高三新高考物理一輪人教版學案第八章第1課時電阻定律歐姆定律焦耳定律

第八章eq\a\vs4\al(\b\lc\|\rc\(\a\vs4\al\co1(,,,,,,,)))恒定電流[定標——核心素養(yǎng)]物理觀念理解電流、電功、電功率、電熱等基本概念。科學思維能夠運用閉合電路的歐姆定律解決實際問題。[定位——主干知識]1.歐姆定律2.電阻定律3.電阻的串聯(lián)、并聯(lián)4．電源的電動勢和內阻5.閉合電路的歐姆定律6.電功率、焦耳定律7．實驗：測量金屬絲的電阻率8.實驗：測量電源的電動勢和內阻9．實驗：用多用電表測量電學中的物理量第1課時電阻定律、歐姆定律、焦耳定律eq\a\vs4\al(基礎自修課)必備知識(一)電流的理解及表達式的應用1．[公式I＝eq\f(q,t)的應用]如圖所示，在1價離子的電解質溶液內插有兩根碳棒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，通過溶液內截面S的正離子數(shù)為n1，通過的負離子數(shù)為n2，設基本電荷為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．溶液內的電流方向從A→B，電流I＝eq\f(n1e,t)D．溶液內的電流方向從A→B，電流I＝eq\f(n1＋n2e,t)[系統(tǒng)歸納]三種電流表達式的比較公式公式含義定義式I＝eq\f(q,t)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從微觀上看n、q、S、v決定了I的大小決定式I＝eq\f(U,R)I由U、R決定，I∝UI∝eq\f(1,R)2.[微觀表達式I＝nqSv的應用]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，棒內單位體積自由電子數(shù)為n，電子的質量為m、電荷量為e。在棒兩端加上恒定的電壓時，棒內產(chǎn)生電流，自由電子定向運動的平均速率為v，則金屬棒內的電場強度大小為()A.eq\f(mv2,2eL) B.eq\f(mv2Sn,e)C．ρnev D.eq\f(ρev,SL)利用“柱體微元”模型求解電流的微觀問題設柱體微元的長度為L，橫截面積為S，單位體積內的自由電荷數(shù)為n，每個自由電荷的電荷量為q，電荷定向移動的速率為v，則(1)柱體微元中的總電荷量為Q＝nLSq。(2)電荷通過橫截面的時間t＝eq\f(L,v)。(3)電流的微觀表達式I＝eq\f(Q,t)＝nqvS。[精解詳析]1．選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，負電荷定向移動的方向為電流的反方向，由題圖所示可知，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，電流I＝eq\f(q,t)＝eq\f(n1e＋n2e,t)，故選項D正確，A、B、C錯誤。2．選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。必備知識(二)歐姆定律和電阻定律的理解及應用1．[電阻率的認識]下列說法中正確的是()A．由R＝eq\f(U,I)可知，電阻與電壓、電流都有關系B．由R＝ρeq\f(l,S)可知，電阻只與導體的長度和橫截面積有關系C．各種材料的電阻率都與溫度有關，金屬的電阻率隨溫度的升高而減小D．所謂超導現(xiàn)象，就是當溫度降低到接近絕對零度的某個臨界溫度時，導體的電阻率突然變?yōu)榱愕默F(xiàn)象2．[閉合電路歐姆定律和電阻定律的綜合應用](2020·浙江1月選考)小明在一根細橡膠管中灌滿食鹽水，兩端用粗銅絲塞住管口，形成一段封閉的鹽水柱，他將此鹽水柱接到電源兩端，電源電動勢和內阻恒定，握住鹽水柱兩端將它水平均勻拉伸到原長的1.2倍，若忽略溫度對電阻率的影響，則此鹽水柱()A．通過的電流增大B．兩端的電壓增大[系統(tǒng)歸納](1)物理意義：反映導體的導電性能，是導體材料本身的屬性。