第1课 部分电路的欧姆定律及其应用

第八章电路考试大纲新课程标准1.欧姆定律Ⅱ2.电阻定律Ⅰ3.电阻的串、并联Ⅰ4.电源的电动势和内电阻Ⅱ5.闭合电路的欧姆定律Ⅱ6.电功率、焦耳定律Ⅰ7.实验：测定金属的电阻率(同时练习使用螺旋测微器)8.实验：描绘小电珠的伏安特性曲线9.实验：测定电源的电动势和内阻10.实验：练习使用多用电表(1)观察并尝试识别常见的电路元器件，初步了解它们在电路中的作用.(2)初步了解多用电表的原理．通过实际操作学会使用多用电表.(3)通过实验，探究决定导线电阻的因素，知道电阻定律.(4)知道电源的电动势和内阻，理解闭合电路的欧姆定律.(5)测量电源的电动势和内阻.(6)知道焦耳定律，了解焦耳定律在生活、生产中的应用.复习策略：在复习本章的过程中，要注意：定义式与决定式的区分；基本概念、基本规律的理解和应用，如正确区分各种功率(电功率、热功率、机械功率等)之间的相互关系、计算公式，纯电阻电路与非纯电阻电路的区别；电学中实验的复习，如伏安法测电阻两种接法的选择、滑动变阻器的分压接法与限流接法以及电路故障分析．还要注意理论联系实际，加深和巩固对基本知识的理解，要注意总结解决问题的方法和思路，提高应用知识解决实际问题的能力．记忆秘诀：直流电路若动态：“牵一发而动全身”；思维方法要记住：“先农村包围城市，再城市撤向农村．”本章实验有四台，台台都可出大牌；什么伏伏安安法，实质都是伏安法．第一单元 电 路 基 础第1课 部分电路的欧姆定律及其应用考点一 电阻定律1．电流：⎩⎨⎧定义：自由电荷的定向移动形成电流.方向：规定为正电荷定向移动的方向.定义式：I ＝qtＷ.2．电阻．(1)定义式：R ＝UI．(2)物理意义：导体的电阻反映了导体对电流的阻碍作用． 3．电阻定律．(1)内容：均匀导体的电阻R 跟它的长度L 成正比，跟它的横截面积S 成反比．(2)表达式：R ＝ρLS .4．电阻率． (1)计算式：ρ＝R SL．(2)物理意义：反映导体的导电性能，是表示材料性质的物理量． (3)电阻率与温度的关系．①金属：电阻率随温度升高而增大．②半导体：电阻率随温度升高而减小．③超导体：当温度降低到绝对零度附近时，某些材料的电阻率突然变为零，成为超导体．考点二电功率、焦耳定律1．电功．(1)定义：在一段电路中电场力所做的功．(2)公式：W＝qU＝UIt．(3)电流做功的实质：电能转化成其他形式的能的过程．2．电功率．(1)定义：单位时间内电流做的功．(2)公式：P＝Wt＝UI．3．焦耳定律．(1)电热：电流流过一段导体时发出的热量．(2)计算公式：Q＝I2Rt．4．热功率．(1)定义：一段电路因发热而消耗的功率．(2)纯电阻电路热功率公式：P热＝I2R．考点三欧姆定律1．内容：通过某段电路的电流跟导体两端的电压成正比，跟导体本身的电阻成反比，公式为I＝UR.2．图象．定值电阻的IU图象是一条过原点的直线，直线的斜率k＝IU＝1R；定值电阻的UI图象也是一条过原点的直线，直线的斜率k′＝UI＝R.3．适用条件：适用于金属导电和电解液导电，不适用于气体和半导体导电．考点四电阻的串联、并联1．串、并联电路的特点.2.几个有用的结论．(1)串联电路的总电阻大于电路中任意一个电阻，电路中任意一个电阻变大时，总电阻变大．(2)并联电路的总电阻小于电路中任意一个电阻，任意一个电阻变大时，总电阻变大．(3)无论电阻怎样连接，每一段电路消耗的电功率P 总等于各个电阻消耗的电功率之和．1．把两根同种材料做成的电阻丝，分别接在两个电路中，甲电阻丝长为l ，直径为d ，乙电阻丝长为2l ，直径为2d ，要使两电阻丝消耗的功率相等，加在两电阻丝上的电压应满足(C )A.U 甲U 乙＝1B.U 甲U 乙＝22C.U 甲U 乙＝ 2D.U 甲U 乙＝2 解析：根据电阻定律R 甲＝ρl S 甲，R 乙＝ρ2l S 乙，P 甲＝U 2甲R 甲，P 乙＝U 2乙R 乙，若使P 甲＝P 乙，即U 2甲R 甲＝U 2乙R 乙，U 2甲U 2乙＝R 甲R 乙＝ρlπ（d/2）2ρ2l πd 2＝2，U 甲U 乙＝2，所以选项C 是正确的．