河北省2011年高考物理一轮总复习课件：恒定电流 第48讲 欧姆定律 电功与电热

大纲版·跨越高考第一轮总复习物理目录第十单元恒定电流第48讲欧姆定律电功与电热第49讲欧闭合电路的姆定律第50讲实验：描绘小灯泡的伏安特性曲线测定金属的电阻率第51讲实验：把电流表改装为电压表测定电源的电动势和内阻第52讲实验：用多用电表探索黑箱内的电学元件传感器的简单应用第53讲单元小节第十单元恒定电流透析·高考动向考点题型一览无遗第48讲欧姆定律电功与电热自主·夯实基础自主预习轻松过关名师点金本讲的重点是欧姆定律,串、并联电路的电流、电压、功率的分配关系，难点为纯电阻电路与非纯电阻电路中电功的区别.要求同学们能通过联系实际的问题加深对它们的理解和应用.知识梳理一、部分电路的欧姆定律1．电流（1）电流的形成：电荷的定向移动形成电流.传播速度为光速，即c=3×108m/s.（2）电流的形成条件：①要有能自由移动的电荷；②导体两端有电压.要注意作为物理量的电流是标量，无方向性.2．电阻、电阻定律、电阻率（1）电阻：纯电阻导体两端的电压与通过它的电流的比值，即R=，表示超导体内部对定向移动电荷的碰撞阻碍，即能产生热效应的那部分阻碍.单位是欧姆，符号：Ω．1Ω=1.（2）电阻定律：在温度不变的情况下，导体的电阻跟VAUI跟它的长度成正比，跟它的横截面积成反比.其表达式（电阻的决定式）为：R=ρ.（3）电阻率①电阻率是导体材料的特征参量，与电压、电流无关，与物体的长度L、横截面积S无关，由物体的材料决定，且与温度有关.②电阻率与温度的关系：有些材料（大部分金属）的电阻率随温度的升高而增大；有些材料（如半导体）的电阻率随温度的升高而减小；也有些材料（如锰铜、康铜）的电阻率几乎不受温度的影响；当温度降到绝对零度附近时，某些材料的电阻率突然减小到零，这种现象叫超导现象，处于这种状态的导体叫做超导体.3．欧姆定律（1）内容：导体中的电流跟它两端的电压成正比，跟它的电阻成反比．LS（2）公式：I=．（3）适用范围：适用于纯电阻元件或纯电阻电路，非纯电阻电路不适用（如含电动机、电解槽、空气导电的电路）．（4）导体的伏安特性曲线：以电流为纵轴、电压为横轴画出的导体中的电流随电压的变化曲线称为导体的伏安特性曲线．若为直线，则称该元件为线性元件，如图48-1甲所示，其斜率k=；若为曲线则称为非线性元件（如压敏电阻、半导体、气态导电等），如图48-1乙所示．（5）电流：通过导体横截面的电荷量q与通过这些电荷量所用时间t的比值叫做电流．它描述电流的强弱．①电流的定义式为：I=．②其他表达式：在金属导线中有I=neSv，其中n为单位体积内自由电子的数目，S为导体的横截面积，v为自由电子UR1Rqt定向移动的速率（约为10-5m/s）；圆周运动的电荷形成的环形电流I=．③电流的方向：物理学中规定正电荷的定向移动方向为电流的方向，与负电荷定向移动的方向相反．在外电路中电流由高电势端流向低电势端，在电源内部由电源的负极流向正极．要注意作为物理量的电流是标量，无方向性．图48-1qT注意：要把非线性元件的伏安特性曲线与灯泡中灯丝的伏安特性曲线区别开来．前者是电流与电压不成正比或者说电阻随电压而变化；但后者的电阻并不是随电压而变化，而是随温度而变化的．即同样的灯丝若保持其温度恒定，则其I-U图象为直线，灯丝是线性元件．二、电功和电功率1．电功（1）实质：电流做功实际上是电场力对电荷做功，也就是电荷的电势能转化为其他形式能的过程．W=qU=UIt，适用于任何电路（2）公式W=I2Rt=t，只适用于纯电阻电路．2．电功率2UR（1）定义：单位时间内电流所做的功叫电功率．P==UI，适用于任何电路————（2）公式P=I2R=，只适用于纯电阻电路3．焦耳定律：电流通过电阻时产生的热量与电流的平方成正比，与电阻的大小成正比，与通电时间成正比，即Q=I2Rt．4．热功率：单位时间内发热的功率称为热功率，即P热=I2R．5．电功与电热的关系：电功是用电器消耗的电能，电热是用电器产生的热量．