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1、（新課改省份專用）2022年高考物理一輪復習 第八章 第1節(jié) 電流 電阻 電功 電功率學案（含解析） 新課程標準 核心知識提煉 1.觀察并能識別常見的電路元器件，了解它們在電路中的作用。會使用多用電表。 2.通過實驗，探究并了解金屬導體的電阻與材料、長度和橫截面積的定量關系。會測量金屬絲的電阻率。 3.了解串、并聯(lián)電路電阻的特點。 4.理解閉合電路的歐姆定律。會測量電源的電動勢和內(nèi)阻。 5.理解電功、電功率及焦耳定律，能用焦耳定律解釋生產(chǎn)生活中的電、熱現(xiàn)象。 6.能分析和解決家庭電路中的簡單問題，能將安全用電和節(jié)約用電的知識應用于日常生活實際。 常見的電路元器件 使用多

2、用電表 電阻率 電阻定律 串、并聯(lián)電路的特點 閉合電路的歐姆定律 電功、電功率及焦耳定律 家庭電路中的簡單問題 實驗：長度的測量及其測量工具的選用 實驗：測量金屬的電阻率 實驗：測量電源的電動勢和內(nèi)阻 實驗：用多用電表測量電學中的物理量 第1節(jié)　電流 電阻 電功 電功率 一、電流及歐姆定律 1．電流的理解 (1)定義：電荷的定向移動形成電流。 (2)條件：①有可以自由移動的電荷；②導體兩端存在電壓。 (3)方向：電流是標量，為研究問題方便，規(guī)定正電荷定向移動的方向為電流的方向。在外電路中電流由電源正極到負極，在內(nèi)電路中電流由電源極到極。[注1] (4

3、)三個表達式 ①定義式：I＝，q為在時間t內(nèi)通過導體橫截面的電荷量。 ②微觀表達式：I＝nqSv，其中n為導體中單位體積內(nèi)自由電荷的個數(shù)，q為每個自由電荷的電荷量，S為導體的橫截面積，v為自由電荷定向移動的速率。 ③決定式：I＝，即歐姆定律。 2．歐姆定律 (1)內(nèi)容：導體中的電流I跟導體兩端的電壓U成正比，跟導體的電阻R成反比。[注2] (2)適用范圍：適用于金屬和電解液等純電阻電路。 二、電阻定律 1．電阻定律 (1)內(nèi)容：同種材料的導體，其電阻R與它的長度l成正比，與它的橫截面積S成反比；導體電阻還與構成它的材料有關。 (2)表達式：R＝ρ。[注3] 2．電阻率

4、(1)計算式：ρ＝R。 (2)物理意義：反映導體的導電性能，是導體材料本身的屬性。 (3)電阻率與溫度的關系 金屬的電阻率隨溫度升高而增大，半導體的電阻率隨溫度升高而減小。 三、電功率、焦耳定律 1．電功 (1)定義：導體中的自由電荷在電場力作用下定向移動，電場力做的功稱為電功。 (2)公式：W＝qU＝IUt。 (3)電流做功的實質(zhì)：電能轉化成其他形式能的過程。[注4] 2．電功率 (1)定義：單位時間內(nèi)電流所做的功，表示電流做功的快慢。 (2)公式：P＝＝IU。 3．焦耳定律 (1)內(nèi)容：電流通過導體產(chǎn)生的熱量跟電流的二次方成正比，跟導體的電阻及通電時間成正比。

5、(2)公式：Q＝I2Rt。[注5] 4．熱功率 (1)定義：單位時間內(nèi)的發(fā)熱量。 (2)表達式：P＝＝I2R。 【注解釋疑】 [注1] 電流既有大小也有方向，但它的運算遵循代數(shù)運算法則，是標量。 [注2] 當R一定時，I∝U；當U一定時，I∝，但R由導體本身決定，與I、U無關。 [注3] 電阻定律表達式是電阻的決定式，而電阻的定義式為R＝，提供了一種測量電阻的方法。 [注4] 純電阻電路遵守歐姆定律，非純電阻電路不遵守歐姆定律。 [注5]在任何電路中，計算電功都可以用W＝UIt，計算電熱都可以用Q＝I2Rt。 [深化理解] 1．在理解公式時一定要注意定義式與決定式的區(qū)別