2．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 为图线的切线，PQ 为U 轴的垂线，PM 为I 轴的垂线，下列说法中错误的是(C)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＝U1 I2C．对应P点，小灯泡的电阻为R＝U1 I2－I1D．对应P点，小灯泡的功率为图中矩形PQOM所围的面积解析：在IU图象中，图线上某点与原点的连线的斜率表示电阻的倒数，图象中连线的斜率逐渐减小，电阻应逐渐增大；对应P点，小灯泡的电压为U1，电流为I2，根据欧姆定律可知，小灯泡的电阻应为R＝U1I2；其工作功率为P＝U1I2，即为图中矩形PQOM所围的面积，因此本题应选C项．3．通常一次闪电过程历时0.2～0.3 s，它由若干个相继发生的闪击构成．每个闪击持续时间仅40～80 μs，电荷转移主要发生在第一个闪击过程中．在某一次闪电前云地之间的电势差约为 1.0×109 V，云地间距离约为1 km；第一个闪击过程中云地间转移的电荷量约为6 C，闪击持续时间约为60 μs.假定闪电前云地间的电场是均匀的．根据以上数据，下列判断正确的是(AC)A．闪电电流的瞬时值可达到1×105 AB．整个闪电过程的平均功率约为1×1014 WC．闪电前云地间的电场强度约为1×106 V/mD．整个闪电过程向外释放的能量约为6×106 J解析：由电流的定义式I ＝Q t 知I ＝660×10－6 A ＝1×105A ，A 正确；整个过程的平均功率P ＝W t ＝qU t ＝6×1.0×1090.2 W ＝3×1010 W(t代0.2或0.3)，B 错误；由E ＝U d ＝1.0×1091×103 V/m ＝1×106 V/m ，C 正确；整个闪电过程向外释放的能量为电场力做的功W ＝qU ＝6×109 J ，D 错．课时作业一、单项选择题1．如图所示，厚度均匀的矩形金属薄片边长ab ＝10 cm ，bc ＝5 cm.当将A 与B 接入电压为U 的电路中时，电流为1 A ；若将C 与D 接入同一电路中，则电流为(A )A ．4 AB ．2 A C.12 A D.14A解析：首先计算出沿A 、B 方向和沿C 、D 方向电阻的比值，再利用欧姆定律求出两种情况下的电流比．设沿A 、B 方向的横截面积为S 1，沿C 、D 方向的横截面积为S 2，则S 1S 2＝12，A 、B 接入电路中时的电阻为R 1，C 、D 接入电路中时的电阻为R 2，则有R 1R 2＝ρl ab S 1ρl bc S 2＝41.两种情况下电流之比为I 1I 2＝R 2R 1＝14，故I 2＝4I 1＝4 A ．选项A 正确．2．在如图所示的电路中，AB 为粗细均匀、长为L 的电阻丝，以A 、B 上各点相对A 点的电压为纵坐标，各点离A 点的距离x 为横坐标，则U 随x 变化的图线应为如图中的(A )解析：根据电阻定律，横坐标为x 的点与A 点之间的电阻R ＝ρx S ，这两点间的电压U ＝IR ＝IρxS (I 为电路中的电流，它是一个定值)，故U 跟x 成正比例关系，故选A.3．一台国产封闭型贮水式电热水器的铭牌上所列的主要技术参数如下表所示．根据表中所提供的数据，计算出此电热水器在额定电压下处于加热状态时，通过电热水器的电流约为(A )A.6.8 A B ．0.15 A C ．4.4 A D ．