2021屆高考物理：電流、電阻、電功及電功率含答案VIP

教學資料范本教學資料范本2021屆高考物理：電流、電阻、電功及電功率含答案編輯：__________________時間：__________________考點內(nèi)容要求高考(全國卷)三年命題情況對照分析20xx20xx20xx命題分析歐姆定律Ⅱ卷Ⅰ·T23：研究小燈泡的伏安特性曲線卷Ⅱ·T23：測微安表的內(nèi)阻，實物連線卷Ⅲ·T23：多用電表卷Ⅰ·T23：熱敏電阻的阻值隨溫度變化的曲線卷Ⅱ·T22：電表的改裝卷Ⅲ·T23：電阻的測量、實物連線卷Ⅰ·T23：電表的改裝與電路設(shè)計卷Ⅱ·T23：研究二極管電壓與溫度關(guān)系卷Ⅲ·T23：歐姆表改裝及設(shè)計1.從高考題型看，以選擇題和實驗題的形式命題，且每年必有電學實驗題。2．對電學實驗的考查方式有：基本儀器的使用、讀數(shù)、畫實驗原理圖、設(shè)計實驗方案、實驗器材的選取、連接實物圖等多種方式。電阻定律Ⅰ電阻的串聯(lián)、并聯(lián)Ⅰ電源的電動勢和內(nèi)阻Ⅱ閉合電路的歐姆定律Ⅱ電功率、焦耳定律Ⅰ實驗八：測定金屬的電阻率(同時練習使用螺旋測微器)實驗九：描繪小電珠的伏安特性曲線實驗十：測定電源的電動勢和內(nèi)阻實驗十一：練習使用多用電表核心素養(yǎng)物理觀念：電功、電熱、電功率、電動勢、內(nèi)阻、電阻串聯(lián)、并聯(lián)?？茖W思維：歐姆定律、電阻定律、閉合電路的歐姆定律、焦耳定律。科學探究：測定金屬絲電阻率、描繪小電珠的伏安特性曲線、測定電源的電動勢和內(nèi)阻(如20xx卷Ⅰ·T23)?？茖W態(tài)度與責任：電路設(shè)計與安全、練習使用多用電表(如20xx卷Ⅰ·T23)。第1節(jié)電流、電阻、電功及電功率一、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)電路中電流由電源負極到正極。(4)三個表達式①定義式：I＝eq\f(q,t)，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＝eq\f(U,R)，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。(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(gòu)成它的材料有關(guān)。(2)表達式：R＝ρeq\f(l,S)。2．電阻率(1)計算式：ρ＝Req\f(S,l)。(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(guān)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(zhuǎn)化成其他形式能的過程。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＝eq\f(W,t)＝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。(2)公式：Q＝I2Rt。4．熱功率(1)定義：單位時間內(nèi)的發(fā)熱量。(2)表達式：P＝eq\f(Q,t)＝I2R。1．思考辨析(正確的畫“√”，錯誤的畫“×”)(1)由于規(guī)定正電荷定向移動方向為電流方向，所以電流是矢量。 (×)(2)由R＝eq\f(U,I)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。 (×)(3)由ρ＝eq\f(RS,l)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＝eq\f(U2,R)t＝I2Rt可適用于所有電路。 (×)(5)金屬的電阻率由導體本身的性質(zhì)決定，與溫度有關(guān)。 (√)(6)公式W＝UIt適用于任何電路中求電功，Q＝I2Rt適用于任何電路求電熱。 (√)2．(人教版選修3－1P43T3改編)安培提出了著名的分子電流假說，根據(jù)這一假說，電子繞核運動可等效為一環(huán)形電流。