6、，其中定義式或計算式有：I＝、R＝、ρ＝等，決定式有：I＝、I＝nqSv等。 2．公式W＝UIt可求解任何電路的電功，而W＝I2Rt＝t只適用于純電阻電路。 3．無論是線性元件還是非線性元件，只要是純電阻元件，電阻都可由R＝計算。 [基礎自測] 一、判斷題 (1)由R＝知， 導體的電阻與導體兩端電壓成正比，與流過導體的電流成反比。(×) (2)根據(jù)I＝，可知I與q成正比。(×) (3)由ρ＝知，導體的電阻率與導體的電阻和橫截面積的乘積成正比，與導體的長度成反比。(×) (4)公式W＝t＝I2Rt只適用于純電阻電路。(√) (5)19世紀，焦耳和楞次先后各自獨立發(fā)現(xiàn)電流通過導體

7、時產(chǎn)生熱效應的規(guī)律，即焦耳定律。(√) 二、選擇題 1．安培提出了著名的分子電流假說，根據(jù)這一假說，電子繞原子核運動可等效為一環(huán)形電流。設電荷量為e的電子以速率v繞原子核沿順時針方向做半徑為r的勻速圓周運動，關于該環(huán)形電流的說法正確的是(　　) A．電流大小為，電流方向為順時針 B．電流大小為，電流方向為順時針 C．電流大小為，電流方向為逆時針 D．電流大小為，電流方向為逆時針 解析：選C　由電流的定義式I＝得電流大小為I＝＝，電流方向為正電荷定向移動的方向，由電子帶負電繞原子核順時針轉動可知環(huán)形電流方向為逆時針。故C正確。 2．[滬科版選修3－1 P67T2改編]有一根長1.

8、22 m的導線，橫截面積為0.10 mm2。在它兩端加0.60 V電壓時，通過它的電流正好是0.10 A。則這根導線是由________制成的(下表是常溫下幾種材料的電阻率，單位為Ω·m)(　　) 銅 錳銅合金 鎳銅合金 鋁 1.7×10－8 4.4×10－7 5.0×10－7 2.9×10－8 A.銅絲　　　　　　　　 B．錳銅合金 C．鎳銅合金 D．鋁絲 解析：選C　由R＝及R＝ρ得ρ＝＝Ω·m＝4.9×10－7 Ω·m。所以導線是由鎳銅合金制成的。 3.[人教版選修3－1 P48T2]某同學對四個電阻各進行了一次測量，把每個電阻兩端的電壓和通過它的電流在U-I坐

9、標系中描點，得到了圖中a、b、c、d四個點。則這四個電阻值的大小關系是(　　) A．Ra＞Rb＝Rc＞Rd B．Ra＜Rb＝Rc＜Rd C．Ra＞Rb＝Rd＞Rc D．Ra＜Rb＝Rd＜Rc 解析：選A　由R＝可知，U-I圖像中，所描點與O點連線的斜率表示電阻的大小，由題圖可知Ra>Rb＝Rc>Rd。故A正確。 高考單獨對本節(jié)內(nèi)容進行考查的頻率不大，但電流及其三個表達式、歐姆定律和電阻定律、伏安特性曲線、電功、電功率及焦耳定律這些知識是電學實驗的基礎，也是電磁感應綜合問題必將涉及的內(nèi)容。 考點一　電流的理解及其三個表達式的應用[基礎自修類] [題點全練] 1．[電解液導電

10、問題] 如圖所示，在1價離子的電解質(zhì)溶液內(nèi)插有兩根碳棒A和B作為電極，將它們接在直流電源上，于是溶液里就有電流通過。若在t秒內(nèi)，通過溶液內(nèi)截面S的正離子數(shù)為n1，通過的負離子數(shù)為n2，設基本電荷為e，則以下說法中正確的是(　　) A．正離子定向移動形成的電流方向從A→B，負離子定向移動形成的電流方向從B→A B．溶液內(nèi)由于正、負離子移動方向相反，溶液中的電流抵消，電流等于零 C．溶液內(nèi)的電流方向從A→B，電流I＝ D．溶液內(nèi)的電流方向從A→B，電流I＝ 解析：選D　電荷的定向移動形成電流，規(guī)定正電荷定向移動的方向為電流方向，由題圖所示可知，溶液中的正離子從A向B運動，負離子由B向A

