有 的电荷；(2)导体两端存在 .3.两个表达式(1)定义式：I ，q为在时间t内通过导体横截面的电荷量.(2)微观表达式：I，其中n为导体中单位体积内自由电荷的个数，q为每个自由电荷的电荷量，S为导体的横截面积，v为自由电荷定向移动的速率.定向自由移动电压nqSv4.方向：电流是标量，为研究问题方便，规定 定向移动的方向为电流的方向.在外电路中电流由电源 极到 极，在内电路中电流由电源 极到 极.正电荷正负负正若一个电子，电荷量为e，绕核运动的周期为T，则等效电流I的表达式是_.电子绕原子核做圆周运动，形成等效的环形电流，电子电荷量为e，运动一周的时间为T，则I .答案解析深度思考深度思考二、欧姆定律及电阻定律二、欧姆定律及电阻定律1.电阻定律(1)内容：同种材料的导体，其电阻与它的长度成正比，与它的_成反比，导体的电阻还与构成它的 有关.(3)电阻率物理意义：反映导体的 ，是表征 的物理量.横截面积材料导电性能材料性质电阻率与温度的关系：a.金属：电阻率随温度升高而 .b.半导体(负温度系数)：电阻率随温度升高而 .c.一些合金：几乎不受温度的影响.2.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.增大减小电压电阻(3)适用范围金属导电和电解液导电(对气体导电、半导体导电不适用).纯电阻电路(不含电动机、电解槽等的电路).3.导体的伏安特性曲线(1)IU图线：以 为纵轴、为横轴所画出的导体上的电流随电压的变化曲线称为IU图线，如图所示.电流电压(3)线性元件：伏安特性曲线是 的电学元件，适用欧姆定律.(4)非线性元件：伏安特性曲线为 的电学元件，不适用欧姆定律.三、电功、电功率、电热及热功率三、电功、电功率、电热及热功率1.电功(1)定义：导体中的恒定电场对自由电荷的 做的功.(2)公式：WqU(适用于任何电路).直线曲线电场力IUt(3)电流做功的实质：转化成其他形式能的过程.2.电功率(1)定义：单位时间内电流所做的功，表示电流做功的 .(2)公式：P (适用于任何电路).3.焦耳定律(1)电热：电流通过导体产生的 跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻及通电时间成正比.(2)公式：Q.电能快慢IU热量I2Rt4.电功率PIU和热功率PI2R的应用(1)不论是纯电阻电路还是非纯电阻电路，电流的电功率均为P电，热功率均为P热.(2)对于纯电阻电路而言：P电P热IUI2R .(3)对于非纯电阻电路而言：P电IUP其他P其他P其他.UII2RP热I2R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？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.答案深度思考深度思考1.判断下列说法是否正确.(1)电流越大，单位时间内通过导体横截面的电荷量就越多.()(2)电流I随时间t变化的图象与坐标轴所围面积表示通过导体横截面的电荷量.()(3)电功率越大，电流做功越快，电路中产生的焦耳热一定越多.()(4)WUIt适用于任何电路，而WI2Rt t只适用于纯电阻电路.()(5)由R 可知，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.()(6)由R可知，导体的电阻与导体的长度成正比，与导体的横截面积成反比.()基础题组自测基础题组自测2.(人教选修31P43第3题改编)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，正确的是A.电流大小为 ，电流方向为顺时针B.电流大小为 ，电流方向为顺时针C.电流大小为 ，电流方向为逆时针D.电流大小为 ，电流方向为逆时针答案解析3.(人教选修31P52第4题改编)图是有两个量程的电压表，当使用a、b两个端点时，量程为010 V，当使用a、c两个端点时，量程为0100 V.