第8章 恒定電流高考導(dǎo)航考點內(nèi)容要求高考(全國卷)三年命題情況對照分析201720182019命題分析歐姆定律卷·T23：研究小燈泡的伏安特性曲線卷·T23：測微安表的內(nèi)阻，實物連線卷·T23：多用電表卷·T23：熱敏電阻的阻值隨溫度變化的曲線卷·T22：電表的改裝卷·T23：電阻的測量、實物連線卷·T23：電表的改裝與電路設(shè)計卷·T23：研究二極管電壓與溫度關(guān)系卷·T23：歐姆表改裝及設(shè)計1.從高考題型看，以選擇題和實驗題的形式命題，且每年必有電學(xué)實驗題。2對電學(xué)實驗的考查方式有：基本儀器的使用、讀數(shù)、畫實驗原理圖、設(shè)計實驗方案、實驗器材的選取、連接實物圖等多種方式。電阻定律電阻的串聯(lián)、并聯(lián)電源的電動勢和內(nèi)阻閉合電路的歐姆定律電功率、焦耳定律實驗八：測定金屬的電阻率(同時練習(xí)使用螺旋測微器)實驗九：描繪小電珠的伏安特性曲線實驗十：測定電源的電動勢和內(nèi)阻實驗十一：練習(xí)使用多用電表核心素養(yǎng)物理觀念：電功、電熱、電功率 、電動勢、內(nèi)阻、電阻串聯(lián)、并聯(lián)。科學(xué)思維：歐姆定律、電阻定律、閉合電路的歐姆定律、焦耳定律?？茖W(xué)探究：測定金屬絲電阻率、描繪小電珠的伏安特性曲線、測定電源的電動勢和內(nèi)阻(如2017卷·T23)?？茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任：電路設(shè)計與安全、練習(xí)使用多用電表(如2019卷·T23)。第1節(jié)電流、電阻、電功及電功率一、電流及歐姆定律1電流的理解(1)定義：電荷的定向移動形成電流。(2)條件：有可以自由移動的電荷；導(dǎo)體兩端存在電壓。(3)方向：電流是標(biāo)量，為研究問題方便，規(guī)定正電荷定向移動的方向為電流的方向。在外電路中電流由電源正極到負(fù)極，在內(nèi)電路中電流由電源負(fù)極到正極。(4)三個表達(dá)式定義式：I，q為在時間t內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量。微觀表達(dá)式：InqSv，其中n為導(dǎo)體中單位體積內(nèi)自由電荷的個數(shù)，q為每個自由電荷的電荷量，S為導(dǎo)體的橫截面積，v為自由電荷定向移動的速率。決定式：I，即歐姆定律。2歐姆定律(1)內(nèi)容：導(dǎo)體中的電流I跟導(dǎo)體兩端的電壓U成正比，跟導(dǎo)體的電阻R成反比。(2)適用范圍：適用于金屬和電解液等純電阻電路。二、電阻定律1電阻定律(1)內(nèi)容：同種材料的導(dǎo)體，其電阻R與它的長度l成正比，與它的橫截面積S成反比；導(dǎo)體電阻還與構(gòu)成它的材料有關(guān)。(2)表達(dá)式：R。2電阻率(1)計算式：R。(2)物理意義：反映導(dǎo)體的導(dǎo)電性能，是導(dǎo)體材料本身的屬性。(3)電阻率與溫度的關(guān)系金屬的電阻率隨溫度升高而增大，半導(dǎo)體的電阻率隨溫度升高而減小。三、電功率、焦耳定律1電功(1)定義：導(dǎo)體中的自由電荷在電場力作用下定向移動，電場力做的功稱為電功。(2)公式：WqUIUt。(3)電流做功的實質(zhì)：電能轉(zhuǎn)化成其他形式能的過程。2電功率(1)定義：單位時間內(nèi)電流所做的功，表示電流做功的快慢。(2)公式：PIU。3焦耳定律(1)內(nèi)容：電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流的二次方成正比，跟導(dǎo)體的電阻及通電時間成正比。(2)公式：QI2Rt。4熱功率(1)定義：單位時間內(nèi)的發(fā)熱量。(2)表達(dá)式：PI2R。1思考辨析(正確的畫“”，錯誤的畫“×”)(1)由于規(guī)定正電荷定向移動方向為電流方向，所以電流是矢量。(×)(2)由R知，導(dǎo)體的電阻與導(dǎo)體兩端電壓成正比，與流過導(dǎo)體的電流成反比。(×)(3)由知，導(dǎo)體的電阻率與導(dǎo)體的電阻和橫截面積的乘積成正比，與導(dǎo)體的長度成反比。(×)(4)公式WtI2Rt可適用于所有電路。(×)(5)金屬的電阻率由導(dǎo)體本身的性質(zhì)決定，與溫度有關(guān)。()(6)公式WUIt適用于任何電路中求電功，QI2Rt適用于任何電路求電熱。