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棒棒堂教育高中物理第七章学生版
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物理(选修第七章)
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5.最后,祝所有学员成绩进步,在考试中取得好成绩。
2015年6月
第1讲 欧姆定律 电阻定律 电功率 焦耳定律
欧姆定律 (考纲要求Ⅱ)
1.电流
(1)定义:
自由电荷的定向移动形成电流.
(2)方向:
规定为正电荷定向移动的方向.
(3)三个公式①定义式:
I=
;②决定式:
I=
;③微观式:
I=neSv.
2.欧姆定律
(1)内容:
导体中的电流I跟导体两端的电压U成正比,跟导体的电阻R成反比.
(2)公式:
I=
.(3)适用条件:
适用于金属和电解液导电,适用于纯电阻电路.
电阻定律 (考纲要求Ⅰ)
1.电阻
(1)定义式:
R=
.
(2)物理意义:
导体的电阻反映了导体对电流阻碍作用的大小,R越大,阻碍作用越大.
2.电阻定律
(1)内容:
同种材料的导体,其电阻跟它的长度成正比,与它的横截面积成反比,导体的电阻还与构成它的材料有关.
(2)表达式:
R=ρ
.
3.电阻率
(1)计算式:
ρ=R
.
(2)物理意义:
反映导体的导电性能,是导体材料本身的属性.
(3)电阻率与温度的关系金属:
电阻率随温度升高而增大;半导体:
电阻率随温度升高而减小.
判断正误,正确的划“√”,错误的划“×”.
(1)电流是矢量,电荷定向移动的方向为电流的方向.( )
(2)比值
反映了导体阻碍电流的性质,即电阻R=
.( )
(3)由I=
知道,通过同一段导体的电流跟加在它两端的电压成正比.( )
(4)由ρ=
知,导体电阻率与导体的电阻和横截面积的乘积RS成正比,与导体的长度l成反比.( )
(5)电阻率是由导体材料本身决定的.( )
电功率、焦耳定律 (考纲要求Ⅰ)
1.电功
(1)定义:
导体中的自由电荷在电场力作用下定向移动,电场力做的功称为电功.
(2)公式:
W=qU=IUt.(3)电流做功的实质:
电能转化成其他形式能的过程.
2.电功率
(1)定义:
单位时间内电流做的功,表示电流做功的快慢.
(2)公式:
P=
=IU.
3.焦耳定律
(1)电热:
电流流过一段导体时产生的热量.
(2)计算式:
Q=I2Rt.
4.热功率
(1)定义:
单位时间内的发热量.
(2)表达式:
P=
=I2R.
基础自测
1.(单选)导体的电阻是导体本身的一种性质,对于同种材料的导体,下列表述正确的是( ).
A.横截面积一定,电阻与导体的长度成正比B.长度一定,电阻与导体的横截面积成正比
C.电压一定,电阻与通过导体的电流成正比D.电流一定,电阻与导体两端的电压成反比
2.(单选)学习完电阻的概念和电阻定律后,你认为下列说法正确的是( ).
A.由R=
可知,导体的电阻与导体两端电压成正比,与流过导体的电流成反比
B.由R=ρ
可知,导体的电阻与导体的长度成正比,与导体的横截面积成反比
C.由ρ=
可知,导体的电阻率与导体的横截面积成正比,与导体的长度成反比
D.导体的电阻率只由材料的种类决定,跟温度无关
3.(单选)有Ⅰ、Ⅱ两根不同材料的电阻丝,长度之比为l1∶l2=1∶5,横截面积之比为S1∶S2=2∶3,电阻之比为R1∶R2=2∶5,外加电压之比为U1∶U2=1∶2,则它们的电阻率之比为( ).
A.2∶3 B.4∶3 C.3∶4 D.8∶3
4.(单选)关于电功W和电热Q的说法正确的是( ).
A.在任何电路中都有W=UIt、Q=I2Rt,且W=Q
B.在任何电路中都有W=UIt、Q=I2Rt,但W不一定等于Q
C.W=UIt、Q=I2Rt均只有在纯电阻电路中才成立
D.W=UIt在任何电路中成立,Q=I2Rt只在纯电阻电路中成立
图7-1-1图7-1-2图7-1-3
5.(多选)某导体中的电流随其两端电压的变化如图7-1-1所示,则下列说法中正确的是( ).
A.加5V电压时,导体的电阻约是5ΩB.加11V电压时,导体的电阻约是1.4Ω
C.由图可知,随着电压的增大,导体的电阻不断减小
D.由图可知,随着电压的减小,导体的电阻不断减小
热点一 电阻定律、欧姆定律的理解与应用
1.电阻与电阻率的区别
电阻是反映导体对电流阻碍作用大小的物理量,电阻大的导体对电流的阻碍作用大.