11、移動，負電荷由B向A移動相當于正電荷由A向B移動，因此電流方向是A→B，帶電離子在溶液中定向移動形成電流，電流不為零，故選項A、B錯誤；溶液中電流方向是A→B，電流I＝＝，故選項C錯誤，D正確。 2．[電流微觀表達式] 如圖所示，一根長為L、橫截面積為S的金屬棒，其材料的電阻率為ρ，棒內(nèi)單位體積內(nèi)自由電子數(shù)為n，電子的質(zhì)量為m、電荷量為e。在棒兩端加上恒定的電壓時，棒內(nèi)產(chǎn)生電流，自由電子定向運動的平均速率為v，則金屬棒內(nèi)的電場強度大小為(　　) A.　　　　　　　　　　 B. C．ρnev D. 解析：選C　由電流定義可知：I＝＝＝neSv。由歐姆定律可得：U＝IR＝neSv·ρ＝

12、ρneLv，又E＝，故E＝ρnev，選項C正確。 3．[“柱體微元”模型問題] 在長度為l、橫截面積為S、單位體積內(nèi)自由電子數(shù)為n的金屬導體兩端加上電壓，導體中就會產(chǎn)生勻強電場。導體內(nèi)電荷量為e的自由電子在電場力作用下先做加速運動，然后與做熱運動的陽離子碰撞而減速，如此往復……，所以，我們通常將自由電子的這種運動簡化成速率為v(不隨時間變化)的定向運動。已知阻礙電子運動的阻力大小與電子定向移動的速率v成正比，即Ff＝kv(k是常量)，則該導體的電阻應該等于(　　) A. B. C. D. 解析：選B　電子定向移動，由平衡條件得，kv＝e，則U＝，導體中的電流I＝neSv，電阻R＝

13、＝，選項B正確。 [名師微點] 利用“柱體微元”模型求解電流的微觀問題時，注意以下基本思路： 設柱體微元的長度為L，橫截面積為S，單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)為n，每個自由電荷的電荷量為q，電荷定向移動的速率為v，則 (1)柱體微元中的總電荷量為Q＝nLSq。 (2)電荷通過橫截面的時間t＝。 (3)電流的微觀表達式I＝＝nqvS。 考點二　歐姆定律和電阻定律的理解與應用[基礎自修類] [題點全練] 1．[電阻定律的應用] 兩根材料相同的均勻?qū)Ь€x和y，其中，x長為l，y長為2l，串聯(lián)在電路中時沿長度方向的電勢φ隨位置的變化規(guī)律如圖所示，那么，x和y兩導線的電阻和橫截面積

14、之比分別為(　　) A．3∶1　1∶6　　　 　　 B．2∶3　1∶6 C．3∶2　1∶5 D．3∶1　5∶1 解析：選A　由題圖可知，兩導線兩端的電壓之比為3∶1，電流相同，則電阻之比為3∶1，由電阻定律R＝ρ得橫截面積S＝，橫截面積之比＝·＝×＝，A正確。 2．[歐姆定律的應用] 利用如圖所示的電路可以測量電阻的阻值。圖中Rx是待測電阻，R0是定值電阻，G是靈敏度很高的電流表，MN是一段均勻的電阻絲。閉合開關，改變滑動頭P的位置，當通過電流表G的電流為零時，測得MP＝l1，PN＝l2，則Rx的阻值為(　　) A.R0 B.R0 C.R0 D.R0 解析：選C　通過電流

15、表G的電流為零時，P點的電勢與R0和Rx連接點的電勢相等，即U0＝UMP，根據(jù)歐姆定律有U0＝R0，UMP＝Rl1，則＝，由此得＝，根據(jù)電阻定律得，電阻絲的電阻R∝l，故＝，所以Rx＝R0，正確選項為C。 3．[電阻定律、歐姆定律的綜合應用] 如圖甲為一測量電解液電阻率的玻璃容器，P、Q為電極，設a＝1 m，b＝0.2 m，c＝0.1 m。當里面注滿某電解液，且P、Q間加上電壓后，其U-I圖像如圖乙所示。當U＝10 V時，求電解液的電阻率ρ是多少？ 解析：由題圖乙可求得U＝10 V時，電解液的電阻 R＝＝ Ω＝2 000 Ω 由題圖甲可知電解液容器長l＝a＝1 m 截面

