高三物理電功及電功率

關(guān)于高三物理電功及電功率第1頁(yè)，共13頁(yè)，2023年，2月20日，星期日1.在本章中，高考命題頻率最大的是實(shí)驗(yàn)。本章共包含4個(gè)實(shí)驗(yàn)，在每年高考試題中，實(shí)驗(yàn)題一般是這些實(shí)驗(yàn)的變形，其中，測(cè)定電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻、測(cè)定金屬的電阻率(含螺旋測(cè)微器的使用)、描繪小燈泡的伏安特性曲線、多用電表的使用等，是近幾年高考中高考實(shí)驗(yàn)命題的熱點(diǎn)，而且近兩年高考實(shí)驗(yàn)題都具有一個(gè)突出特點(diǎn)——往往是教材相關(guān)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)或變形。

2.閉合電路的動(dòng)態(tài)分析及電路故障的判斷分析，一直是近幾年高考命題的熱點(diǎn)，多以選擇題形式出現(xiàn)。

3.將生活、生產(chǎn)實(shí)際中的電路進(jìn)行分析或計(jì)算，已成為高考命題的趨勢(shì)。

本章的核心內(nèi)容是閉合電路歐姆定律，重點(diǎn)是電路分析計(jì)算和電路設(shè)計(jì)、實(shí)際問(wèn)題的解決。由本章的特點(diǎn)，學(xué)生實(shí)驗(yàn)多，且為高考命題的重點(diǎn)，因此在復(fù)習(xí)時(shí)要注重實(shí)驗(yàn)的基本原理和研究方法，還要注重實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新思維，能根據(jù)要求設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電路和應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題。第2頁(yè)，共13頁(yè)，2023年，2月20日，星期日

如圖7-1-2所示，AD表示粗細(xì)均勻的一段導(dǎo)體l，兩端加一定的電壓，導(dǎo)體中的自由電荷沿導(dǎo)體定向移動(dòng)的速度為v，設(shè)導(dǎo)體的橫截面積為S，導(dǎo)體每單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)為n，每個(gè)自由電荷所帶的電荷量為q。

AD導(dǎo)體中的自由電荷總數(shù)：N=nlS

總電荷量Q=Nq=nlSq

所有這些電荷都通過(guò)橫截面D所需要的時(shí)間：t=l/v

所以導(dǎo)體AD上的電流：I=Q/t=nlSq/(l/v)=nqSv。由此可見(jiàn)，從微觀上看，電流取決于導(dǎo)體中自由電荷的密度、電荷量、定向移動(dòng)速度，還與導(dǎo)體的橫截面積有關(guān)。要點(diǎn)一電流的微觀表達(dá)式圖7-1-2名師支招：

(1)由I=nqSv可以看出，導(dǎo)體橫截面積越大的位置，自由電荷定向移動(dòng)的速率越小。

(2)公式I=nqSv是由I=Q/t推導(dǎo)出來(lái)的，適合于從微觀出發(fā)研究電流的形成，其中n為導(dǎo)體單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)。學(xué)案1電流電阻電功及電功率第3頁(yè)，共13頁(yè)，2023年，2月20日，星期日1.W=IUt普遍適用于計(jì)算任何一段電路上的電功。P=IU普遍適用于計(jì)算任何一段電路上消耗的電功率。

2.Q=I2Rt，只用于計(jì)算電熱。

3.對(duì)純電阻電路來(lái)說(shuō)，由于電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，所以有關(guān)電功、電功率的所有公式和形式都適用，即W=IUt=I2Rt=U2/Rt，P=IU=I2R=U2/R。

4.在非純電阻電路中，總電能中的一部分轉(zhuǎn)化為熱能，另一部分轉(zhuǎn)化為其他形式的能，電熱仍用Q=I2Rt計(jì)算。這時(shí)，W總=IUt>Q=I2Rt，同理P總>P熱。