0.23 A解析：由P ＝UI 可知，该电热水器在额定电压下处于加热状态时的电流为：I ＝P U ＝1 500220A ≈6.8 A ，故选项A 正确．4．北京正负电子对撞机的储存环是周长为240 m 的近似圆形轨道．当环中电子以光速的110的速度流动而形成的电流是10 mA 时，环中运行的电子数目为(已知光速c ＝3×108 m/s ，电子电荷量e ＝1.6×10－19 C)(B )A ．5×1010B ．5×1011C ．1×102D ．1×104 解析：设单位长度上电子数目为n ， 则单位长度上电子带的电荷量q′＝ne. t 秒内电子通过的距离x ＝110×ct ，t 秒内通过某截面的电荷量q ＝xq′＝nect10.由I ＝q t 得I ＝nec 10，∴n ＝10I ec.环中电子数目N ＝240n ＝240×10×10－21.6×10－19×3×108个＝5×1011个．B 项正确．5．某厂研制的一种节能冰箱，一天的能耗只相当于一个25 瓦的灯泡一天工作的能耗，如图所示为该冰箱内的温度随时间变化的图象，则该冰箱工作时的功率为(C )A ．25 WB ．50 WC ．75 WD ．100 W解析：由冰箱内的温度随时间变化的图象可知，每小时冰箱要启动两次(20～30分钟，50～60分钟)，每次工作10分钟，共20分钟，一天工作时间为8小时，则有P ×8＝25×24 W ，解得P ＝75 W ，C 项正确．二、不定项选择题6．一根粗细均匀的金属导线，两端加上恒定电压U 时，通过金属导线的电流强度为I ，金属导线中自由电子定向移动的平均速率为v ，若将金属导线均匀拉长，使其长度变为原来的2倍，仍给它两端加上恒定电压U ，则此时(BC )A ．通过金属导线的电流为I 2B ．通过金属导线的电流为I 4C ．自由电子定向移动的平均速率为v 2D ．自由电子定向移动的平均速率为v 4解析：金属导线均匀拉长变为原来的2倍，则导线的横截面积变为原来的12，由电阻定律可得，导线的电阻变为原来的4倍，由欧姆定律可得，通过金属导线的电流变为原来的14，即为I 4，A 项错误，B 项正确；由电流的微观表达式I ＝nqSv 可以解得，金属导线中自由电子定向移动的平均速率变为原来的12，即为v 2，D 项错误，C 项正确． 7．一只电炉的电阻和一台电动机线圈电阻相同，都为R ，设通过的电流相同，时间相同，电动机正常工作，则(ABC )A ．电动机和电炉发热相同B ．电动机消耗的功率比电炉消耗的功率大C ．电动机两端电压大于电炉两端电压D ．电动机和电炉两端电压相同解析：由焦耳定律Q ＝I 2Rt 知，电炉与电动机发热相同，A 对；对电动机U>IR ，消耗的功率P 1＝UI>I 2R ，而电炉是纯电阻，P 2＝UI ＝I 2R ，所以电动机消耗的功率比电炉的大，B 正确；电动机两端电压大于电炉两端电压，C 对，D 错．8．如图所示，电阻R 1＝20 Ω，电动机绕线电阻R 2＝10Ω. 当电键S 断开时，电流表的示数是I′＝0.5 A ，当电键S 合上后，电动机转动起来，电路两端的电压不变，此时电流表的示数I 和电路消耗的电功率P 应满足(BD )A ．I ＝1.5 AB ．I<1.5 AC ．P ＝15 WD ．P<15 W解析：S 断开时，电路两端的电压U ＝I′R 1＝10 V ．S 合上后，流过电动机的电流I″<U R 2＝1 A ，则电流表的示数I ＝I′＋I ″<1.5 A ，电路消耗的电功率P ＝IU<15 W ，选项B 、D 正确．9．温度能明显地影响金属导体和半导体材料的导电性能，如图所示图线分别为某金属导体和某半导体的电阻随温度变化的关系曲线，则(CD )A ．图线1反映半导体材料的电阻随温度的变化关系B ．图线2反映金属导体的电阻随温度的变化关系C ．图线1反映金属导体的电阻随温度的变化关系D ．