()2(人教版選修31P43T3改編)安培提出了著名的分子電流假說，根據(jù)這一假說，電子繞核運(yùn)動可等效為一環(huán)形電流。設(shè)電荷量為e的電子以速率v繞原子核沿順時針方向做半徑為r的勻速圓周運(yùn)動，關(guān)于該環(huán)形電流的說法，正確的是()A電流大小為，電流方向為順時針B電流大小為，電流方向為順時針C電流大小為，電流方向為逆時針D電流大小為，電流方向為逆時針C電子做圓周運(yùn)動的周期T，由I得I，電流的方向與電子運(yùn)動方向相反，故電流方向為逆時針。3(人教版選修31P48T2改編)將四個定值電阻a，b，c，d分別接入電路，測得相應(yīng)的電流值、電壓值如圖所示。其中電阻最接近的兩個電阻是()Aa和b Bb和d Ca和c Dc和d答案A4(滬科版選修31P67T2改編)有一根長1.22 m的導(dǎo)線，橫截面積為0.10 mm2。在它兩端加0.60 V電壓時，通過它的電流正好是0.10 A。則這根導(dǎo)線是由_制成的(下表是常溫下幾種材料的電阻率，單位為·m)()銅錳銅合金鎳銅合金鋁1.7×1084.4×1075.0×1072.9×108A銅絲B錳銅合金C鎳銅合金D鋁絲C由R及R得 ·m4.9×107 ·m。所以導(dǎo)線是由鎳銅合金制成的。 電流、歐姆定律依題組訓(xùn)練1如圖所示，在1價離子的電解質(zhì)溶液內(nèi)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(nèi)，通過溶液內(nèi)截面S的正離子數(shù)為n1，通過的負(fù)離子數(shù)為n2，設(shè)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AB，負(fù)離子定向移動形成的電流方向從BAB溶液內(nèi)由于正、負(fù)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(nèi)的電流方向從AB，電流ID溶液內(nèi)的電流方向從AB，電流ID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，由題圖所示可知，溶液中的正離子從A向B運(yùn)動，負(fù)離子由B向A移動，負(fù)電荷由B向A移動相當(dāng)于正電荷由A向B移動，因此電流方向是AB，帶電離子在溶液中定向移動形成電流，電流不為零，故選項A、B錯誤；溶液中電流方向是AB，電流I，故選項C錯誤，D正確。2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，棒內(nèi)單位體積內(nèi)自由電子數(shù)為n，電子的質(zhì)量為m、電荷量為e。在棒兩端加上恒定的電壓時，棒內(nèi)產(chǎn)生電流，自由電子定向運(yùn)動的平均速率為v，則金屬棒內(nèi)的電場強(qiáng)度大小為()A B Cnev DC由電流定義可知：IneSv。由歐姆定律可得：UIRneSv·neLv，又E，故Enev，選項C正確。3(多選)我國已經(jīng)于2012年10月1日起禁止銷售100 W及以上的白熾燈，以后將逐步淘汰白熾燈。假設(shè)某同學(xué)研究白熾燈得到某白熾燈的伏安特性曲線如圖所示。圖象上A點與原點的連線與橫軸成角，A點的切線與橫軸成角，則()A白熾燈的電阻隨電壓的增大而減小B在A點，白熾燈的電阻可表示為tan C在A點，白熾燈的電功率可表示為U0I0D在A點，白熾燈的電阻可表示為CD白熾燈的電阻隨電壓的增大而增大，A錯誤；在A點，白熾燈的電阻可表示為，不能表示為tan ，選項B錯誤，D正確；在A點，白熾燈的功率可表示為U0I0，C正確。1三個電流表達(dá)式的比較公式適用范圍字母含義公式含義定義式I一切電路q為時間t內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量反映了I的大小，但不能說Iq，I決定式I金屬、電解液U：導(dǎo)體兩端的電壓R：導(dǎo)體本身的電阻I由U、R決定，IUI微觀式InqSv一切電路n：導(dǎo)體單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)q：每個自由電荷的電荷量S：導(dǎo)體橫截面積v：電荷定向移動速率從微觀上看n、q、S、v決定了I的大小2伏安特性曲線的兩點注意(1)I­U圖象叫作導(dǎo)體的伏安特性曲線，U­I圖象是元件兩端的電壓與流過它的電流之間的關(guān)系圖象。