已知电流表的内阻Rg为500，满偏电流Ig为1 mA，则电阻R1、R2的值A.9 500 90 000 B.90 000 9 500 C.9 500 9 000 D.9 000 9 500 答案解析接a、b时，串联R1，由串联电路特点有R总R1Rg 得R1 Rg9 500.接a、c时串联R1、R2，同理有R总R1R2Rg 得R2 RgR190 000.4.(人教选修31P63第1题)一个电源接8 电阻时，通过电源的电流为0.15 A，接13 电阻时，通过电源的电流为0.10 A，则电源的电动势和内阻分别为A.2 V1.5 B.1.5 V2 C.2 V 2 D.1.5 V1.5 答案解析由闭合电路欧姆定律得EI1(R1r)EI2(R2r)代入数据联立得r2，E1.5 V.2命题点一 利用“柱体微元”模型求电流利用“柱体微元”模型求解电流的微观问题时，注意以下基本思路：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QnLSq.(2)电荷通过横截面的时间t .(3)电流的微观表达式I nqvS.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，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【例1】答案解析分析题组阶梯突破题组阶梯突破1.在长度为l、横截面积为S、单位体积内自由电子数为n的金属导体两端加上电压，导体中就会产生匀强电场.导体内电荷量为e的自由电子在电场力作用下先做加速运动，然后与做热运动的阳离子碰撞而减速，如此往复所以，我们通常将自由电子的这种运动简化成速率为v(不随时间变化)的定向运动.已知阻碍电子运动的阻力大小与电子定向移动的速率v成正比，即Ffkv(k是常量)，则该导体的电阻应该等于答案分析题眼解析2.在显像管的电子枪中，从炽热的金属丝不断放出的电子进入电压为U的加速电场，设其初速度为零，经加速后形成横截面积为S、电流为I的电子束.已知电子的电荷量为e、质量为m，则在刚射出加速电场时，一小段长为l的电子束内的电子个数是答案解析3命题点二 欧姆定律及电阻定律1.电阻的决定式和定义式的比较公式RR区别电阻的决定式电阻的定义式 说明了导体的电阻由哪些因素 决定，R由、l、S共同决定 提供了一种测电阻的方法 伏安法，R与U、I均无关 只适用于粗细均匀的金属导体 和浓度均匀的电解液适用于任何纯电阻导体2.对伏安特性曲线的理解(如图甲、乙所示)(1)图线a、e、d、f表示线性元件，b、c表示非线性元件.(2)在图甲中，斜率表示电阻的大小，斜率越大，电阻越大，RaRe.在图乙中，斜率表示电阻倒数的大小.斜率越大，电阻越小，RdRf.(3)图线b的斜率变小，电阻变小，图线c的斜率变大，电阻变小.注意：曲线上某点切线的斜率不是电阻或电阻的倒数.根据R ，电阻为某点和原点连线的斜率或斜率的倒数.如图所示，厚薄均匀的矩形金属薄片边长为ab10 cm，bc5 cm，当将C与D接入电压恒为U的电路时，电流强度为2 A，若将A与B接入电压恒为U的电路中，则电流为A.0.5 A B.1 AC.2 A D.4 A【例2】答案解析分析题眼LSSL题组阶梯突破题组阶梯突破3.用电器到发电站的距离为l，线路上的电流为I，已知输电线的电阻率为.为使线路上的电压降不超过U，那么，输电线的横截面积的最小值为答案解析4.(多选)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为图上一点，PN为图线在P点的切线，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，小灯泡的电阻不变B.对应P点，小灯泡的电阻RC.对应P点，小灯泡的电阻RD.对应P点，小灯泡的功率为图中矩形PQOM所围的“面积”答案分析4命题点三 电功、电功率、电热及热功率电功和电热、电功率和热功率的区别与联系：意义公式联系电功 电流在一段电路 中所做的功WUIt 对纯电阻电路，电功 等于电热，WQUitI2Rt；对非纯电阻电 路，电功大于电热，WQ电热 电流通过导体产 生的热量QI2Rt电功率 单位时间内电流 所做的功PUI 对纯电阻电路，电功率等于 热功率，P电P热UII2R；对非纯电阻电路，电功率大 于热功率，P电P热热功率 单位时间内导体 产生的热量PI2R (多选)如图所示，电源电动势E3 V，小灯泡L的规格为“2 V0.4 W”，开关S接1，当滑动变阻器调到R4 时，小灯泡L正常发光，现将开关S接2，小灯泡L和电动机M均正常工作.