2025年高考物理復(fù)習(xí)講義第八章第1講　電流　電阻　電功　電功率（含解析）

eq\o(\s\up7(第1講電流電阻電功電功率),\s\do5())素養(yǎng)目標(biāo)1.能從抽象的電學(xué)問題中形成電壓、電流、電阻等概念．(物理觀念)2.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．(物理觀念)3.能應(yīng)用串、并聯(lián)電路規(guī)律推理并解決問題．(科學(xué)思維)4.對(duì)電路設(shè)計(jì)和問題進(jìn)行探究及對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理．(科學(xué)思維)一、電流、歐姆定律1．電流(1)形成的條件：導(dǎo)體中有自由電荷；導(dǎo)體兩端存在電壓．(2)方向：電流是標(biāo)量，規(guī)定正電荷定向移動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞣较颍?3)三個(gè)表達(dá)式：①定義式：I＝eq\f(q,t)；②決定式：I＝eq\f(U,R)；③微觀表達(dá)式：I＝nqvS.2．歐姆定律(1)內(nèi)容：導(dǎo)體中的電流I跟導(dǎo)體兩端的電壓U成正比，跟導(dǎo)體的電阻R成反比．(2)公式：I＝eq\f(U,R).(3)適用條件：適用于金屬和電解質(zhì)溶液，適用于純電阻電路，不適用于氣體導(dǎo)電和半導(dǎo)體導(dǎo)電．3．伏安特性曲線(1)定義：縱坐標(biāo)表示電流I、橫坐標(biāo)表示電壓U的關(guān)系圖線．(2)線性元件：伏安特性曲線是直線的電學(xué)元件．(3)非線性元件：伏安特性曲線為曲線的電學(xué)元件．二、電阻定律1．電阻定律(1)內(nèi)容：同種材料的導(dǎo)體，其電阻跟它的長度成正比，與它的橫截面積成反比，導(dǎo)體的電阻還與構(gòu)成它的材料有關(guān)．(2)表達(dá)式：R＝ρeq\f(l,S).2．電阻率(1)計(jì)算式：ρ＝Req\f(S,l).(2)物理意義：反映導(dǎo)體的導(dǎo)電性能，是導(dǎo)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(dǎo)體的電阻率隨溫度升高而減?。?、電功和焦耳定律1．電功(1)公式：W＝qU＝IUt.(2)電功率：P＝eq\f(W,t)＝UI.2．電熱(1)焦耳定律：Q＝I2Rt.(2)熱功率：P＝I2R.1．思維辨析(1)由于規(guī)定正電荷定向移動(dòng)方向?yàn)殡娏鞣较颍噪娏魇鞘噶?()(2)由R＝eq\f(U,I)知，導(dǎo)體的電阻與導(dǎo)體兩端電壓成正比，與流過導(dǎo)體的電流成反比.()(3)由ρ＝eq\f(RS,l)知，導(dǎo)體的電阻率與導(dǎo)體的電阻和橫截面積的乘積成正比，與導(dǎo)體的長度成反比．()(4)金屬的電阻率由導(dǎo)體本身的性質(zhì)決定，與溫度有關(guān)．()(5)公式W＝eq\f(U2,R)t＝I2Rt可適用于所有電路.()2．如圖所示為某晶體二極管的伏安特性曲線，下列說法正確的是()A．加正向電壓時(shí)，二極管電阻較小，且隨著電壓的增大而增大B．加反向電壓時(shí)，二極管電阻較大，無論加多大電壓，電流都很小C．無論是加正向電壓還是加反向電壓，電壓和電流都不成正比，所以二極管是非線性元件D．二極管加正向電壓時(shí)，電阻不變3．有三個(gè)用電器，分別為日光燈、電烙鐵和電風(fēng)扇，它們的額定電壓和額定功率均為“220V60W”，現(xiàn)讓它們?cè)陬~定電壓下工作相同時(shí)間，產(chǎn)生的熱量()A．