16、積S＝bc＝0.02 m2 結合電阻定律R＝ρ得 ρ＝＝ Ω·m＝40 Ω·m。 答案：40 Ω·m [名師微點] 電阻的決定式和定義式的比較 公式 決定式 定義式 R＝ρ R＝ 區(qū)別 指明了電阻的決定因素 提供了一種測定電阻的方法，電阻與U和I無關 適用于粗細均勻的金屬導體和分布均勻的導電介質(zhì) 適用于任何純電阻導體 相同點 都不能反映電阻的實質(zhì)(要用微觀理論解釋) 考點三　伏安特性曲線的理解及應用[師生共研類] 1．圖線的意義 (1)由于導體的導電性能不同，所以不同的導體有不同的伏安特性曲線。 (2)伏安特性曲線上每一點的電壓坐標與電流坐標的比值

17、，對應這一狀態(tài)下的電阻。 2．兩類圖線 線性元件的伏安特性曲線是過原點的直線，表明它的電阻是不變的，圖中Ra

18、和L3兩端的電壓均為U＝1.5 V，由題圖乙可知此時通過L1的電流為1.0 A，通過L2和L3的電流為I＝0.8 A，所以L1中的電流不是L2中電流的2倍，A錯誤；L3的電阻R＝＝1.875 Ω，B正確；L3的電功率P＝UI＝1.5×0.8 W＝1.2 W，C錯誤；L2和L3的總功率P′＝2P＝2.4 W，D錯誤。 [答案]　B (1)I-U圖像叫做導體的伏安特性曲線，U-I圖像是元件兩端的電壓與流過它的電流之間的關系圖像。 (2)U-I(或I-U)圖像為曲線時，圖線上某點與O點連線的斜率表示電阻(的倒數(shù))，但圖線的斜率沒有實際意義。 [題點全練] 1．[利用圖像求電阻] 某一

19、導體的伏安特性曲線如圖中AB(曲線)所示，關于導體的電阻，以下說法正確的是(　　) A．B點的電阻為12 Ω B．B點的電阻為40 Ω C．工作狀態(tài)從A變化到了B時，導體的電阻因溫度的影響改變了1 Ω D．工作狀態(tài)從A變化到了B時，導體的電阻因溫度的影響改變了9 Ω 解析：選B　根據(jù)電阻的定義式可以求出A、B兩點的電阻分別為RA＝ Ω＝30 Ω，RB＝ Ω＝40 Ω，所以ΔR＝RB－RA＝10 Ω，故B正確，A、C、D錯誤。 2．[兩類圖線的比較] 如圖所示為A、B兩電阻的伏安特性曲線，關于兩電阻的描述正確的是(　　) A．電阻A的阻值隨電流的增大而減小，電阻B的阻值不

20、變 B．在兩圖線交點處，電阻A的阻值等于電阻B的阻值 C．在兩圖線交點處，電阻A的阻值大于電阻B的阻值 D．在兩圖線交點處，電阻A的阻值小于電阻B的阻值 解析：選B　由題圖可知，電阻A的I-U圖像的斜率越來越小，故A的電阻隨電流的增大而增大，電阻B的阻值不變，故選項A錯誤；兩圖像的交點處，電流和電壓均相同，則由歐姆定律可知，兩電阻的阻值相等，故選項B正確，C、D錯誤。 考點四　電功、電功率及焦耳定律[師生共研類] 電功和電熱、電功率和熱功率的區(qū)別與聯(lián)系 意義 公式 聯(lián)系 電功 電流在一段電路中所做的功 W＝UIt 對純電阻電路，電功等于電熱，W＝Q＝UIt＝I2R