图线2反映半导体材料的电阻随温度的变化关系解析：金属导体的电阻随温度的升高而增大，半导体材料的电阻随温度的升高而减小，故选项C 、D 正确．10．在高速公路隧道内两侧的电灯泡不易更换，为了延长电灯泡的使用寿命，一个接口处通常安装两个完全相同的灯泡，下列说法正确的是(AC )A ．两个灯泡串联B ．两个灯泡并联C ．每个灯泡实际消耗的功率大于其额定功率的四分之一D ．每个灯泡实际消耗的功率小于其额定功率的四分之一解析：两个灯泡串联，每个灯泡承担的电压为220 2V ＝110 V ，低于额定电压，灯泡不易损坏；由P ＝U 2R ，U 变为原来的12，由于灯丝较正常发光时温度偏低，故灯丝电阻较正常发光时小，所以每个灯泡实际消耗的功率大于其额定功率的四分之一．故选项A 、C 正确．三、非选择题11．将电动势为3.0 V 的电源接入电路中，测得电源两极间的电压为2.4 V，当电路中有6 C的电荷流过时，求：(1)有多少其他形式的能转化为电能；(2)外电路中有多少电能转化为其他形式的能；(3)内电路中有多少电能转化为其他形式的能．解析：(1)W＝Eq＝3.0×6 J＝18 J，电源中共有18 J其他形式的能转化为电能．(2)W1＝U1q＝2.4×6 J＝14.4 J，外电路中共有14.4 J电能转化为其他形式的能．(3)内电压U2＝E－U1＝3.0 V－2.4 V＝0.6 V，所以W2＝U2q＝0.6×6 J＝3.6 J，内电路中共有3.6 J电能转化为其他形式的能．也可由能量守恒求出：W2＝W－W1＝3.6 J.答案：(1)18 J(2)14.4 J(3)3.6 J12．澳门半岛的葡京大酒店的葡京赌场，是世界四大赌场之一，它为政府提供了大量的财政收入．该酒店安装了一台自重200 kg的电梯，它由一台最大输出功率为15 kW的电动机带动匀速运行，从地面运动到5层(每层高4 m)用了8 s．某次向位于15层的赌场载送人时因超载而不能正常工作．(设人的平均质量为50 kg，g取10 m/s2)(1)假设该电动机是在380 V电压下运转，则空载时流过电动机的电流是多少？(2)该电梯每次最多载多少人？解析：(1)空载时，电动机输出的实际功率转化为电梯上升的机械功率．空载时：P电梯＝P电＝UI＝Mgv，其中v＝4×48m/s＝2 m/s.故有380×I＝200×10×2，解得：I≈10.5 A.(2)当电梯载人最多时，电动机的最大输出功率一部分供给电梯匀速上升，另一部分供给人，转化为人上升的机械功率，即有：15×103＝(200＋n×50)×10×2，解得：n＝11.答案：(1)10.5 A(2)11人13．电热毯、电饭锅等是人们常用的电热式家用电器，它们一般具有加热和保温功能，其工作原理大致相同．图①为某种电热式电器的简化电路图，主要元件有电阻丝R1、R2和自动开关S.(1)当自动开关S闭合和断开时，用电器分别处于什么状态？(2)用电器由照明电路供电(U＝220 V)，设加热时用电器的电功率为400 W，保温时用电器的电功率为40 W，则R1和R2分别为多大？(3)若将图①中的自动开关S换成理想的晶体二极管D，如图②所示，其他条件不变，求该用电器工作1小时消耗的电能．解析：(1)S 闭合，处于加热状态；S 断开，处于保温状态．(2)由电功率公式得：加热时：P 1＝U 2R 1， 保温时：P 2＝U 2R 1＋R 2， 联立二式得R 1＝121 Ω，R 2＝1 089 Ω.(3)理想的晶体二极管具有单向导电的特点，当二极管正向导电时，用电器处于加热状态，电流反向时，二极管没有电流通过，用电器处于保温状态．W ＝P 1t 2＋P 2t 2＝0.22 kW ·h(或7.92×105 J)． 答案：(1)加热 保温 (2)121 Ω 1 089 Ω(3)0.22 kW ·h(或7.92×105 J)。