日光燈最多 B．電烙鐵最多C．電風(fēng)扇最多 D．一樣多考點(diǎn)電流電阻電阻定律1．電流的三個(gè)表達(dá)式項(xiàng)目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(shí)間t內(nèi)通過導(dǎo)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)微觀式I＝nqSv一切電路n：導(dǎo)體單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)q：每個(gè)自由電荷的電荷量S：導(dǎo)體的橫截面積v：電荷定向移動(dòng)速率從微觀上看n、q、S、v決定了I的大小決定式I＝eq\f(U,R)金屬、電解液U：導(dǎo)體兩端的電壓R：導(dǎo)體本身的電阻I由U、R決定，I∝U，I∝eq\f(1,R)2.電阻的決定式和定義式的比較公式?jīng)Q定式定義式R＝ρeq\f(l,S)R＝eq\f(U,I)區(qū)別指明了電阻的決定因素提供了一種測(cè)定電阻的方法，電阻與U和I無關(guān)適用于粗細(xì)均勻的金屬導(dǎo)體和分布均勻的導(dǎo)電介質(zhì)適用于任何純電阻導(dǎo)體相同點(diǎn)都不能反映電阻的實(shí)質(zhì)(要用微觀理論解釋)典例1(2024·河南中原名校聯(lián)考)如圖所示，一粗細(xì)均勻的金屬導(dǎo)線橫截面積為S，單位體積內(nèi)有n個(gè)自由電子，每個(gè)自由電子的電荷量為e，下面說法正確的是()A．時(shí)間t內(nèi)流過該導(dǎo)線某一橫截面的電荷量為etB．導(dǎo)線內(nèi)的電流為I時(shí)，電子定向移動(dòng)的速度為eq\f(I,neS)C．將金屬絲均勻拉長到原來的2倍，其電阻也變?yōu)樵瓉淼?倍D．將金屬絲接入電路，隨著溫度的升高其電阻變小1．[電流的微觀表達(dá)式的應(yīng)用]某些腫瘤可以用“質(zhì)子療法”進(jìn)行治療，在這種療法中，為了能讓質(zhì)子進(jìn)入癌細(xì)胞，首先要實(shí)現(xiàn)質(zhì)子的高速運(yùn)動(dòng)，該過程需要一種被稱作“粒子加速器”的裝置來實(shí)現(xiàn)．質(zhì)子先被加速到較高的速度，然后轟擊腫瘤并殺死癌細(xì)胞．如圖所示，來自質(zhì)子源的質(zhì)子(初速度為零)經(jīng)加速電壓為U的加速器加速后，形成細(xì)柱形的質(zhì)子流．已知細(xì)柱形質(zhì)子流的橫截面積為S，其等效電流為I；質(zhì)子的質(zhì)量為m、電荷量為e.那么這束質(zhì)子流內(nèi)單位體積的質(zhì)子數(shù)n是()A.eq\f(I,eS)eq\r(\f(2U,m)) B.eq\f(I,eS)eq\r(\f(m,eU))C.eq\f(I,eS)eq\r(\f(2eU,m)) D.eq\f(I,eS)eq\r(\f(m,2eU))2．[電阻定律的應(yīng)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)在電路上時(shí)沿長度方向的電勢(shì)φ隨位置的變化規(guī)律如圖所示，那么x和y兩導(dǎo)線的電阻之比和橫截面積之比分別為()A．3∶11∶6 B．2∶31∶6C．3∶21∶5 D．3∶15∶1考點(diǎn)歐姆定律導(dǎo)體的伏安特性曲線1．