21、t 對非純電阻電路，電功大于電熱，W＞Q 電熱 電流通過導體產(chǎn)生的熱量 Q＝I2Rt 電功率 單位時間內(nèi)電流所做的功 P電＝UI 對純電阻電路，電功率等于熱功率，P電＝P熱＝UI＝I2R 對非純電阻電路，電功率大于熱功率，P電＞P熱 熱功率 單位時間內(nèi)導體產(chǎn)生的熱量 P熱＝I2R [典例]　(多選)如圖所示是某一直流電動機提升重物的示意圖，重物質(zhì)量m＝50 kg，電源提供給電動機的電壓為U＝110 V，不計各種摩擦，當電動機以v＝0.9 m/s的恒定速率向上提升重物時，通過電動機的電流為I＝5.0 A，重力加速度g取10 m/s2，則(　　) A．電動機的輸入功

22、率為550 W B．電動機提升重物的功率為550 W C．電動機提升重物的功率為450 W D．電動機的線圈電阻為22 Ω [思路點撥] (1)重物勻速上升，拉力F＝mg，故提升重物的功率P＝Fv＝mgv。 (2)電動機的輸入功率＝提升重物的功率＋熱功率。 [解析]　電動機的輸入功率P入＝UI＝110×5.0 W＝550 W，A對。提升重物的功率P出＝mgv＝50×10×0.9 W＝450 W，B錯，C對。由P入＝P出＋P熱和P熱＝I2R線得R線＝＝ Ω＝4 Ω，D錯。 [答案]　AC 非純電阻電路中電功、電功率的分析方法 (1)抓住兩個關鍵量 確定電動機的電壓U

23、M和電流IM是解決所有問題的關鍵。 (2)用好“定律”找準“關系” 首先利用歐姆定律進行分析計算，確定相應的電壓或電流；然后根據(jù)閉合電路的電壓關系、電流關系間接確定非純電阻電路的工作電壓UM和電流IM。 [題點全練] 1．[功率的分析與計算] 如圖，一電動自行車動力電源上的銘牌標有“36 V,12 A·h”字樣。它正常工作時電源輸出電壓為30 V，額定輸出功率為180 W。由于電動機發(fā)熱造成損耗，電動機的效率為80%，不考慮其他部件的摩擦損耗。已知運動時電動自行車受到阻力恒為288 N，下列說法正確的是(　　) A．電源內(nèi)阻為1 Ω，額定工作電流為5 A B．電動自行車電動機的內(nèi)

24、阻為5 Ω C．電動自行車保持額定功率勻速行駛的最長時間是2.4 h D．電動自行車保持額定功率勻速行駛的最遠距離是3 600 m 解析：選D　由P＝UI可知，額定電流I＝＝ A＝6 A，電源內(nèi)阻r＝＝ Ω＝1 Ω，故A錯誤；電動自行車的熱功率P熱＝(1－80%)P＝36 W，則由P熱＝I2r′可得，r′＝ Ω＝1 Ω，故B錯誤；根據(jù)電池容量Q＝12 A·h，電流為6 A，則可得t＝＝ h＝2 h，故C錯誤；電動自行車勻速行駛時F＝f，則由80%P＝fv，解得v＝0.5 m/s，則電動自行車保持額定功率勻速行駛的最遠距離是x＝vt＝0.5×7 200 m＝3 600 m，選項D正確。

25、2．[功能轉化的分析] (多選)如圖所示，一臺電動機提著質(zhì)量為m的物體，以速度v勻速上升。已知電動機線圈的電阻為R，電源電動勢為E，通過電源的電流為I，當?shù)刂亓铀俣葹間，忽略一切阻力及導線電阻，則(　　) A．電源內(nèi)阻r＝－R B．電源內(nèi)阻r＝－－R C．如果電動機轉軸被卡住而停止轉動，較短時間內(nèi)電源消耗的功率將變大 D．如果電動機轉軸被卡住而停止轉動，較短時間內(nèi)電源消耗的功率將變小 解析：選BC　含有電動機的電路不是純電阻電路，歐姆定律不再適用，A錯誤；由能量守恒定律可得EI＝I2r＋mgv＋I2R，解得r＝－－R，B正確；如果電動機轉軸被卡住，則E＝I′(R＋r)，電流增大，

