新高考物理一轮复习讲义 第10章 第1讲 电路的基本概念及规律(2份打包,原卷版+教师版)
展开目标要求 1.了解电流的定义及I=eq \f(q,t),会推导电流的微观表达式.2.理解电阻的概念,掌握电阻定律.3.掌握串并联电路的特点,理解电表改装的原理.4.理解电功、电功率、焦耳定律,会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.
1.由I=eq \f(q,t)可知,I与q成正比,与t成反比.( )
2.虽然电流有方向,但电流为标量.( )
3.电荷定向移动产生电流,所以电荷的移动速率就是电流的传导速率.( )
电流的三种表达式及其比较
考向1 公式I=q/t的应用
例1 (2023·安徽芜湖市模拟)如图所示,电解池内有一价的电解液,t时间内通过溶液内面积为S的截面的正离子数是n1,负离子数是n2,设元电荷为e,以下说法中正确的是( )
A.当n1=n2时电流大小为零
B.当n1<n2时,电流方向从B→A,电流大小为I=eq \f(n2-n1e,t)
C.当n1>n2时,电流方向从A→B,电流大小为I=eq \f(n1-n2e,t)
D.溶液内电流方向从A→B,电流大小为I=eq \f(n1+n2e,t)
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考向2 电流的微观表达式
例2 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的自由电子在静电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Ff=kv(k是常量),则该导体的电阻应该等于( )
A.eq \f(kl,neS) B.eq \f(kl,ne2S) C.eq \f(kS,nel) D.eq \f(kS,ne2l)
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考点二 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、e、d、f表示线性元件,b、c表示非线性元件.
(2)图线b的斜率不断变小,电阻不断变小;图线c的斜率不断变大,电阻不断变小.
(3)图中Ra________Re,Rd________Rf.(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图像斜率的变化反映阻值的变化.( )
电阻的决定式和定义式的区别
考向1 欧姆定律的理解和应用
例3 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,则下列说法中错误的是( )
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=eq \f(U1,I2)
C.对应P点,小灯泡的电阻为R=eq \f(U1,I2-I1)
D.对应P点,小灯泡的功率等于图中矩形PQOM所围的面积
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考向2 电阻定律的理解和应用
例4 两根材料相同的均匀导线x和y,其中x长为l,y长为2l,串联在电路上时沿长度方向的电势φ随位置的变化规律如图所示,那么x和y两导线的电阻之比和横截面积之比分别为( )
A.3∶1 1∶6 B.2∶3 1∶6
C.3∶2 1∶5 D.3∶1 5∶1
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考点三 串、并联电路的特点 电流表、电压表的改装原理
串、并联电路的特点
1.串联电路的总电阻一定大于其中任一部分电路的电阻.( )
2.并联电路的总电阻一定大于其中某一支路的电阻.( )
3.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.( )
4.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.( )
1.串、并联电路的几个推论
(1)串联电路的总电阻大于其中任一部分电路的总电阻.
(2)并联电路的总电阻小于其中任一支路的总电阻,且小于其中最小的电阻.
(3)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,电路的总电阻变大.
2.电表的两种改装的比较
例5 如图所示,当电路a、b两端接入100 V电压时,则c、d两端输出电压为20 V;当电路c、d两端接入100 V电压时,则a、b两端输出电压为50 V.据此可知R1∶R2∶R3为( )
A.4∶2∶1 B.2∶1∶1
C.3∶2∶2 D.1∶1∶2
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例6 (多选)四个相同的小量程电流表(表头)分别改装成两个电流表A1、A2和两个电压表V1、V2.已知电流表A1的量程大于A2的量程,电压表V1的量程大于V2的量程,改装好后把它们按如图所示连接法连入电路,则( )
A.电流表A1的读数大于电流表A2的读数
B.电流表A1指针的偏转角小于电流表A2指针的偏转角
C.电压表V1的读数小于电压表V2的读数
D.电压表V1指针的偏转角等于电压表V2指针的偏转角
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例7 (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
(1)定义:导体中的恒定电场对自由电荷的________________做的功.
(2)公式:W=qU=________(适用于任何电路).
(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=eq \f(W,t)=________(适用于任何电路).
3.焦耳定律
(1)内容:电流通过导体产生的热量跟________________________成正比,跟______________及________________成正比.
(2)公式:Q=________(适用于任何电路).
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+P其他.( )
3.焦耳定律只适用于纯电阻电路,不适用于非纯电阻电路.( )
考向1 纯电阻电路中的功率
例8 如图所示,当AB间加上电压时,R1、R2、R3三个电阻上消耗的功率相等,则三电阻的阻值之比R1∶R2∶R3为( )
A.1∶1∶4 B.1∶1∶1
C.1∶1∶2 D.2∶2∶1
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电功率P=IU和热功率P=I2R的比较
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=IU,热功率均为P热=I2R.只有在纯电阻电路中P电=P热,IU=I2R=eq \f(U2,R)才成立.
2.对于非纯电阻电路:P电=P热+P其他,即IU=I2R+P其他,I≠eq \f(U,R)(欧姆定律不适用).
考向2 非纯电阻电路中的功和功率
例9 一台小型电动机在3 V电压下工作,用此电动机提升重力为4 N的物体时,通过它的电流是0.2 A,在30 s内可使该物体被匀速提升3 m.若不计一切摩擦和阻力,求:
(1)电动机的输入功率;
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(2)在提升重物的30 s内,电动机线圈所产生的热量;
(3)电动机线圈的电阻.
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________________________________________________________________________考情分析
闭合电路欧姆定律及其应用
2022·北京卷·T13 2022·江苏卷·T2 2020·北京卷·T12
2020·江苏卷·T6
含容电路的电流和电压
2022·北京卷·T9 2020·全国卷Ⅰ·T17
电阻定律
2020·浙江1月选考·T6
含电动机的电路
2019·浙江4月选考·T8
测电阻类实验
2022·全国甲卷·T22 2022·全国乙卷·T23 2022·北京卷·T15
2022·广东卷·T12 2022·山东卷·T14 2021·山东卷·T14
2021·浙江6月选考·T18 2021·广东卷·T12 2021·北京卷·T16
2020·全国卷Ⅰ·T22 2018·全国卷Ⅰ·T23 2018·全国卷Ⅲ·T23
实验:测量电源的电动势和内阻
2022·湖北卷·T13 2021·全国乙卷·T23 2021·天津卷·T10
2021·湖南卷·T12 2020·山东卷·T14 2020·浙江7月选考·T18
电表改装 实验:用多用电表测量电学中的物理量
2022·辽宁卷·T11 2022·河北卷·T12 2022·湖南卷·T12
2021·辽宁卷·T12 2019·全国卷Ⅰ·T23 2019·全国卷Ⅲ·T23
2018·全国卷Ⅱ·T22
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
字母含义
公式含义
I=eq \f(q,t)
一切电路
q为时间t内通过导体横截面的电荷量
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
n:导体单位体积内的自由电荷数
q:每个自由电荷的电荷量
S:导体横截面积
v:电荷定向移动速率
从微观上看,n、q、S、v决定了I的大小
I=eq \f(U,R)
金属、电解液
U:导体两端的电压
R:导体本身的电阻
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
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