5.用電器的額定功率和實(shí)際功率用電器正常工作條件下所加的電壓叫做額定電壓，額定電壓下消耗的功率是額定功率，即P額=I額U額。實(shí)際功率是指用電器在實(shí)際電壓下消耗的功率，即P實(shí)=I實(shí)U實(shí)，P實(shí)不一定等于P額，若U實(shí)>U額，則P實(shí)>P額，用電器可能被燒毀。要點(diǎn)二正確理解電功和電功率的幾個(gè)公式第4頁(yè)，共13頁(yè)，2023年，2月20日，星期日有一個(gè)直流電動(dòng)機(jī)，把它接入0.2V電壓的電路中，電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)，測(cè)得流過(guò)電動(dòng)機(jī)的電流是0.4A；若把電動(dòng)機(jī)接入2.0V電壓的電路中，電動(dòng)機(jī)正常工作，工作電流是1.0A。求電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)的輸出功率是多大？如果在電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)，轉(zhuǎn)子突然被卡住，電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱功率是多大？【答案】1.5W8W

＊體驗(yàn)應(yīng)用＊第5頁(yè)，共13頁(yè)，2023年，2月20日，星期日【例1】如圖7-1-3所示為某種帶有一價(jià)離子的水溶液中，正負(fù)離子在定向移動(dòng)，方向如圖。如果測(cè)得2s內(nèi)分別有1.0×1018個(gè)正離子和負(fù)離子通過(guò)溶液內(nèi)部的橫截面

M，試問(wèn)：溶液中電流的方向如何？電流多大？熱點(diǎn)一電流的計(jì)算【名師支招】本題的關(guān)鍵是正確把握電流定義式I=q/t中電量的含義，注意兩方面的理解：

(1)q是通過(guò)橫截面的電量，該“橫截面”未必一定是單位橫截面；

(2)負(fù)離子的定向移動(dòng)等效看作是正離子反方向的定向移動(dòng)。當(dāng)異種電荷反方向通過(guò)某一個(gè)橫截面時(shí)，q=|q1|+|q2|；當(dāng)異種電荷同方向通過(guò)某一個(gè)橫截面時(shí)，q=|q1|-|q2|?！窘馕觥克芤簩?dǎo)電是靠自由移動(dòng)的正負(fù)電荷，它們?cè)陔妶?chǎng)的作用下向相反方向定向移動(dòng)。電學(xué)中規(guī)定，電流的方向?yàn)檎姾啥ㄏ蛞苿?dòng)的方向，所以溶液中電流的方向與正離子定向移動(dòng)的方向相同，即由A指向B。每個(gè)離子的電荷量為1e=1.6×10-19C。該水溶液導(dǎo)電時(shí)負(fù)電荷由B向A運(yùn)動(dòng)，負(fù)離子的定向移動(dòng)可以等效看作是正離子反方向的定向移動(dòng)。所以，一定時(shí)間內(nèi)通過(guò)橫截面的電量應(yīng)該是正負(fù)兩種離子電荷量的絕對(duì)值之和。

I=q/t=(q1+q2)/t=(1.0×1018×1.6×10-19+1.0×1018×1.6×10-19)/2A=0.16A?！敬鸢浮緼指向B0.16A圖7-1-3第6頁(yè)，共13頁(yè)，2023年，2月20日，星期日

1若氫原子的核外電子繞核做半徑為r的勻速圓周運(yùn)動(dòng)，則其角速度ω=______；電子繞核的運(yùn)動(dòng)可等效為環(huán)形電流，則電子運(yùn)動(dòng)的等效電流I=_______。(已知電子的質(zhì)量為m，電荷量為e，靜電力恒量用k表示)第7頁(yè)，共13頁(yè)，2023年，2月20日，星期日【例2】［2009年高考全國(guó)理綜卷Ⅰ］材料的電阻率ρ隨溫度變化的規(guī)律為ρ=ρ0(1+αt),其中α稱為電阻溫度系數(shù)，ρ0是材料在t=0℃時(shí)的電阻率。在一定的溫度范圍內(nèi)α是與溫度無(wú)關(guān)的常量。金屬的電阻一般隨溫度的增加而增加，具有正溫度系數(shù)；而某些非金屬如碳等則相反，具有負(fù)溫度系數(shù)。利用具有正負(fù)溫度系數(shù)的兩種材料的互補(bǔ)特性，可制成阻值在一定溫度范圍內(nèi)不隨溫度變化的電阻。已知：在0℃時(shí)，銅的電阻率為1.7×10-8Ω·m，碳的電阻率為3.5×10-5Ω·m；在0℃附近，銅的電阻溫度系數(shù)為

