1、第七章恒 定 電 流 第1講電流 電阻 電功及電功率,知識點(diǎn) 1 電阻定律 電流 定義：電荷定向移動時，在_內(nèi)通過 導(dǎo)體任一橫截面的電荷量。 1.電流 方向：規(guī)定為正電荷定向移動的方向。 定義式：I=_。 2.電阻 (1)定義式：R=_。 (2)物理意義：導(dǎo)體的電阻反映了導(dǎo)體對電流的_。,阻礙作用,單位時間,3.電阻定律 (1)內(nèi)容：導(dǎo)體的電阻R跟導(dǎo)體的_成正比，跟導(dǎo)體的_ _成反比，還跟導(dǎo)體的_有關(guān)。 (2)表達(dá)式：R=_。 4.電阻率 (1)計(jì)算式：= _。 (2)物理意義：反映材料的_，是表征材料性質(zhì)的物 理量。,長度l,材料,導(dǎo)電性能,橫截,面積S,(3)電阻率與溫度的關(guān)系。 金屬：電

2、阻率隨溫度升高而_。 半導(dǎo)體：電阻率隨溫度升高而_。 超導(dǎo)體：當(dāng)溫度降低到_附近時，某些材料的電阻 率突然_，成為超導(dǎo)體。,增大,減小,絕對零度,變?yōu)榱?知識點(diǎn) 2 電功率、焦耳定律 1.電功 (1)定義：電路中_移動電荷做的功。 (2)公式：W=qU=_。 (3)電流做功的實(shí)質(zhì)：_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)電流做的功，表示電流做功的_。 (2)公式:P= =_。,電場力,UIt,電能,快慢,UI,3.焦耳定律 (1)電熱:電流流過一段導(dǎo)體時產(chǎn)生的_。 (2)計(jì)算式:Q=_。,熱量,I2Rt,【思考辨析】 (1)電荷定向移動的方向?yàn)殡娏鞯姆较颉? ) (2)電

3、流微觀表達(dá)式InqSv中v為光速。( ) (3)由 可知，電阻與電流、電壓都有關(guān)系。( ) (4)由 知，導(dǎo)體電阻率與導(dǎo)體的電阻和橫截面積的乘積 RS成正比，與導(dǎo)體的長度l成反比。( ) (5)電阻率是由導(dǎo)體材料本身決定的。( ) (6)電風(fēng)扇屬于純電阻，其電功等于電熱。( ) (7)對純電阻可以用 計(jì)算電功率。( ),分析：規(guī)定正電荷定向移動的方向?yàn)殡娏鞯姆较颍?1)錯； 在InqSv中,v為自由電荷定向移動的速率，不等于光速， (2)錯； 為電阻的定義式，而不是決定式，R與U、I無關(guān)， (3)錯；電阻率是由導(dǎo)體材料本身決定的，與導(dǎo)體本身的長度、 粗細(xì)無關(guān)，故(4)錯，(5)對；電風(fēng)扇由于要

4、輸出機(jī)械能，不是 純電阻，其電流做的功要大于電熱，故(6)錯；對純電阻來說, 歐姆定律成立，把 代入P=UI可得 ，故(7)對。,考點(diǎn) 1 電流的三個公式(三年2考) 對比分析 【考點(diǎn)解讀】三個公式的比較,【典例透析1】截面直徑為d、長為L的導(dǎo)線，兩端電壓為U，當(dāng) 這三個量中的一個改變時，對自由電子定向移動平均速率的影 響，下列說法正確的是( ) A.電壓U加倍時，自由電子定向移動的平均速率不變 B.導(dǎo)線長度L加倍時，自由電子定向移動的平均速率減為原來 的一半 C.導(dǎo)線截面直徑d加倍時，自由電子定向移動的平均速率不變 D.導(dǎo)線截面直徑d加倍時，自由電子定向移動的平均速率加倍,【解題探究】(1)

5、請寫出以下三個表達(dá)式： 電流的微觀表達(dá)式：I=_； 電阻定律：R=_； 歐姆定律：I= 。 (2)根據(jù)以上三個表達(dá)式導(dǎo)出自由電子定向移動的速率表達(dá)式為v= 。,neSv,【解析】選B、C。根據(jù)電流I的微觀表達(dá)式、定義式以及電阻 的決定式可得： 所以 由此可知電壓U 加倍時，自由電子定向移動的平均速率v加倍，A錯誤；導(dǎo)線長 度L加倍時，自由電子定向移動的平均速率減半，B正確；導(dǎo)線 截面直徑d加倍時，自由電子定向移動的平均速率v不變，C正 確，D錯誤。,【互動探究】典例透析1中，若保持d、L、U不變，而換用其他 材料的導(dǎo)線，則自由電子的平均速率是否改變？ 【解析】由I=neSv和 再根據(jù) 可得：