公式R＝eq\f(U,I)、I＝eq\f(U,R)和U＝IR的對(duì)比公式物理意義適用條件R＝eq\f(U,I)反映導(dǎo)體對(duì)電流的阻礙作用R由導(dǎo)體本身決定，與U、I無關(guān)，適用于所有導(dǎo)體I＝eq\f(U,R)某段導(dǎo)體中電流與兩端電壓和電阻的關(guān)系適用于純電阻電路U＝IR沿電流方向電勢(shì)逐漸降低(外電路)，電壓等于I和R的乘積2．對(duì)導(dǎo)體的伏安特性曲線的理解(1)伏安特性曲線上每一點(diǎn)的電壓坐標(biāo)與電流坐標(biāo)的比值，對(duì)應(yīng)這一狀態(tài)下的電阻．(2)I-U圖像中圖線上某點(diǎn)與O點(diǎn)連線的斜率表示電阻的倒數(shù)，斜率越大，電阻越?。淅?小燈泡通電后其電流I隨所加電壓U變化的圖線如圖所示，P為圖線上一點(diǎn)，PN為圖線在P點(diǎn)的切線，PQ為U軸的垂線，PM為I軸的垂線，則下列說法中錯(cuò)誤的是()A．隨著所加電壓的增大，小燈泡的電阻增大B．對(duì)應(yīng)P點(diǎn)，小燈泡的電阻為R＝eq\f(U1,I2)C．對(duì)應(yīng)P點(diǎn)，小燈泡的電阻為R＝eq\f(U1,I2－I1)D．對(duì)應(yīng)P點(diǎn)，小燈泡的功率等于圖中矩形PQOM所圍的面積1．[歐姆定律的適用范圍]電動(dòng)機(jī)與小電珠串聯(lián)接入電路，電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)，小電珠的電阻為R1，兩端電壓為U1，流過的電流為I1；電動(dòng)機(jī)的內(nèi)電阻為R2，兩端電壓為U2，流過的電流為I2.則()A．I1<I2 B.eq\f(U1,U2)>eq\f(R1,R2)C.eq\f(U1,U2)＝eq\f(R1,R2) D.eq\f(U1,U2)<eq\f(R1,R2)2.[對(duì)導(dǎo)體伏安特性的理解](多選)導(dǎo)體的伏安特性曲線表示導(dǎo)體的導(dǎo)電特性．如圖所示是A、B兩個(gè)導(dǎo)體的伏安特性曲線，其中圖線A的斜率為k，并且圖線A與橫軸成α角．關(guān)于這兩個(gè)導(dǎo)體的伏安特性曲線，下列說法正確的是()A．兩條圖線的交點(diǎn)表示此狀態(tài)下兩導(dǎo)體的電阻相等B．導(dǎo)體A的電阻值不隨電壓變化而變化，B的電阻隨電壓的增大而減小C．導(dǎo)體B是非線性元件，曲線上某點(diǎn)切線的斜率為相應(yīng)狀態(tài)的電阻的倒數(shù)D．導(dǎo)體A為線性元件，且RA＝eq\f(1,k)＝eq\f(1,tanα)Ω考點(diǎn)電功電功率焦耳定律1．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(duì)純電阻電路，電功等于電熱，W＝Q＝UIt＝I2Rt；對(duì)非純電阻電路，電功大于電熱，W>Q電熱電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量Q＝I2Rt電功率單位時(shí)間內(nèi)電流所做的功P＝UI對(duì)純電阻電路，電功率等于熱功率，P電＝P熱＝UI＝I2R；對(duì)非純電阻電路，電功率大于熱功率，P電>P熱熱功率單位時(shí)間內(nèi)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量P＝I2R2.