电阻率是反映制作导体的材料导电性能好坏的物理量,电阻率小的材料导电性能好.
2.电阻的决定式和定义式的区别
公式
R=ρ
R=
区别
电阻的决定式
电阻的定义式
说明了电阻的决定因素
提供了一种测定电阻的方法,并不说明电阻与U和I有关
只适用于粗细均匀的金属导体和浓度均匀的电解液
适用于任何纯电阻导体
【典例1】两根完全相同的金属裸导线,如果把其中的一根均匀拉长到原来的2倍,把另一根对折后绞合起来,然后给它们分别加上相同电压后,则在相同时间内通过它们的电荷量之比为( ).
A.1∶4 B.1∶8 C.1∶16 D.16∶1
【跟踪短训】
1.对于常温下一根阻值为R的均匀金属丝,下列说法中正确的是( ).
A.常温下,若将金属丝均匀拉长为原来的10倍,则电阻变为10R
B.常温下,若将金属丝从中点对折起来,电阻变为
R
C.给金属丝加上的电压逐渐从零增大到U0,则任一状态下的
比值不变
D.金属材料的电阻率随温度的升高而增大
2.用电器距离电源为L,线路上的电流为I,为使在线路上的电压降不超过U,已知输电线的电阻率为ρ.那么,输电线的横截面积的最小值为( ).
A.ρL/RB.2ρLI/UC.U/(ρLI) D.2UL/(Iρ)
热点二 电功、电热、电功率和热功率
【典例2】 在如图7-1-2所示电路中,电源电动势为12V,电源内阻为1.0Ω,电路中的电阻R0为1.5Ω,小型直流电动机M的内阻为0.5Ω.闭合开关S后,电动机转动,电流表的示数为2.0A.则以下判断中正确的是( ).
A.电动机的输出功率为14WB.电动机两端的电压为7.0V
C.电动机的发热功率为4.0WD.电源输出的电功率为24W
【跟踪短训】
3.如图7-1-3所示,用输出电压为1.4V,输电电流为100mA的充电器对内阻为2Ω的镍氢电池充电.下列说法正确的是( ).
A.电能转化为化学能的功率为0.12WB.充电器输出的电功率为0.14W
C.充电时,电池消耗的热功率为0.12WD.充电器把0.14W的功率储存在电池内
4.一只电饭煲和一台洗衣机并联接在输出电压220V的交流电源上(其内电阻可忽略不计),均正常工作.用电流表分别测得通过电饭煲的电流是5.0A,通过洗衣机电动机的电流是0.50A,则下列说法中正确的是
A.电饭煲的电阻为44Ω,洗衣机电动机线圈的电阻为440Ω
B.电饭煲消耗的电功率为1555W,洗衣机电动机消耗的电功率为155.5W
C.1min内电饭煲消耗的电能为6.6×104J,洗衣机电动机消耗的电能为6.6×103J
D.电饭煲发热功率是洗衣机电动机发热功率的10倍
思想方法 11.欧姆定律I=
、电功率P=IU和热功率P=I2R的使用
1.欧姆定律I=
的使用
对于纯电阻,适合欧姆定律,即纯电阻两端的电压满足U=IR.对于非纯电阻,不适合欧姆定律,因P电=UI=P热+P其他=I2R+P其他,所以UI>I2R,即非纯电阻两端的电压满足U>IR.
【典例1】有一家用电风扇,电风扇两端的电压为220V,工作电流为0.5A,则下列说法中,正确的是
A.电扇线圈的电阻为440ΩB.电扇线圈的电阻大于440Ω
C.电扇线圈的电阻小于440ΩD.电风扇线圈的电阻满足欧姆定律
图7-1-4图7-1-5图7-1-6
即学即练1 有一提升重物的直流电动机,工作时电路如图7-1-4所示,内阻为r=0.6Ω,R=10Ω,直流电压为U=160V,电压表两端的示数为110V,则通过电动机的电流是多少?
电动机的输入功率为多少?
电动机在1h内产生的热量是多少?
2.电功率P=UI和热功率P=I2R的使用
不论纯电阻还是非纯电阻,电流的电功率均为P电=UI,热功率均为P热=I2R.