6、，故自 由電子的平均速率和導(dǎo)體單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)目n、導(dǎo)體的 電阻率有關(guān)。故換用其他材料的導(dǎo)線時，由于不同材料的n和 一般不同，所以自由電子的平均速率可能改變，也可能不變。 答案：可能改變，也可能不變,【總結(jié)提升】 電流微觀表達(dá)式的相關(guān)說明 (1)判斷某個量與其他量的變化關(guān)系，可以根據(jù)公式推導(dǎo)出該物理量的表達(dá)式,就能看出該物理量與其他量是否有關(guān)，以及隨其他量的變化如何變化等。 (2)電流的微觀表達(dá)式在金屬導(dǎo)體、靜電除塵、電視機(jī)顯像管等問題中都有應(yīng)用。,考點(diǎn) 2 電阻、電阻定律的應(yīng)用(三年2考) 拓展延伸 【考點(diǎn)解讀】 1.R= 與R= 的比較,2.電阻率的理解 (1)電阻率可以用 計(jì)算，在

7、數(shù)值上等于用某種材料制成 的長為1 m、橫截面積為1 m2的導(dǎo)線的電阻值。 (2)電阻率與導(dǎo)體材料有關(guān)，與導(dǎo)體長度l、橫截面積S無關(guān)。 (3)電阻率與溫度有關(guān)。例如，金屬材料的電阻率隨溫度的升 高而增大。半導(dǎo)體材料的電阻率隨溫度的升高而減小。有些材 料的電阻率幾乎不受溫度的影響，可制作標(biāo)準(zhǔn)電阻。,【典例透析2】(2013廣州模擬)有兩根完全相同的金屬裸導(dǎo) 線A和B，如果把導(dǎo)線A均勻拉長到原來的2倍，導(dǎo)線B對折后絞 合起來，然后分別加上相同的恒定電壓，則其電阻之比為( ) A.116 B.161 C.14 D.41 【解題探究】(1)導(dǎo)體被拉伸或絞合后不變的兩個物理量是 _和_。 (2)若A、B

8、導(dǎo)線原來的電阻為R,則 均勻拉長到原來的2倍后，A的電阻RA=_； 對折絞合后，B的電阻RB=_。,4R,導(dǎo)體的電阻率,導(dǎo)體的體積,【解析】選B。某導(dǎo)體的形狀改變后，由于質(zhì)量和材料不變， 則總體積不變、電阻率不變，當(dāng)長度l和面積S變化時，應(yīng)用 V=Sl來確定S、l在形變前后的關(guān)系，分別用電阻定律即可求 出l、S變化前后導(dǎo)體的電阻關(guān)系。 一根給定的導(dǎo)線體積不變，若均勻拉長為原來的2倍，則橫截 面積為原來的 ，設(shè)A、B導(dǎo)線的原長為l，橫截面積為S，電阻 為R，則：lA=2l，SA= ，lB= ，SB=2S 故 所以RARB=4R =161。,【總結(jié)提升】導(dǎo)體形變后電阻的分析方法 某一導(dǎo)體的形狀改變

9、后，討論其電阻變化應(yīng)抓住以下三點(diǎn)： (1)導(dǎo)體的電阻率不變。 (2)導(dǎo)體的體積不變，由V=lS可知l與S成反比。 (3)在、l、S都確定之后，應(yīng)用電阻定律 求解。,【變式訓(xùn)練】某用電器與供電電源距離L，線路上的電流為I， 若要求線路上的電壓降不超過U，已知輸電導(dǎo)線的電阻率為, 那么，該輸電導(dǎo)線的橫截面積的最小值是( ) A. B. C. D. 【解析】選B。由電阻的定義式有 結(jié)合電阻定律 得 B正確。,【變式備選】如圖甲為一測量電解液電阻率的玻璃容器，P、Q為電極，設(shè)a=1 m,b=0.2 m,c=0.1 m，當(dāng)里面注滿某電解液，且P、Q加上電壓后，其U-I圖線如圖乙所示，當(dāng)U=10 V時，求