则A.电源内阻为1 B.电动机的内阻为4 C.电动机正常工作电压为1 VD.电源效率约为93.3%【例3】答案解析分析UL=2VI=0.2AUL=2VI=0.2A非纯电阻电路的分析方法非纯电阻电路的分析方法1.抓住两个关键量：确定电动机的电压UM和电流IM是解决所有问题的关键.若能求出UM、IM，就能确定电动机的电功率PUMIM，根据电流IM和电动机的电阻r可求出热功率PrIM2r，最后求出输出功率P出PPr.2.坚持“躲着”求解UM、IM：首先，对其他纯电阻电路、电源的内电路等，利用欧姆定律进行分析计算，确定相应的电压或电流.然后，利用闭合电路的电压关系、电流关系间接确定非纯电阻电路的工作电压和电流.3.应用能量守恒定律分析：要善于从能量转化的角度出发，紧紧围绕能量守恒定律，利用“电功电热其他能量”寻找等量关系求解.方法感悟方法感悟题组阶梯突破题组阶梯突破5.如图所示，电源电动势为12 V，电源内阻为1.0，电路中的电阻R0为1.5，小型直流电动机M的内阻为0.5，闭合开关S后，电动机转动，电流表的示数为2.0 A.则以下判断中正确的是A.电动机的输出功率为14 WB.电动机两端的电压为7.0 VC.电动机产生的热功率为4.0 WD.电源输出的功率为24 W答案解析6.如图所示是某款理发用的电吹风的电路图，它主要由电动机M和电热丝R构成.当闭合开关S1、S2后，电动机驱动风叶旋转，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.已知电吹风的额定电压为220 V，吹冷风时的功率为120 W，吹热风时的功率为1 000 W.关于该电吹风，下列说法正确的是A.电热丝的电阻为55 B.电动机的电阻为 C.当电吹风吹冷风时，电热丝每秒钟消耗的电能为120 JD.当电吹风吹热风时，电动机每秒钟消耗的电能为880 J答案解析盘查拓展点5电阻的串、并联电阻的串、并联1.串、并联电路的特点串联电路并联电路电流II1I2InII1I2InI1R1I2R2InRn电压U1U2Un总电阻R总R1R2Rn功率分配P1R1P2R2PnRn2.四个有用的结论(1)串联电路的总电阻大于电路中的任意一个电阻，串联电阻增多时，总电阻增大.(2)并联电路的总电阻小于任意支路的电阻，并联支路增多时，总电阻减小.(3)不论串联电路还是并联电路，只要某个电阻增大，总电阻就增大，反之则减小.(4)不论串联电路还是并联电路，电路消耗的总功率等于各电阻消耗的电功率之和.3.一个典型的极值电路如图所示，如果R1R2，当P从ab时，RAB先增大后减小，且当RaPRPb(即P位于a、b的中点)时RAB最大.(多选)在如图所示的电路中，电阻R110，R2120，R340.另有一测试电源，电动势为100 V，内阻忽略不计.则A.当cd端短路时，ab之间的等效电阻是40 B.当ab端短路时，cd之间的等效电阻是40 C.当ab两端接通测试电源时，cd两端的电压为80 VD.当cd两端接通测试电源时，ab两端的电压为80 V【典例1】答案分析R1R2R3R2R1R3VVVV 如图所示，电路两端的电压U保持不变，电阻R1、R2、R3消耗的电功率一样大，则电阻之比R1R2R3是A.111 B.411C.144 D.122【典例2】答案解析1.处理串、并联电路以及简单的混联电路的方法：(1)准确地判断出电路的连接方式，画出等效电路图；(2)正确利用串、并联电路的基本规律、性质；(3)灵活选用恰当的公式进行计算.2.简化电路的原则：(1)无电流的支路去除；(2)电势相等的各点合并；(3)理想导线可任意改变长短；(4)理想电流表的电阻为零，理想电压表的电阻为无穷大；(5)电压稳定时电容器可看作断路.方法感悟方法感悟课时作业61.