(2)電阻率與溫度的關系：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。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定電阻的方法，電阻與U和I無關適用于粗細均勻的金屬導體和分布均勻的導電介質適用于任何純電阻導體相同點都不能反映電阻的實質(要用微觀理論解釋)3．[導體的伏安特性曲線]如圖所示為A、B兩電阻的伏安特性曲線，關于兩電阻的描述正確的是()A．電阻A的阻值隨電流的增大而減小，電阻B的阻值不變B．在兩圖線交點處，電阻A的阻值等于電阻B的阻值C．在兩圖線交點處，電阻A的阻值大于電阻B的阻值D．在兩圖線交點處，電阻A的阻值小于電阻B的阻值導體伏安特性曲線的理解(1)圖線的意義①由于導體的導電性能不同，所以不同的導體有不同的伏安特性曲線。②伏安特性曲線上每一點的電壓坐標與電流坐標的比值，對應這一狀態(tài)下的電阻。(2)兩類圖線的比較線性元件的伏安特性曲線是過原點的直線，表明它的電阻是不變的，圖中Ra<Rb。非線性元件的伏安特性曲線是曲線，表明它的電阻是變化的，圖中Rc減小，Rd增大。[精解詳析]1．選DR＝eq\f(U,I)是電阻的定義式，R與電壓和電流無關，故A錯誤；R＝ρeq\f(l,S)是電阻的決定式，即電阻與ρ、l、S都有關系，故B錯誤；電阻率一般與溫度有關，金屬的電阻率隨溫度的升高而增大，故C錯誤；當溫度降低到接近絕對零度的某個臨界溫度時，導體的電阻率突然變?yōu)榱愕默F(xiàn)象叫超導現(xiàn)象，故D正確。2．選B根據(jù)電阻定律可知R＝ρeq\f(L,S)，橡膠管的體積不變，即R＝ρeq\f(L2,V)，由此可知當長度拉伸到原長的1.2倍時，電阻變?yōu)樵瓉淼?.44倍，選項C錯誤。根據(jù)閉合電路的歐姆定律I＝eq\f(E,R＋r)，當外電阻變大，則電流變小，內電壓變小，而路端電壓變大，因此選項A錯誤，B正確。根據(jù)P＝I2R，如果電流保持不變則電功率增大為原來的1.44倍，但是電流在變小，所以選項D錯誤。3．選B由題圖可知，電阻A的I-U圖像的斜率越來越小，故A的電阻隨電流的增大而增大，電阻B的阻值不變，故選項A錯誤；兩圖像的交點處，電流和電壓均相同，則由歐姆定律可知，兩電阻的阻值相等，故選項B正確，C、D錯誤。必備知識(三)電功、電功率及焦耳定律1．[電功率和熱功率的認識](多選)如圖所示是某一直流電動機提升重物的示意圖，重物質量m＝50kg，電源提供給電動機的電壓為U＝110V，不計各種摩擦，當電動機以v＝0.9m/s的恒定速率向上提升重物時，通過電動機的電流為I＝5.0A，重力加速度g取10m/s2，則()A．電動機的輸入功率為550WB．電動機提升重物的功率為550WC．電動機提升重物的功率為450WD．電動機的線圈電阻為22Ω2．[電功和電熱的認識](多選)如圖所示是某款吹風機的內部電路圖，它主要由電動機M和電熱絲R構成。閉合開關S1、S2后，電動機驅動風葉使其旋轉，將空氣從進風口吸入，經(jīng)電熱絲加熱，形成熱風后從出風口吹出。已知吹風機的額定電壓為220V，吹冷風時的功率為120W，吹熱風時的功率為1000W。關于該吹風機，下列說法正確的是()A．電熱絲的電阻為55ΩB．電動機的電阻約為403ΩC．當吹風機吹熱風時，電熱絲每秒鐘消耗的電能為120JD．當吹風機吹熱風時，電動機每秒鐘消耗的電能為120J,[系統(tǒng)歸納]1．電功和電熱、電功率和熱功率的比較意義公式聯(lián)系電功電流在一段電路中所做的功W＝UIt對純電阻電路，電功等于電熱，W＝Q＝UIt＝I2Rt對非純電阻電路，電功大于電熱，W＞Q電熱電流通過導體產(chǎn)生的熱量Q＝I2Rt電功率單位時間內電流所做的功P電＝UI對純電阻電路，電功率等于熱功率，P電＝P熱＝UI＝I2R對非純電阻電路，電功率大于熱功率，P電＞P熱熱功率單位時間內導體產(chǎn)生的熱量P熱＝I2R(1)在非純電阻電路中，歐姆定律不再適用，不能用歐姆定律求電流，應用P＝UI求電流。