10、電解液的電阻率是多少？,【解析】由題圖乙可求得電解液的電阻為 由題圖甲可知電解液長為l=a=1 m 橫截面積為S=bc=0.02 m2 結(jié)合電阻定律 得 答案：40 m,考點(diǎn) 3 電功與電熱(三年2考) 解題技巧 【考點(diǎn)解讀】,【典例透析3】(2013深圳模擬)有一個小型直流電動機(jī)，把 它接入電壓為U10.2 V的電路中時，電動機(jī)不轉(zhuǎn)，測得流過 電動機(jī)的電流是I1=0.4 A;若把電動機(jī)接入U(xiǎn)22.0 V的電路 中，電動機(jī)正常工作，工作電流是I2=1.0 A，求電動機(jī)正常工 作時的輸出功率多大？如果在電動機(jī)正常工作時，轉(zhuǎn)子突然被 卡住，此時電動機(jī)的發(fā)熱功率是多大？ 【解題探究】試分析電動機(jī)何時

11、為純電阻，何時為非純電阻： (1)電動機(jī)不轉(zhuǎn)時為_； (2)電動機(jī)正常工作時為_。,純電阻,非純電阻,【解析】U1=0.2 V時，電動機(jī)不轉(zhuǎn)，此時電動機(jī)為純電阻，故 電動機(jī)線圈內(nèi)阻 時，電動機(jī)正 常工作。此時電動機(jī)為非純電阻，則由電功率與熱功率各自的 定義式，得 P電U2I22.01.0 W=2 W。 P熱 =1.020.5 W=0.5 W。 所以由能量守恒可得電動機(jī)的輸出功率 P出P電-P熱2 W-0.5 W1.5 W。,此時若電動機(jī)突然被卡住，則電動機(jī)又為純電阻，其熱功率 答案：1.5 W 8 W,【總結(jié)提升】非純電阻問題的“三大注意” (1)無論是純電阻還是非純電阻，電功均為W=UIt，

12、電熱均為 Q=I2Rt。 (2)處理非純電阻的計(jì)算問題時，要善于從能量轉(zhuǎn)化的角度出 發(fā)，緊緊圍繞能量守恒，利用“電功電熱+其他能量”尋找 等量關(guān)系求解。 (3)非純電阻在一定條件下可當(dāng)作純電阻處理，如電動機(jī)卡住 不轉(zhuǎn)時即為純電阻。,【變式訓(xùn)練】如圖所示，有一個 提升重物用的直流電動機(jī)，電阻 為r=0.6 ，電路中的固定電阻 R10 ，電路兩端的電壓 U=160 V，理想電壓表的示數(shù) U=110 V，則通過電動機(jī)的電 流是多少，電動機(jī)的輸入功率和 輸出功率又各是多少？,【解析】由電路圖可知，電阻R與電動機(jī)串聯(lián)，所以電流相等，對電阻R根據(jù)歐姆定律得： 電動機(jī)的輸入功率P=IU=5110 W=550

13、 W 電動機(jī)的發(fā)熱功率P1=I2r=520.6 W=15 W 所以電動機(jī)的輸出功率P出P-P1535 W。 答案：5 A 550 W 535 W,【典例透析】家用電器即使沒有使用，只要插頭插在電源上處于待機(jī)狀態(tài)，也會消耗電能。根據(jù)下表提供的數(shù)據(jù)，估算這些電器待機(jī)1天耗電約為( ) A.0.3度 B.0.6度 C.0.9度 D.1.2度,【備選例題】,【規(guī)范解答】選A。1度3.6106 J，這些電器待機(jī)一天耗 電W=Pt=(4+1+4+2)243 600 J=9.5105 J=0.3度。故A正 確，B、C、D錯誤。,“柱體微元”模型求解電流大小 1.模型構(gòu)建 帶電粒子在外加電場的作用下，形成定向

14、移動的粒子流，從中取一圓柱形粒子流作為研究對象即為“柱體微元”模型。 2.模型條件 (1)外加電壓為恒定電壓； (2)帶電粒子流僅帶一種電荷； (3)帶電粒子在柱體內(nèi)做定向移動。,3.模型特點(diǎn) (1)柱體的長 l 柱體的橫截面積 S (2)帶電粒子在柱體內(nèi)做勻加速直線運(yùn)動。 4.處理思路 (1)選取一小段粒子流為柱體微元。 (2)運(yùn)用相關(guān)物理規(guī)律，結(jié)合柱體微元和整體對象的關(guān)聯(lián)性進(jìn) 行分析計(jì)算。,【典例】來自質(zhì)子源的質(zhì)子(初速度為零)，經(jīng)一加速電壓為 800 kV的直線加速器加速，形成電流強(qiáng)度為1 mA的細(xì)柱形質(zhì)子流。已知質(zhì)子電荷量e=1.6010-19 C。這束質(zhì)子流每秒打到靶 上的個數(shù)為多少