設(shè)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(guān)于該環(huán)形電流的說法，正確的是()A．電流大小為eq\f(ve,2πr)，電流方向為順時針B．電流大小為eq\f(ve,r)，電流方向為順時針C．電流大小為eq\f(ve,2πr)，電流方向為逆時針D．電流大小為eq\f(ve,r)，電流方向為逆時針C[電子做圓周運動的周期T＝eq\f(2πr,v)，由I＝eq\f(e,T)得I＝eq\f(ve,2πr)，電流的方向與電子運動方向相反，故電流方向為逆時針。]3．(人教版選修3－1P48T2改編)將四個定值電阻a，b，c，d分別接入電路，測得相應(yīng)的電流值、電壓值如圖所示。其中電阻最接近的兩個電阻是()A．a(chǎn)和bB．b和dC．a(chǎn)和cD．c和d[答案]A4．(滬科版選修3－1P67T2改編)有一根長1.22m的導線，橫截面積為0.10mm2。在它兩端加0.60V電壓時，通過它的電流正好是0.10A。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1.7×10－84.4×10－75.0×10－72.9×10－8A．銅絲 B．錳銅合金C．鎳銅合金 D．鋁絲C[由R＝eq\f(U,I)及R＝ρeq\f(l,S)得ρ＝eq\f(US,Il)＝eq\f(0.6×0.1×10－6,0.1×1.22)Ω·m＝4.9×10－7Ω·m。所以導線是由鎳銅合金制成的。]電流、歐姆定律[依題組訓練]1．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(shè)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→AB．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＝eq\f(n1e,t)D．溶液內(nèi)的電流方向從A→B，電流I＝eq\f((n1＋n2(e,t)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＝eq\f(q,t)＝eq\f(n1e＋n2e,t)，故選項C錯誤，D正確。]2．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．eq\f(mv2,2eL)B．eq\f(mv2Sn,e)C．ρnevD．eq\f(ρev,SL)C[由電流定義可知：I＝eq\f(q,t)＝eq\f(nvtSe,t)＝neSv。由歐姆定律可得：U＝IR＝neSv·ρeq\f(L,S)＝ρneLv，又E＝eq\f(U,L)，故E＝ρnev，選項C正確。]3．(多選)我國已經(jīng)于20xx年10月1日起禁止銷售100W及以上的白熾燈，以后將逐步淘汰白熾燈。假設(shè)某同學研究白熾燈得到某白熾燈的伏安特性曲線如圖所示。圖象上A點與原點的連線與橫軸成α角，A點的切線與橫軸成β角，則()A．白熾燈的電阻隨電壓的增大而減小B．在A點，白熾燈的電阻可表示為tanβC．在A點，白熾燈的電功率可表示為U0I0D．在A點，白熾燈的電阻可表示為eq\f(U0,I0)CD[白熾燈的電阻隨電壓的增大而增大，A錯誤；在A點，白熾燈的電阻可表示為eq\f(U0,I0)，不能表示為tanβ，選項B錯誤，D正確；在A點，白熾燈的功率可表示為U0I0，C正確。]1．三個電流表達式的比較公式適用范圍字母含義公式含義定義式I＝eq\f(q,t)一切電路q為時間t內(nèi)通過導體橫截面的電荷量eq\f(q,t)反映了I的大小，但不能說I∝q，I∝eq\f(1,t)決定式I＝eq\f(U,R)金屬、電解液U：導體兩端的電壓R：導體本身的電阻I由U、R決定，I∝UI∝eq\f(1,R)微觀式I＝nqSv一切電路n：導體單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)q：每個自由電荷的電荷量S：導體橫截面積v：電荷定向移動速率從微觀上看n、q、S、v決定了I的大小2．