電動(dòng)機(jī)的三個(gè)功率及關(guān)系輸入功率電動(dòng)機(jī)的總功率P總＝P入＝UI輸出功率電動(dòng)機(jī)的有用功的功率，也叫機(jī)械功率熱功率電動(dòng)機(jī)線圈上有電阻，電流通過線圈時(shí)會(huì)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%典例3(2024·江蘇無錫高三期末)如圖所示為某款掃地機(jī)器人，其內(nèi)置鋰電池容量為5000mA·h，在一般情況下，充滿一次電可供其正常工作的時(shí)間為150min.已知該掃地機(jī)器人的額定功率為30W，則下列說法正確的是()A．掃地機(jī)器人正常工作時(shí)的電流是0.2AB．掃地機(jī)器人正常工作時(shí)的電壓為15VC．掃地機(jī)器人正常工作150min消耗的電能為3.6×105JD．掃地機(jī)器人的電動(dòng)機(jī)的內(nèi)阻為7.5Ω1．[純電阻電路的計(jì)算]如圖所示，當(dāng)A、B間加上電壓時(shí)，R1、R2、R3三個(gè)電阻上消耗的功率相等，則三個(gè)電阻的阻值之比R1∶R2∶R3為()A．1∶1∶4 B．1∶1∶1C．1∶1∶2 D．2∶2∶12．[非純電阻電路的計(jì)算](多選)下表列出了某品牌電動(dòng)自行車及所用電動(dòng)機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)，不計(jì)其自身機(jī)械損耗．若該車在額定狀態(tài)下以最大運(yùn)行速度行駛，則()自重40kg額定電壓48V載重75kg額定電流12A最大行駛速度20km/h額定輸出功率350WA.電動(dòng)機(jī)的輸入功率為576WB．電動(dòng)機(jī)的內(nèi)電阻為4ΩC．該車獲得的牽引力為104ND．該車受到的阻力為63N答案及解析1．思維辨析(1)由于規(guī)定正電荷定向移動(dòng)方向?yàn)殡娏鞣较?，所以電流是矢?(×)(2)由R＝eq\f(U,I)知，導(dǎo)體的電阻與導(dǎo)體兩端電壓成正比，與流過導(dǎo)體的電流成反比.(×)(3)由ρ＝eq\f(RS,l)知，導(dǎo)體的電阻率與導(dǎo)體的電阻和橫截面積的乘積成正比，與導(dǎo)體的長度成反比．(×)(4)金屬的電阻率由導(dǎo)體本身的性質(zhì)決定，與溫度有關(guān)．(√)(5)公式W＝eq\f(U2,R)t＝I2Rt可適用于所有電路.(×)2．如圖所示為某晶體二極管的伏安特性曲線，下列說法正確的是()A．加正向電壓時(shí)，二極管電阻較小，且隨著電壓的增大而增大B．加反向電壓時(shí)，二極管電阻較大，無論加多大電壓，電流都很小C．無論是加正向電壓還是加反向電壓，電壓和電流都不成正比，所以二極管是非線性元件D．二極管加正向電壓時(shí)，電阻不變答案：C3．有三個(gè)用電器，分別為日光燈、電烙鐵和電風(fēng)扇，它們的額定電壓和額定功率均為“220V60W”，現(xiàn)讓它們?cè)陬~定電壓下工作相同時(shí)間，產(chǎn)生的熱量()A．日光燈最多 B．電烙鐵最多C．電風(fēng)扇最多 D．一樣多答案：B考點(diǎn)電流電阻電阻定律典例1(2024·河南中原名校聯(lián)考)如圖所示，一粗細(xì)均勻的金屬導(dǎo)線橫截面積為S，單位體積內(nèi)有n個(gè)自由電子，每個(gè)自由電子的電荷量為e，下面說法正確的是()A．時(shí)間t內(nèi)流過該導(dǎo)線某一橫截面的電荷量為etB．導(dǎo)線內(nèi)的電流為I時(shí)，電子定向移動(dòng)的速度為eq\f(I,neS)C．將金屬絲均勻拉長到原來的2倍，其電阻也變?yōu)樵瓉淼?倍D．