3.9×10-3℃-1，碳的電阻溫度系數(shù)為-5.0×10-4℃-1。將橫截面積相同的碳棒與銅棒串接成長(zhǎng)1.0m的導(dǎo)體，要求其電阻在0℃附近不隨溫度變化，求所需碳棒的長(zhǎng)度(忽略碳棒和銅棒的尺寸隨溫度的變化)?！久麕熤д小勘绢}考查重點(diǎn)是電阻定律及其應(yīng)用，考查了利用題敘述材料進(jìn)行推理能力及應(yīng)用數(shù)學(xué)知識(shí)解決問(wèn)題的能力。【解析】設(shè)所需碳棒的長(zhǎng)度為l1，電阻率為ρ1，電阻溫度系數(shù)為α1；銅棒的長(zhǎng)度為l2，電阻率為ρ2，電阻溫度系數(shù)為α2。由題意，得

ρ1=ρ10(1+α1t)①ρ2=ρ20(1+α2t)②

式中ρ10、ρ20分別為碳和銅在0℃時(shí)的電阻率。設(shè)碳棒的電阻為R1，銅棒的電阻為R2。根據(jù)電阻定律，有

R1=ρ1l1/S③R2=ρ2l2/S④

其中S為碳棒和銅棒的橫截面積。碳棒與銅棒連接成的導(dǎo)體的總電阻和總長(zhǎng)度分別為

R=R1+R2⑤l0=l1+l2⑥

式中l(wèi)0=1.0m

由①②③④⑤⑥得

R=ρ10l1/S+ρ20l2/S+(ρ10α1l1+ρ20α2l2)/St⑦

要使R不隨t變化，⑦式中t的系數(shù)必須為零，即

ρ10α1l1+ρ20α2l2=0⑧

由⑥⑧兩式，有

l1=ρ20α2/(ρ20α2-ρ10α1)l0⑨

代入數(shù)據(jù)得l1=3.8×10-3m。熱點(diǎn)二電阻定律的應(yīng)用【答案】3.8×10-3m第8頁(yè)，共13頁(yè)，2023年，2月20日，星期日

2【答案】64:1

兩根完全相同的金屬導(dǎo)線，如果把其中的一根均勻拉長(zhǎng)到原來(lái)的4倍，把另一根導(dǎo)線對(duì)折后絞合起來(lái)，則它們的電阻之比是多少？第9頁(yè)，共13頁(yè)，2023年，2月20日，星期日【例3】電熱毯、電飯鍋等是人們常用的電熱式家用電器，它們一般具有加熱和保溫功能，其工作原理大致相同。圖7-1-4為某種電熱式電器的簡(jiǎn)化電路圖，主要元件有電阻絲R1、R2和自動(dòng)開(kāi)關(guān)S。

(1)當(dāng)自動(dòng)開(kāi)關(guān)S閉合和斷開(kāi)時(shí)，用電器分別處于什么狀態(tài)？

(2)用電器由照明電路供電(U=220V)，設(shè)加熱時(shí)用電器的電功率為400W，保溫時(shí)用電器的電功率為40W，則R1和R2分別為多大？

(3)若將圖7-1-4中的自動(dòng)開(kāi)關(guān)S換成理想的晶體二極管D，如圖7-1-5所示，其他條件不變，求該用電器工作1小時(shí)消耗的電能。熱點(diǎn)三電功、電功率的計(jì)算【名師支招】熟悉“用電器”在電路中使用的基本常識(shí)，用公式P=U2/R分析不同狀態(tài)下功率的差別；理想二極管在交流電中只有一半時(shí)間導(dǎo)通，是本題的解題關(guān)鍵?！窘馕觥?1)S閉合，處于加熱狀態(tài)；S斷開(kāi)，處于保溫狀態(tài)。

(2)由功率公式得

P1=U2/R1①

P2=U2/(R1+R2)②

聯(lián)立①②得R1=121Ω，R2=1089Ω(3)W=P1t/2+P2t/2=0.22kW·h(或