伏安特性曲線的兩點注意(1)I-U圖象叫作導體的伏安特性曲線，U-I圖象是元件兩端的電壓與流過它的電流之間的關(guān)系圖象。(2)U-I(或I-U)圖象為曲線時，圖線上某點與O點連線的斜率表示電阻(或電阻的倒數(shù))，但圖線的斜率沒有實際意義。電阻、電阻定律[依題組訓練]1．電阻與電阻率的關(guān)系2．電阻的決定式和定義式的比較公式R＝ρeq\f(L,S)R＝eq\f(U,I)區(qū)別電阻的決定式電阻的定義式說明了導體的電阻由ρ、L、S共同決定提供了一種測電阻的方法——伏安法，R與U、I均無關(guān)只適用于粗細均勻的金屬導體和濃度均勻的電解液適用于任何純電阻導體[題組訓練]1．關(guān)于材料的電阻率，下列說法正確的是()A．把一根長導線截成等長的三段，則每段的電阻率都是原來的eq\f(1,3)B．材料的電阻率隨溫度的升高而增大C．通常情況下純金屬的電阻率較合金的電阻率小D．電阻率是反映材料導電性能好壞的物理量，電阻率越大的導體對電流的阻礙作用越大C[材料的電阻率與長度無關(guān)，A錯誤；半導體材料的電阻率隨溫度升高而減小，B錯誤；通常情況下純金屬的電阻率較合金的電阻率小，C正確；電阻率大的導體，電阻不一定大，D錯誤。]2．如圖所示，厚度均勻的矩形金屬薄片邊長ab＝10cm，bc＝5cm。當將A與B接入電壓為U的電路中時，電流為1A；若將C與D接入同一電路中，則電流為()A．4AB．2AC．eq\f(1,2)AD．eq\f(1,4)AA[設(shè)沿A、B方向的橫截面積為S1，沿C、D方向的橫截面積為S2，則eq\f(S1,S2)＝eq\f(1,2)，A、B接入電路中時的電阻為R1，C、D接入電路中時的電阻為R2，則有eq\f(R1,R2)＝eq\f(ρ\f(lab,S1),ρ\f(lbc,S2))＝eq\f(4,1)。兩種情況下電壓相等，電流之比為eq\f(I1,I2)＝eq\f(R2,R1)＝eq\f(1,4)，I2＝4I1＝4A。故A正確。]3．兩根完全相同的金屬裸導線，如果把其中的一根均勻拉長到原來的2倍，把另一根對折后絞合起來，然后給它們分別加上相同電壓后，則在相同時間內(nèi)通過它們的電荷量之比為()A．1∶4 B．1∶8C．1∶16 D．16∶1C[本題應(yīng)根據(jù)電阻定律R＝ρeq\f(l,S)、歐姆定律I＝eq\f(U,R)和電流定義式I＝eq\f(q,t)求解。對于第一根導線，均勻拉長到原來的2倍后，則其橫截面積必然變?yōu)樵瓉淼膃q\f(1,2)，由電阻定律可得其電阻變?yōu)樵瓉淼?倍，第二根導線對折后，長度變?yōu)樵瓉淼膃q\f(1,2)，橫截面積變?yōu)樵瓉淼?倍，故其電阻變?yōu)樵瓉淼膃q\f(1,4)。給上述變化后的裸導線加上相同的電壓，由歐姆定律得：I1＝eq\f(U,4R)，I2＝eq\f(U,\f(1,4)R)＝eq\f(4U,R)，由I＝eq\f(q,t)可知，在相同時間內(nèi)，電荷量之比q1∶q2＝I1∶I2＝1∶16。]導體變形時電阻變化分析方法(1)導體的電阻率不變。(2)導體的體積不變，由V＝lS可知l與S成反比。(3)在ρ、l、S都確定之后，應(yīng)用電阻定律R＝ρeq\f(l,S)求解。電功、電功率與電熱、熱功率[講典例示法]1．純電阻電路與非純電阻電路的比較2．電動機的三個功率及關(guān)系輸入功率電動機的總功率P總＝P入＝UI輸出功率電動機的有用功的功率，也叫機械功率熱功率電動機線圈上有電阻，電流通過線圈時會發(fā)熱，熱功率P熱＝I2r三者關(guān)系P總＝P出＋P熱效率η＝eq\f(P出,P入)×100%＝eq\f(P出,P總)×100%特別說明①正常工作的電動機是非純電阻元件②電動機因故障或其他原因不轉(zhuǎn)動時，相當于一個純電阻元件[典例示法]如圖所示是一提升重物用的直流電動機工作時的電路圖。電動機內(nèi)電阻r＝0.8Ω，電路中另一電阻R＝10Ω，直流電壓U＝160V，電壓表示數(shù)UV＝110V。試求：(1)通過電動機的電流；(2)輸入電動機的電功率；(3)若電動機以v＝1m/s勻速豎直向上提升重物，求該重物的質(zhì)量。