26、較短時間內(nèi)，電源消耗的功率變大，較長時間的話，會出現(xiàn)燒壞電源和電動機的現(xiàn)象，C正確，D錯誤。 “STS問題”巧遷移——生活中的“純電阻”和“非純電阻” 生活中，人們在家中會使用很多用電器，如電飯鍋、空調(diào)、冰箱、電風扇、電吹風等，這些用電器有的可以視為純電阻，有的則不是純電阻，請結合以下各題自主領悟： 1．一只電飯煲和一臺洗衣機并聯(lián)接在輸出電壓為220 V的交流電源上(電源內(nèi)阻可忽略不計)，均正常工作。用電流表分別測得通過電飯煲的電流是5.0 A，通過洗衣機電動機的電流是0.50 A，則下列說法中正確的是(　　) A．電飯煲的電阻為44 Ω，洗衣機電動機線圈的電阻為440 Ω B．

27、電飯煲消耗的電功率為1 555 W，洗衣機電動機消耗的電功率為155.5 W C．1 min內(nèi)電飯煲消耗的電能為6.6×104 J，洗衣機電動機消耗的電能為 6.6×103 J D．電飯煲發(fā)熱功率是洗衣機電動機發(fā)熱功率的10倍 解析：選C　由于電飯煲是純電阻元件，所以R1＝＝44 Ω，P1＝UI1＝1 100 W，其在1 min內(nèi)消耗的電能W1＝UI1t＝6.6×104 J；洗衣機為非純電阻元件，所以R2≠，P2＝UI2＝110 W，其在1 min內(nèi)消耗的電能 W2＝UI2t＝6.6×103 J，其熱功率P熱≠P2，所以電飯煲發(fā)熱功率不是洗衣機電動機發(fā)熱功率的10倍。綜上可知C正確。

28、2．為了生活方便，電熱水壺已進入千家萬戶。如果將一電熱水壺接在220 V的電源兩端，經(jīng)時間t0電熱水壺的開關自動切斷，假設熱量的損失不計、加熱絲的阻值不受溫度的影響。則(　　) A．如果將電熱水壺接在110 V的電源兩端，需經(jīng)2t0的時間電熱水壺的開關自動切斷 B．如果將電熱水壺接在110 V的電源兩端，需經(jīng)16t0的時間電熱水壺的開關自動切斷 C．如果將電熱水壺接在55 V的電源兩端，需經(jīng)4t0的時間電熱水壺的開關自動切斷 D．如果將電熱水壺接在55 V的電源兩端，需經(jīng)16t0的時間電熱水壺的開關自動切斷 解析：選D　電熱水壺是純電阻元件，根據(jù)公式Q＝t可知，煮沸一壺水所需的熱量

29、為Q＝t0，當電壓變?yōu)樵瓉淼臅r，所需熱量沒變，因此時間要變?yōu)樵瓉淼?倍，即4t0，A、B錯誤；當電壓變?yōu)樵瓉淼臅r，時間要變?yōu)樵瓉淼?6倍，即16t0，C錯誤，D正確。 3．(多選)下表列出了某品牌電動自行車及所用電動機的主要技術參數(shù)，不計其自身機械損耗。若該車在額定狀態(tài)下以最大運行速度行駛，則(　　) 自重 40 kg 額定電壓 48 V 載重 75 kg 額定電流 12 A 最大行駛速度 20 km/h 額定輸出功率 350 W A.電動機的輸入功率為576 W B．電動機的內(nèi)電阻為4 Ω C．該車獲得的牽引力為104 N D．該車受到的阻力為63 N 解析：選AD　電動機的輸入功率為P入＝UI＝48×12 W＝576 W，A正確；電動機的發(fā)熱功率為P＝I2r＝P入－P出，代入數(shù)據(jù)解得：r≈1.6 Ω，B錯誤；vm＝20 km/h＝ m/s，根據(jù)P出＝Fvm，解得F＝63 N，且當該車速度最大時，F(xiàn)＝f＝63 N，故C錯誤，D正確。 分析生活中的用電器問題的兩條思路 (1)了解用電器的結構，含有電動機且正常工作的為非純電阻；不含電動機或含電動機但電動機不轉的則為純電阻。 (2)從能量轉化角度來區(qū)分，若消耗的電能全部轉化為電熱，則為純電阻；若消耗的電能有一部分轉化為其他能量，則為非純電阻。