在纯电阻电路中有：W=UIt=Q=I2Rt=t；在非纯电阻电路中有：W=UIt＞Q=I2Rt（因为U＞IR）．6．额定功率与实际功率用电器正常工作时所加的电压叫做额定电压．在额定电Wt2UR2UR压下所消耗的功率叫额定功率，即P额=I额U额．实际功率是指用电器在实际电压下所消耗的功率，即P实=I实U实．如果实际功率大于额定功率，用电器可能会被烧毁．三、电阻的连接1．电阻的串联电流：I=I1=I2=…=In．电压：U=U1+U2+…+Un．电阻：R=R1+R2+…+Rn．电压分配：．功率分配：．1122，nnURUR==URUR1122，nnPRPR==PRPR2．电阻的并联电流：I=I1+I2+…+In．电压：U=U1=U2=…=Un．电阻：．电流分配：．功率分配：．121111+…n=++RRRR121211，IRIR=IRIR121211，PRPR==PRPR3．关于电阻网络总电阻的两个推论（1）对于如图48-2所示的电路：滑片由a→b滑动的过程中，RAB由0→→0，当滑片滑至ab的中点时，有：RAB=．图48-2（2）纯电阻组成的网络中，在其他电阻不变的情况下，任一电阻变大都会引起总电阻变大，反之则变小．基础自测1．(河南省桐柏实验高中2010届期末)在图48-3所示的4个图象中，最能正确地表示家庭常用的白炽电灯在不同电压下消耗的电功率P与电压平方U2之间的函数关系的是（）4R4R图48-3【解析】依据P=，图线中的斜率表示，由白炽灯的伏安曲线，可以得到选项C正确．【答案】C2．（重庆南开中学2010届高三月考）两只灯泡L1、L2分别标有“110V60W”和“110V100W”字样，另外有一只滑动变阻器R，将它们连接后接入220V的电路中，要求两灯泡都正常发光，并使整个电路消耗的总功率最小，应使用图48-4电路中的（）2UR1R图48-４【解析】只有B、D两图中的两灯泡都能正常发光，电路特点是左右两部分的电流、电压都相同，因此消耗的电功率一定相等．可以直接看出：B图总功率为200W，D图总功率为320W，所以选B．也可以看总电路，路端电压都是220V，B图总电流是L2的额定电流，而D图总电流是L1、L2的额定电流之和，因此选B．【答案】B3．如图48-5所示，R1=10Ω，R2=R3=20Ω，下列关于R1、R2、R3消耗的电功率P1、P2、P3以及R1、R2两端的电压U1、U2的关系中，正确的是（）A．U1=U2，P1=P2=P3B．U1＞U2，P1∶P2∶P3=1∶2∶2C．U1=U2，P1∶P2∶P3=2∶1∶1D．U1＜U2，P1＜P2=P3图48-5【解析】由串联电路的特点知，通过R1的电流等于通过R2、R3的电流之和．R2、R3并联的等效电阻R23==R1故U1=IR1U2=IR23=U1R1上的电功率P1=I2R1R2、R3上的电功率P2=P3=（）2·R2=I2R1解得：P1∶P2∶P3=2∶1∶1．【答案】C2I2323RRR+R12创新·方法探究提炼方法展示技巧题型方法一、电阻定律的应用例1有两根完全相同的金属裸导线A和B，如果把导线A均匀拉长到原来的2倍，其电阻为RA′，导线B对折后绞合起来，其电阻为RB′，然后分别加上相同的电压．求：（1）它们的电阻之比．（2）相同时间内通过导线横截面的电荷量之比．【解析】（1）某导体的形状改变后，由于质量不变，则总当长度l和面积S变化时，应用V=Sl来确定S、l在形变前后的关系，分别用电阻定律即可求出l、S变化前后的电阻关系．一根给定的导线体积不变，若均匀拉长为原来的2倍，则横截面积为原来的，设A、B导线的原长为l，横截面积为S，电阻为R，则：lA′=2l，SA′=，lB′=，SB′=2S故RA′==4ρ=4R，RB′=ρ=ρ=所以RA′∶RB′=4R∶=16∶1．（2）根据I=，得q=It=t（此步推导的方法是利用不变量U和已知量R、t）由题意知：UA=UB，tA=tB122S2llS22lSlS4RqtUR22lS144R故qA∶qB=RB′∶RA′=1∶16．