(g取10m/s2)思路點撥：解此題要注意以下幾點：(1)電路結(jié)構(gòu)及電路中電壓的關(guān)系；(2)含電動機電路為非純電阻電路，歐姆定律不能適用；(3)區(qū)分電動機的輸入功率和輸出功率。[解析](1)由電路中的電壓關(guān)系可得電阻R的分壓UR＝U－UV＝(160－110)V＝50V，流過電阻的電流IR＝eq\f(UR,R)＝eq\f(50,10)A＝5A，即通過電動機的電流IM＝IR＝5A。(2)電動機的分壓UM＝UV＝110V，輸入電動機的功率P電＝IMUM＝550W。(3)電動機的發(fā)熱功率P熱＝Ieq\o\al(2,M)r＝20W，電動機輸出的機械功率P出＝P電－P熱＝530W，又因P出＝mgv，所以m＝eq\f(P出,gv)＝53kg。[答案](1)5A(2)550W(3)53kg[考法拓展1]在上例中，若直流電壓不變，電動機正常工作過程中，轉(zhuǎn)子突然被卡死，電壓表的示數(shù)變?yōu)槎嗌?？[解析]轉(zhuǎn)子突然被卡死，電路變?yōu)榧冸娮桦娐?，根?jù)歐姆定律I＝eq\f(U,R＋r)UV＝Ir可得：UV＝11.9V。[答案]11.9V[考法拓展2]在上例中，若電動機的輸出功率保持不變，將一質(zhì)量m＝26.5kg的重物從靜止開始向上吊起，15s時，重物已達到勻速運動狀態(tài)，此時重物上升的高度是多少？(g取10m/s2)[解析]重物勻速運動時，mg＝F，P＝Fv又根據(jù)動能定理Pt－mgh＝eq\f(1,2)mv2可得：h＝29.8m。[答案]29.8m非純電阻電路的分析方法(1)抓住兩個關(guān)鍵量：確定電動機的電壓UM和電流IM是解決這類問題的關(guān)鍵。若能求出UM、IM，就能確定電動機的電功率P＝UMIM，根據(jù)電流IM和電動機的電阻r可求出熱功率Pr＝Ieq\o\al(2,M)r，最后求出輸出功率P出＝P－Pr。(2)首先，對其他純電阻電路、電源的內(nèi)電路，利用歐姆定律進行分析計算，確定相應(yīng)的電壓或電流。然后，利用閉合電路的電壓關(guān)系、電流關(guān)系間接確定非純電阻電路的工作電壓和電流。[跟進訓練]純電阻電路中功率的分析與計算1．有兩個標有“110V,25W”和“110V,60W”字樣的燈泡，要把它們接在220V的電源上，燈泡既正常發(fā)光，又最省電的連接方式應(yīng)是圖中的()ABCDB[額定電壓相同而額定功率不相同的電燈，它們的電阻是不相同的，由P＝U2/R可知，功率大的電燈的電阻比功率小的電燈的電阻小，也就是說60W燈泡的電阻比25W燈泡的電阻小，對于A，兩燈并聯(lián)后與一個滑動變阻器串聯(lián)，若滑動變阻器的分得電壓與兩燈并聯(lián)后的電壓相等，兩燈能正常工作，整個電路消耗的電功率為P＝2(P1＋P2)＝2×(25＋60)W＝170W，有用電功率為85W；對于B，若滑動變阻器與25W燈并聯(lián)后的總電阻與60W燈的電阻相等，兩燈均能正常發(fā)光，此時電路中消耗的總電功率為P＝2P2＝2×60W＝120W，有用電功率為85W；對于C，因60W燈的電阻比25W燈的電阻小，據(jù)串聯(lián)電路的分壓原理知此時燈(110V,25W)電壓將大于110V而被燒毀，所以C的電路不可能使兩燈正常工作；在D中，當兩個滑動變阻器與其串聯(lián)的燈泡電阻分別相等時，兩燈均能正常發(fā)光，電路消耗的總功率為170W，有用的電功率為85W，綜上所述，只有B選項符合題意。]非純電阻電路中功率的分析與計算2．(多選)如圖所示，電源電動勢E＝3V，小燈泡L的規(guī)格為“2V0.4W”，開關(guān)S接1，當滑動變阻器調(diào)到R＝4Ω時，小燈泡L正常發(fā)光，現(xiàn)將開關(guān)S接2，小燈泡L和電動機M均正常工作。則()A．電源內(nèi)阻為1ΩB．電動機的內(nèi)阻為4ΩC．電動機正常工作電壓為1VD．電源效率約為93.3%AD[小燈泡正常工作時的電阻RL＝eq\f(U2,P)＝10Ω，流過小燈泡的