(2)U­I(或I­U)圖象為曲線時，圖線上某點與O點連線的斜率表示電阻(或電阻的倒數(shù))，但圖線的斜率沒有實際意義。 電阻、電阻定律依題組訓(xùn)練1電阻與電阻率的關(guān)系2電阻的決定式和定義式的比較公式RR區(qū)別電阻的決定式電阻的定義式說明了導(dǎo)體的電阻由、L、S共同決定提供了一種測電阻的方法伏安法，R與U、I均無關(guān)只適用于粗細(xì)均勻的金屬導(dǎo)體和濃度均勻的電解液適用于任何純電阻導(dǎo)體題組訓(xùn)練1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而增大C通常情況下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，B錯誤；通常情況下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，D錯誤。2如圖所示，厚度均勻的矩形金屬薄片邊長ab10 cm，bc5 cm。當(dāng)將A與B接入電壓為U的電路中時，電流為1 A；若將C與D接入同一電路中，則電流為()A4 A B2 A C A D AA設(shè)沿A、B方向的橫截面積為S1，沿C、D方向的橫截面積為S2，則，A、B接入電路中時的電阻為R1，C、D接入電路中時的電阻為R2，則有。兩種情況下電壓相等，電流之比為，I24I14 A。故A正確。3兩根完全相同的金屬裸導(dǎo)線，如果把其中的一根均勻拉長到原來的2倍，把另一根對折后絞合起來，然后給它們分別加上相同電壓后，則在相同時間內(nèi)通過它們的電荷量之比為()A14B18C116D161C本題應(yīng)根據(jù)電阻定律R、歐姆定律I和電流定義式I求解。對于第一根導(dǎo)線，均勻拉長到原來的2倍后，則其橫截面積必然變?yōu)樵瓉淼?，由電阻定律可得其電阻變?yōu)樵瓉淼?倍，第二根導(dǎo)線對折后，長度變?yōu)樵瓉淼?，橫截面積變?yōu)樵瓉淼?倍，故其電阻變?yōu)樵瓉淼?。給上述變化后的裸導(dǎo)線加上相同的電壓，由歐姆定律得：I1，I2，由I可知，在相同時間內(nèi)，電荷量之比q1q2I1I2116。導(dǎo)體變形時電阻變化分析方法(1)導(dǎo)體的電阻率不變。(2)導(dǎo)體的體積不變，由VlS可知l與S成反比。(3)在、l、S都確定之后，應(yīng)用電阻定律R求解。 電功、電功率與電熱、熱功率講典例示法1純電阻電路與非純電阻電路的比較2電動機(jī)的三個功率及關(guān)系輸入功率電動機(jī)的總功率P總P入UI輸出功率電動機(jī)的有用功的功率，也叫機(jī)械功率熱功率電動機(jī)線圈上有電阻，電流通過線圈時會發(fā)熱，熱功率P熱I2r三者關(guān)系P總P出P熱效率×100%×100%特別說明正常工作的電動機(jī)是非純電阻元件電動機(jī)因故障或其他原因不轉(zhuǎn)動時，相當(dāng)于一個純電阻元件典例示法如圖所示是一提升重物用的直流電動機(jī)工作時的電路圖。電動機(jī)內(nèi)電阻r0.8 ，電路中另一電阻R10 ，直流電壓U160 V，電壓表示數(shù)UV110 V。試求：(1)通過電動機(jī)的電流；(2)輸入電動機(jī)的電功率；(3)若電動機(jī)以v1 m/s勻速豎直向上提升重物，求該重物的質(zhì)量。(g取10 m/s2)思路點撥：解此題要注意以下幾點：(1)電路結(jié)構(gòu)及電路中電壓的關(guān)系；(2)含電動機(jī)電路為非純電阻電路，歐姆定律不能適用；(3)區(qū)分電動機(jī)的輸入功率和輸出功率。解析(1)由電路中的電壓關(guān)系可得電阻R的分壓URUUV(160110) V50 V，流過電阻的電流IR A5 A，即通過電動機(jī)的電流IMIR5 A。(2)電動機(jī)的分壓UMUV110 V，輸入電動機(jī)的功率P電IMUM550 W。(3)電動機(jī)的發(fā)熱功率P熱Ir20 W，電動機(jī)輸出的機(jī)械功率P出P電P熱530 W，又因P出mgv，所以m53 kg。答案(1)5 A(2)550 W(3)53 kg考法拓展1在上例中，若直流電壓不變，電動機(jī)正常工作過程中，轉(zhuǎn)子突然被卡死，電壓表的示數(shù)變?yōu)槎嗌伲拷馕鲛D(zhuǎn)子突然被卡死，電路變?yōu)榧冸娮桦娐?，根?jù)歐姆定律IUVIr可得：UV11.9 V。答案11.9 V考法拓展2在上例中，若電動機(jī)的輸出功率保持不變，將一質(zhì)量m26.5 kg的重物從靜止開始向上吊起，15 s時，重物已達(dá)到勻速運(yùn)動狀態(tài)，此時重物上升的高度是多少？