【答案】（1）16∶1（2）1∶16方法概述某一导体的形状改变后，讨论其电阻变化要抓住以下要点：（1）电阻率不变；（2）体积不变，由V=LS可知L与S成反比例变化．在ρ、Ｌ、S都确定后，应用电阻定律R=ρ求解．导电的流体导电时，沿电流方向的液体长等效为L，垂直电流的流体截面积等效为S．二、欧姆定律与伏安特性曲线的应用例2“220V100W”的白炽灯泡L1和“220V60W”的白炽灯泡L2的伏安特性曲线分别如图48-6中的曲线A、B所示LS图48-6（1）若将两灯泡并联接在110V的电源上，则两灯泡实际消耗的电功率分别为：PL1=_____W，PL2=_____W．（2）若将两灯泡串联接在220V的电源上，则两灯泡实际消耗的电功率分别为：PL1=_____W，PL2=_____W．【解析】（1）图象中U=110V直线与A、B两特性曲线分别交于（110V，0.35A）和（110V，0.21A）两点．这两点的坐标分别为两灯泡的工作电压与工作电流．故PL1=110×0.35W=38.5WPL2=110×0.21W=23.1W．（2）找一与U轴平行的直线，使这一直线与两特征曲线的两交点的横坐标之和为220V，可得：这两交点分别为（62V，0.25A）、（158V，0.25A）故PL1=62×0.25W=15.5WPL2=158×0.25W=39.5W．【答案】（1）38.523.1（2）15.539.5【点评】对于伏安特性曲线为曲线的电阻，要根据欧姆定律或串、并联电路的特点确定它们的工作特点，再计算电功率．方法概述对于电阻恒定不变的导体，它的伏安特性曲线是直线，如图48-7中a、b两直线所示．直线的斜率等于电阻的倒数，斜率大的电阻小．电阻因外界条件的变化而变化的导体，其伏安特性曲线是曲线，如图中曲线c所示．随着电压的增大，曲线c的斜率逐渐增大，由R=知导体c的电阻变小．图48-7UI三、电功和电热关系的简单应用例3在研究微型电动机的性能时，应用如图48-8所示的实验电路．当调节滑动变阻器R并控制电动机使之停止转动时，电流表和电压表的示数分别为0.50A和2.0V．重新调节R并使电动机恢复正常运转，此时电流表和电压表的示数分别为2.0A和24.0V．则这台电动机正常运转时的输出功率为（）A．32WB．44WC．47WD．48W图48-8【解析】分析题意得，当电动机停止转动时，电动机相当于一个纯电阻，所以由题中两表的示数，可以计算出电动机的内阻r=，代入数据得：r=4Ω．重新调节R并使电动机恢复正常运转，根据题中两表的示数，计算出电动机的输出功率P出=UI-I2r，代入数据得：P出=32W，故选项A正确．【答案】A【点评】电动机是非纯电阻用电器，但当电动机不转动时，没有把电能转化为机械能，此时可作为纯电阻处理．方法概述1．如果电流通过某个电路时，它所消耗的电能全部转化为内能，如电炉、电烙铁、白炽灯等，这种电路叫做纯电阻电路．在纯电阻电路中，电能全部转化为内能，电功和电热相等，电功率和热功率相等，即：UIW=Q=Pt=UIt=I2Rt=t，U＝IR．2．若电路中导体对电流的阻碍不只是电阻，还有其他阻碍，如感应电动势、电容（电动机、电解槽等），则非纯电阻电路在这类电路中有：W=Q+E其他，U＞IR．3．关于电动机电功率P电=UI热功率P热=I2R（R为绕线电阻）机械功率P机=UI-I2R（若电压一定，则I=时机械功率有最大值）．2UR2UR高考排雷例（2007年海南物理卷）一白炽灯泡的额定电压与额定功率分别为36V与36W．若把此灯泡接到输出电压恒为18V的电源两端，则灯泡消耗的电功率（）A．等于36WB．小于36W，大于9WC．等于9WD．小于9W【错解】白炽灯正常工作时的电阻R==Ω=36Ω当接到U′=18V的电源两端时，灯泡消耗的电功率为：P′==W=9W，故选项C正确．【剖析】电阻率是与温度有关的量，随着温度的变化，金属导体的电阻率随温度的升高