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解析123456789102.(多选)铅蓄电池的电动势为2 V，内阻不为零，以下说法中正确的是A.电路中每通过1 C电量，铅蓄电池能把2 J的化学能转变为电能B.体积大的铅蓄电池比体积小的铅蓄电池的电动势大C.电路中每通过1 C电量，铅蓄电池内部非静电力做功为2 JD.该铅蓄电池把其他形式能转化为电能的本领比一节干电池(电动势为 1.5 V)的强答案解析123456789103.来自质子源的质子(初速度为零)，经一加速电压为800 kV的直线加速器加速，形成电流大小为1 mA的细柱形质子流.已知质子电荷量e1.601019 C.这束质子流每秒打到靶上的质子数为_个，假定分布在质子源到靶之间的加速电场是均匀的，在质子束中与质子源相距L和4L的两处，各取一段极短的相等长度的质子流，其中的质子数分别为n1和n2，则n1n2_.答案解析6.25101521123456789104.如图所示均匀的长薄片合金电阻板abcd，ab边长为L1，ad边长为L2，当端点1、2或3、4接入电路中时，R12R34为A.L1L2B.L2L1C.11D.L12L22答案解析123456789105.用图2所示的电路可以测量电阻的阻值.图中Rx是待测电阻，R0是定值电阻，是灵敏度很高的电流表，MN是一段均匀的电阻丝.闭合开关，改变滑动头P的位置，当通过电流表 的电流为零时，测得MPl1，PNl2，则Rx的阻值为答案解析123456789106.(多选)两电阻R1和R2的伏安特性曲线如图3所示.从图线可判断A.两电阻阻值的关系是R1R2B.电阻一定时，电流随着电压的增大而减小C.电压相同时，通过R1的电流较大D.两电阻串联接入电路时，R1消耗的功率小答案解析123456789107.某一导体的伏安特性曲线如图4AB段(曲线)所示，关于导体的电阻，以下说法正确的是A.B点的电阻为12 B.B点的电阻为40 C.导体的电阻因温度的影响改变了1 D.导体的电阻因温度的影响改变了9 答案解析123456789108.(多选)在研究微型电动机的性能时，可采用如图5所示的实验电路.当调节滑动变阻器R，使电动机停止转动时，电流表和电压表的示数分别为1.0 A和1.0 V；重新调节R，使电动机恢复正常运转时，电流表和电压表的示数分别为2.0 A和15.0 V.则当这台电动机正常运转时A.电动机的内阻为7.5 B.电动机的内阻为1.0 C.电动机的输出功率为30.0 WD.电动机的输出功率为26.0 W答案解析12345678910由题意知，并联部分电压为U8 V，内电压应为U内EU2 V总电流I 2 A，电源的输出功率P出UI16 W；9.如图所示，电源电动势E10 V，内阻r1，闭合开关S后，标有“8 V,12 W”的灯泡恰能正常发光，电动机M绕组的电阻R04，求：(1)电源的输出功率P出；答案解析16 W12345678910(2)10 s内电动机产生的热量Q；答案解析10 J流过灯泡的电流I1 1.5 A则流过电动机的电流I2 II10.5 A电动机的热功率P0IR01 W10 s内产生的热量QP0t10 J；212345678910(3)电动机的机械功率.答案解析3 W电动机的总功率PUI24 W电动机的机械功率P机PP03 W.1234567891010.有一个直流电动机，把它接入0.2 V电压的电路时，电动机不转，此时测得流过电动机的电流是0.4 A；若把电动机接入2.0 V电压的电路中，电动机正常工作，工作电流是1.0 A.求：(1)电动机线圈的电阻；答案解析0.5 电动机不转时，电动机电路为纯电阻电路，根据欧姆定律可得线圈的电阻R 0.5；12345678910(2)电动机正常工作时的输出功率；答案解析1.5 W电动机正常工作时的输入功率P输入UI2.01.0 W2 W，此时线圈的发热功率为P热I2R0.5 W，电动机的输出功率P输出P输入P热2 W0.5 W1.5 W；12345678910(3)在发动机正常工作时，转子突然被卡住，此时电动机的发热功率.答案解析8 W当转子被卡住之后，电动机为纯电阻电路，电动机的发热功率P热8 W.12345678910