(g取10 m/s2)解析重物勻速運(yùn)動時，mgF，PFv又根據(jù)動能定理Ptmghmv2可得：h29.8 m。答案29.8 m非純電阻電路的分析方法(1)抓住兩個關(guān)鍵量：確定電動機(jī)的電壓UM和電流IM是解決這類問題的關(guān)鍵。若能求出UM、IM，就能確定電動機(jī)的電功率PUMIM，根據(jù)電流IM和電動機(jī)的電阻r可求出熱功率PrIr，最后求出輸出功率P出PPr。(2)首先，對其他純電阻電路、電源的內(nèi)電路，利用歐姆定律進(jìn)行分析計算，確定相應(yīng)的電壓或電流。 然后，利用閉合電路的電壓關(guān)系、電流關(guān)系間接確定非純電阻電路的工作電壓和電流。跟進(jìn)訓(xùn)練純電阻電路中功率的分析與計算1有兩個標(biāo)有“110 V,25 W”和“110 V,60 W”字樣的燈泡，要把它們接在220 V的電源上，燈泡既正常發(fā)光，又最省電的連接方式應(yīng)是圖中的() AB CDB額定電壓相同而額定功率不相同的電燈，它們的電阻是不相同的，由PU2/R可知，功率大的電燈的電阻比功率小的電燈的電阻小，也就是說60 W燈泡的電阻比25 W燈泡的電阻小，對于A，兩燈并聯(lián)后與一個滑動變阻器串聯(lián)，若滑動變阻器的分得電壓與兩燈并聯(lián)后的電壓相等，兩燈能正常工作，整個電路消耗的電功率為P2(P1P2)2×(2560) W170 W，有用電功率為85 W；對于B，若滑動變阻器與25 W燈并聯(lián)后的總電阻與60 W燈的電阻相等，兩燈均能正常發(fā)光，此時電路中消耗的總電功率為P2P22×60 W120 W，有用電功率為85 W；對于C，因60 W燈的電阻比25 W燈的電阻小，據(jù)串聯(lián)電路的分壓原理知此時燈(110 V,25 W)電壓將大于110 V而被燒毀，所以C的電路不可能使兩燈正常工作；在D中，當(dāng)兩個滑動變阻器與其串聯(lián)的燈泡電阻分別相等時，兩燈均能正常發(fā)光，電路消耗的總功率為170 W，有用的電功率為85 W，綜上所述，只有B選項符合題意。非純電阻電路中功率的分析與計算2(多選)如圖所示，電源電動勢E3 V，小燈泡L的規(guī)格為“2 V0.4 W”，開關(guān)S接1，當(dāng)滑動變阻器調(diào)到R4 時，小燈泡L正常發(fā)光，現(xiàn)將開關(guān)S接2，小燈泡L和電動機(jī)M均正常工作。則()A電源內(nèi)阻為1 B電動機(jī)的內(nèi)阻為4 C電動機(jī)正常工作電壓為1 VD電源效率約為93.3%AD小燈泡正常工作時的電阻RL10 ，流過小燈泡的電流I0.2 A，當(dāng)開關(guān)S接1時，R總15 ，電源內(nèi)阻rR總RRL1 ，A正確；當(dāng)開關(guān)S接2時，電動機(jī)M兩端的電壓UMEIrU0.8 V，電源效率×100%×100%93.3%，D正確。STSE中的電功、電功率問題3如圖為一種服務(wù)型機(jī)器人，其額定功率為48 W，額定工作電壓為24 V。機(jī)器人的鋰電池容量為20 A·h。則機(jī)器人()A額定工作電流為20 AB充滿電后最長工作時間為2 hC電池充滿電后總電量為7.2×104 CD以額定電流工作時每秒消耗能量為20 JC根據(jù)PUI可知，額定電流應(yīng)該為2 A，選項A錯誤。電池的容量為20 A·h，即在額定電流2 A下工作時，能夠工作的最長時間為10 h，選項B錯誤。電池充滿電后的總電量為QIt20×3 600 C7.2×104 C，選項C正確。在額定電流下，機(jī)器人的功率為48 W，即每秒消耗能量48 J，選D錯誤。4(多選)下表列出了某品牌電動自行車及所用電動機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)，不計其自身機(jī)械損耗。若該車在額定狀態(tài)下以最大運(yùn)行速度行駛，則()自重40 kg額定電壓48 V載重75 kg額定電流12 A最大行駛速度20 km/h額定輸出功率350 WA電動機(jī)的輸入功率為576 WB電動機(jī)的內(nèi)電阻為4 C該車獲得的牽引力為104 ND該車受到的阻力為63 NAD由于U48 V，I12 A，則PIU576 W，故選項A正確；因P入P出I2r，r 1.57 ，故選項B錯誤；由P出FvFfv，F(xiàn)Ff63 N，故選項C錯誤，D正確。12