將金屬絲接入電路，隨著溫度的升高其電阻變小解析：設(shè)電子定向移動(dòng)的速度為v，則t時(shí)間內(nèi)通過該導(dǎo)線某一橫截面的電子數(shù)為N＝nSvt，則時(shí)間t內(nèi)流過該導(dǎo)線某一橫截面的電荷量為q＝Ne＝neSvt，故A錯(cuò)誤；導(dǎo)線內(nèi)的電流為I時(shí)，由電流定義式I＝eq\f(q,t)，可得q＝It＝neSvt，解得v＝eq\f(I,neS)，故B正確；將金屬絲均勻拉長到原來的2倍，體積不變，橫截面積變?yōu)樵瓉淼膃q\f(1,2)，由公式R＝ρeq\f(L,S)，可得R′＝ρ·eq\f(2L,\f(1,2)S)＝4ρeq\f(L,S)＝4R，可知電阻變?yōu)樵瓉淼?倍，故C錯(cuò)誤；將金屬絲接入電路，隨著溫度的升高其電阻率變大，電阻變大，故D錯(cuò)誤．故選B.1．[電流的微觀表達(dá)式的應(yīng)用]某些腫瘤可以用“質(zhì)子療法”進(jìn)行治療，在這種療法中，為了能讓質(zhì)子進(jìn)入癌細(xì)胞，首先要實(shí)現(xiàn)質(zhì)子的高速運(yùn)動(dòng)，該過程需要一種被稱作“粒子加速器”的裝置來實(shí)現(xiàn)．質(zhì)子先被加速到較高的速度，然后轟擊腫瘤并殺死癌細(xì)胞．如圖所示，來自質(zhì)子源的質(zhì)子(初速度為零)經(jīng)加速電壓為U的加速器加速后，形成細(xì)柱形的質(zhì)子流．已知細(xì)柱形質(zhì)子流的橫截面積為S，其等效電流為I；質(zhì)子的質(zhì)量為m、電荷量為e.那么這束質(zhì)子流內(nèi)單位體積的質(zhì)子數(shù)n是()A.eq\f(I,eS)eq\r(\f(2U,m)) B.eq\f(I,eS)eq\r(\f(m,eU))C.eq\f(I,eS)eq\r(\f(2eU,m)) D.eq\f(I,eS)eq\r(\f(m,2eU))解析：質(zhì)子被加速時(shí)有Ue＝eq\f(1,2)mv2，由于I＝neSv，解得n＝eq\f(I,eS)eq\r(\f(m,2eU))，A、B、C錯(cuò)誤，D正確．答案：D2．[電阻定律的應(yīng)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)在電路上時(shí)沿長度方向的電勢(shì)φ隨位置的變化規(guī)律如圖所示，那么x和y兩導(dǎo)線的電阻之比和橫截面積之比分別為()A．3∶11∶6 B．2∶31∶6C．3∶21∶5 D．3∶15∶1解析：由題圖可知導(dǎo)線x兩端的電壓U1＝6V，導(dǎo)線y兩端的電壓U2＝2V，由串聯(lián)電路特點(diǎn)可知，x和y兩導(dǎo)線的電阻之比為R1∶R2＝U1∶U2＝3∶1，故B、C錯(cuò)誤；由R＝ρeq\f(l,S)可知，x和y兩導(dǎo)線的橫截面積之比S1∶S2＝eq\f(l,R1)·eq\f(R2,2l)＝1∶6，故A正確，D錯(cuò)誤．答案：A考點(diǎn)歐姆定律導(dǎo)體的伏安特性曲線典例2小燈泡通電后其電流I隨所加電壓U變化的圖線如圖所示，P為圖線上一點(diǎn)，PN為圖線在P點(diǎn)的切線，PQ為U軸的垂線，PM為I軸的垂線，則下列說法中錯(cuò)誤的是()A．隨著所加電壓的增大，小燈泡的電阻增大B．對(duì)應(yīng)P點(diǎn)，小燈泡的電阻為R＝eq\f(U1,I2)C．對(duì)應(yīng)P點(diǎn)，小燈泡的電阻為R＝eq\f(U1,I2－I1)D．對(duì)應(yīng)P點(diǎn)，小燈泡的功率等于圖中矩形PQOM所圍的面積解析：由題圖可知，U越大，小燈泡的電阻越大，故A說法正確；R＝eq\f(U,I)中的U、I與小燈泡所處狀態(tài)下的電壓、電流相對(duì)應(yīng)，故B說法正確，C說法錯(cuò)誤；對(duì)應(yīng)P點(diǎn)，小燈泡的功率P＝U1I2，與題圖中PQOM所圍的面積相等，故D說法正確．