(2)在非純電阻電路中，電功大于電熱，即W>Q，這時電功只能用W＝UIt計算，電熱只能用Q＝I2Rt計算，兩式不能通用。(3)由能量守恒定律得W＝Q＋E，E為其他形式的能。對電動機來說，輸入的功率P入＝IU，發(fā)熱的功率P熱＝I2r，輸出的功率即機械功率P機＝P入－P熱＝UI－I2r。[精解詳析]1．選AC電動機的輸入功率P入＝UI＝110×5.0W＝550W，A對。提升重物的功率P出＝mgv＝50×10×0.9W＝450W，B錯，C對。由P入＝P出＋P熱和P熱＝I2R線得R線＝eq\f(P入－P出,I2)＝eq\f(550－450,25)Ω＝4Ω，D錯。2．選AD電動機和電熱絲并聯(lián)，當吹熱風時，電熱絲消耗的功率為P＝P熱－P冷＝1000W－120W＝880W，由公式P＝eq\f(U2,R)可知，R＝eq\f(U2,P)＝55Ω，故A正確；電動機為非純電阻，故不能使用公式P＝eq\f(U2,R)求解電阻，所以其電阻值不等于eq\f(1210,3)Ω≈403Ω，故B錯誤；當吹風機吹熱風時，電熱絲每秒鐘消耗的電能為W＝Pt＝(P熱－P冷)t＝(1000－120)×1J＝880J，故C錯誤；無論吹風機吹熱風還是冷風，電動機的功率都是不變的，故當吹風機吹熱風時，電動機每秒鐘消耗的電能為120J，故D正確。eq\a\vs4\al([本課小結與自主評價])[課堂鞏固落實]1．生活中的“純電阻”和“非純電阻”生活中，人們在家中會使用很多用電器，如電飯鍋、空調、冰箱、電風扇、電吹風等，這些用電器有的可以視為純電阻，有的則不是純電阻，請結合以下各題自主領悟。2．分析生活中的用電器問題的兩條思路(1)了解用電器的結構，含有電動機且正常工作的為非純電阻；不含電動機或含電動機但電動機不轉的則為純電阻。(2)從能量轉化角度來區(qū)分，若消耗的電能全部轉化為電熱，則為純電阻；若消耗的電能有一部分轉化為其他能量，則為非純電阻。1．一只電飯煲和一臺洗衣機并聯(lián)接在輸出電壓為220V的交流電源上(電源內阻可忽略不計)，均正常工作。用電流表分別測得通過電飯煲的電流是5.0A，通過洗衣機電動機的電流是0.50A，則下列說法中正確的是()A．電飯煲的電阻為44Ω，洗衣機電動機線圈的電阻為440ΩB．電飯煲消耗的電功率為1555W，洗衣機電動機消耗的電功率為155.5W×104×103JD．電飯煲發(fā)熱功率是洗衣機電動機發(fā)熱功率的10倍解析：選C由于電飯煲是純電阻元件，所以R1＝eq\f(U,I1)＝44Ω，P1＝UI1＝1100W，其在1min內消耗的電能W1＝UI1t×104J；洗衣機為非純電阻元件，所以R2≠eq\f(U,I2)，P2＝UI2＝110W，其在1min內消耗的電能W2＝UI2t×103J，其熱功率P熱≠P2，所以電飯煲發(fā)熱功率不是洗衣機電動機發(fā)熱功率的10倍。綜上可知C正確。2．為了生活方便，電熱水壺已進入千家萬戶。如果將一電熱水壺接在220V的電源兩端，經(jīng)時間t0電熱水壺的開關自動切斷，假設熱量的損失不計、加熱絲的阻值不受溫度的影響。則()A．如果將電熱水壺接在110V的電源兩端，需經(jīng)2t0的時間電熱水壺的開關自動切斷B．如果將電熱水壺接在110V的電源兩端，需經(jīng)16t0的時間電熱水壺的開關自動切斷C．如果將電熱水壺接在55V的電源兩端，需經(jīng)4t0的時間電熱水壺的開關自動切斷D．如果將電熱水壺接在55V的電源兩端，需經(jīng)16t0的時間電熱水壺的開關自動切斷解析：選D電熱水壺是純電阻元件，根據(jù)公式Q＝eq\f(U2,R)t可知，煮沸一壺水所需的熱量為Q＝eq\f(U2,R)t0，當電壓變?yōu)樵瓉淼膃q\f(1,2)時，所需熱量沒變，因此時間要變?yōu)樵瓉淼?倍，即4t0，A、B錯誤；當電壓變?yōu)樵瓉淼膃q\f(1,4)時，時間要變?yōu)樵瓉淼?6倍，即16t0，C錯誤，D正確。3．(多選)下表列出了某品牌電動自行車及所用電動機的主要技術參數(shù)，不計其自身機械損耗。若該車在額定狀態(tài)下以最大運行速度行駛，則(