15、？假定分布在質(zhì)子源到靶之間的加速電場是均 勻的，在質(zhì)子束中與質(zhì)子源相距L和4L的兩處，各取一段極短的 相等長度的質(zhì)子流，其中的質(zhì)子數(shù)分別為N1和N2，則N1N2等 于多少？,【深度剖析】質(zhì)子流每秒打到靶上的質(zhì)子數(shù)由 可知 (個)。 建立如圖所示的“柱體微元”模型，設(shè)質(zhì)子經(jīng)過距質(zhì)子源L和 4L處時的速度分別為v1、v2，在L和4L處作兩個長為L(極短) 的柱體微元。因L極短，故L和4L處的兩個柱體微元中的質(zhì)子 的速度可分別視為v1、v2。對于這兩個柱體微元，設(shè)單位體積 內(nèi)質(zhì)子數(shù)分別為n1和n2，由 可知，I1=n1eSv1， I2=n2eSv2，作為串聯(lián)電路，各處的電流相等，所以I1=I2，故,

16、根據(jù)動能定理，分別有 可得 ，所以有 ，因此，兩柱體微元中的質(zhì)子數(shù) 之比 答案：6.251015個 21,【名師指津】在利用“柱體微元”模型求解電流大小時應(yīng)注意 模型的建立。 如圖所示，粗細(xì)均勻的一段導(dǎo)體長為l，橫截面積為S，導(dǎo)體單 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，當(dāng)導(dǎo) 體兩端加上一定的電壓時，導(dǎo)體中的自由電荷沿導(dǎo)體定向移動 的速率為v。,(1)導(dǎo)體內(nèi)的總電荷量：Q=nlSq。 (2)電荷通過橫截面D的時間： (3)電流表達(dá)式：,【變式訓(xùn)練】如圖所示，一根橫截面積為S的均勻長直橡膠 棒上均勻帶有負(fù)電荷，設(shè)棒單位長度內(nèi)所含的電荷量為q， 當(dāng)此棒沿軸線方向做速度為v的勻速直線運(yùn)

17、動時，由于棒的運(yùn) 動而形成的等效電流大小為( ) A. vq B. C.qvS D.,【解析】選A。在垂直棒的運(yùn)動方向選取一橫截面，設(shè)棒長 為l，則棒上所有電荷通過這一橫截面所用的時間 由 電流的定義式 可得： 故A正確。,【雙基題組】 1.某電解池，如果在1秒鐘內(nèi)共有5.01018個二價正離子和 1.01019個一價負(fù)離子通過某橫截面，那么通過這個橫截面 的電流是( ) A.0 A B. 0.8 A C.1.6 A D.3.2 A 【解析】選D。通過橫截面的正離子的電量q1=1.610-192 5.01018 C。通過橫截面的負(fù)離子的電量q2=-1.610-19 1.01019 C，則q=|

18、q1|+|q2|=3.2 C，根據(jù) ，故D正確。,2.(2013杭州模擬)關(guān)于材料的電阻率，下列說法正確的 是( ) A.把一根長導(dǎo)線截成等長的三段，則每段的電阻率都是原 來的 B.材料的電阻率隨溫度的升高不一定增大 C.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(dǎo)電性能好壞的物理量，電阻率越大 的導(dǎo)體對電流的阻礙作用越大,【解析】選B、C。材料的電阻率與長度無關(guān)，A錯誤；半導(dǎo)體材料的電阻率隨溫度升高而減小，故B正確；純金屬的電阻率較合金的電阻率小，C正確；電阻率大的導(dǎo)體，電阻不一定大，故D錯誤。,3.(2013濟(jì)南模擬)如圖所示，R1和R2是同種材料、厚度相 同、表面為正方形的導(dǎo)體，但R1的尺寸比R2的尺寸大。在兩導(dǎo) 體上加相同的電壓，通過兩導(dǎo)體的電流方向如圖，則下列說法 中正確的是( ),A.R1中的電流小于R2中的電流 B.R1中的電流等于R2中的電流 C.R1中自由電荷定向移動的速率大于R2中自由電荷定向移動的 速率 D.R1中自由電荷定向移動的速率小于R2中自由電荷定向移動的 速率 【解析】選B、D。設(shè)正方形邊長為L、厚度為d，則 則 相等，