故選C.1．[歐姆定律的適用范圍]電動(dòng)機(jī)與小電珠串聯(lián)接入電路，電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)，小電珠的電阻為R1，兩端電壓為U1，流過的電流為I1；電動(dòng)機(jī)的內(nèi)電阻為R2，兩端電壓為U2，流過的電流為I2.則()A．I1<I2 B.eq\f(U1,U2)>eq\f(R1,R2)C.eq\f(U1,U2)＝eq\f(R1,R2) D.eq\f(U1,U2)<eq\f(R1,R2)解析：因小電珠與電動(dòng)機(jī)是串聯(lián)關(guān)系，所以電流I1＝I2，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；因小電珠為純電阻元件，適用歐姆定律，則有U1＝I1R1(或由電功率等于熱功率，有U1I1＝Ieq\o\al(2,1)R1，得U1＝I1R1)，因電動(dòng)機(jī)為非純電阻元件，歐姆定律不適用，即U2≠I2R2，故eq\f(U1,U2)≠eq\f(R1,R2)，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；對(duì)于電動(dòng)機(jī)，電功率等于輸出的機(jī)械功率與熱功率之和，即U2I2＝P機(jī)械＋I(xiàn)eq\o\al(2,2)R2，則有U2I2＞Ieq\o\al(2,2)R2，得U2＞I2R2，綜上所述eq\f(U1,U2)＜eq\f(R1,R2)，選項(xiàng)D正確，B錯(cuò)誤．答案：D2.[對(duì)導(dǎo)體伏安特性的理解](多選)導(dǎo)體的伏安特性曲線表示導(dǎo)體的導(dǎo)電特性．如圖所示是A、B兩個(gè)導(dǎo)體的伏安特性曲線，其中圖線A的斜率為k，并且圖線A與橫軸成α角．關(guān)于這兩個(gè)導(dǎo)體的伏安特性曲線，下列說法正確的是()A．兩條圖線的交點(diǎn)表示此狀態(tài)下兩導(dǎo)體的電阻相等B．導(dǎo)體A的電阻值不隨電壓變化而變化，B的電阻隨電壓的增大而減小C．導(dǎo)體B是非線性元件，曲線上某點(diǎn)切線的斜率為相應(yīng)狀態(tài)的電阻的倒數(shù)D．導(dǎo)體A為線性元件，且RA＝eq\f(1,k)＝eq\f(1,tanα)Ω解析：兩條圖線的交點(diǎn)表示兩電阻的U和I相等，此時(shí)電阻R＝eq\f(U,I)，則電阻也相等，故A正確；I-U圖像中圖線上的點(diǎn)與原點(diǎn)的連線的斜率表示電阻的倒數(shù)，根據(jù)圖像可知，導(dǎo)體A的電阻值不隨電壓變化而變化，B的電阻隨電壓的增大而減小，故C錯(cuò)誤，B正確；導(dǎo)體A的伏安特性曲線是直線，則導(dǎo)體A為線性元件，圖線A的斜率k等于導(dǎo)體A電阻的倒數(shù)，但傾角的正切值與橫軸和縱軸的單位長度有關(guān)，則RA＝eq\f(1,k)≠eq\f(1,tanα)Ω，故D錯(cuò)誤．答案：AB考點(diǎn)電功電功率焦耳定律典例3(2024·江蘇無錫高三期末)如圖所示為某款掃地機(jī)器人，其內(nèi)置鋰電池容量為5000mA·h，在一般情況下，充滿一次電可供其正常工作的時(shí)間為150min.已知該掃地機(jī)器人的額定功率為30W，則下列說法正確的是()A．掃地機(jī)器人正常工作時(shí)的電流是0.2AB．掃地機(jī)器人正常工作時(shí)的電壓為15VC．掃地機(jī)器人正常工作150min消耗的電能為