对于纯电阻而言:
P电=P热=UI=I2R=
对于非纯电阻而言:
P电=UI=P热+P其他=I2R+P其他≠
+P其他
【典例2】额定电压都是110V,额定功率PA=100W,PB=40W的电灯两盏,若接入电压是220V的下列电路上,则使两盏电灯均能正常发光,且电路中消耗的电功率最小的电路是( ).
反思总结 此类问题的分析思路分两步:
先分清哪个电路的灯泡能正常发光,这里可以从电压、电流、电功率三个量中任意挑选一个使其达到其额定值,其余两个也达到额定值;确定了正常发光的电路后,再比较哪一个的实际功率小,可以用计算的方法比较,也可以用定性分析的方法比较.
即学即练2 如图7-1-5所示,电源电动势E=8V,内阻为r=0.5Ω,“3V,3W”的灯泡L与电动机M串联接在电源上,灯泡刚好正常发光,电动机刚好正常工作,电动机的线圈电阻R0=1.5Ω.下列说法中正确的是( ).
A.通过电动机的电流为1.6AB.电源的输出功率是8W
C.电动机消耗的电功率为3WD.电动机的输出功率为3W
附:
对应高考题组
1.(2011·全国卷)通常一次闪电过程历时约0.2~0.3s,它由若干个相继发生的闪击构成.每个闪击持续时间仅40~80μs,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1.0×109V,云地间距离约为1km;第一个闪击过程中云地间转移的电荷量约为6C,闪击持续时间约为60μs.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( ).
A.闪电电流的瞬时值可达到1×105AB.整个闪电过程的平均功率约为1×1014W
C.闪电前云地间的电场强度约为1×106V/mD.整个闪电过程向外释放的能量约为6×106J
2.(2012·浙江卷,17)功率为10W的发光二极管(LED灯)的亮度与功率为60W的白炽灯相当.根据国家节能战略,2016年前普通白炽灯应被淘汰.假设每户家庭有2只60W的白炽灯,均用10W的LED灯替代,估算出全国一年节省的电能最接近( ).
A.8×108kW·h B.8×1010kW·hC.8×1011kW·h D.8×1013kW·h
3.(2012·上海卷,13)当电阻两端加上某一稳定电压时,通过该电阻的电荷量为0.3C,消耗的电能为0.9J.为在相同时间内使0.6C的电荷量通过该电阻,在其两端需加的电压和消耗的电能分别是( ).
A.3V 1.8J B.3V 3.6JC.6V 1.8J D.6V 3.6J
4.(2012·四川卷,23)四川省“十二五”水利发展规划指出,若按现有供水能力测算,我省供水缺口极大,蓄引提水是目前解决供水问题的重要手段之一.某地要把河水抽高20m,进入蓄水池,用一台电动机通过传动效率为80%的皮带,带动效率为60%的离心水泵工作.工作电压为380V,此时输入电动机的电功率为19kW,电动机的内阻为0.4Ω.已知水的密度为1×103kg/m3,重力加速度取10m/s2.求:
(1)电动机内阻消耗的热功率;
(2)将蓄水池蓄入864m3的水需要的时间(不计进、出水口的水流速度).
A 对点训练——练熟基础知识
题组一 欧姆定律、电阻定律的应用
1.(单选)有一段长1m的电阻丝,电阻是10Ω,现把它均匀拉伸到长为5m,则电阻变为( ).
A.10Ω B.50Ω C.150Ω D.250Ω
2.(单选)R1和R2分别标有“2Ω,1.0A”和“4Ω,0.5A”,将它们串联后接入电路中,如图7-1-6所示,则此电路中允许消耗的最大功率为( ).
A.1.5W B.3.0WC.5.0W D.6.0W
3.(单选)欧姆不仅发现了欧姆定律,还研究了电阻定律.有一个长方体金属电阻,材料分布均匀,边长分别为a、b、c,且a>b>c.电流沿以下方向流过该金属电阻,其中电阻阻值最小的是( ).
4.(2013·汕头高三模拟)(多选)R1和R2是材料相同、厚度相同、上下表面都为正方形的导体,但R1的尺寸比R2大得多,把它们分别连接在如图7-1-7所示的电路的A、B两端,接R1时电压表的读数为U1,接R2时电压表的读数为U2,则下列判断正确的是( ).
A.R1=R2 B.R1>R2C.U1 图7-1-7图7-1-8图7-1-9 题组二 I—U的图象的理解及应用 5.(多选)如图7-1-8所示是电阻R的I-U图象,图中α=45°,由此得出( ). A.通过电阻的电流与两端电压成正比B.电阻R=0.5Ω C.因I-U图象的斜率表示电阻的倒数,故R=1/tanα=1.0Ω D.在R两端加上6.0V的电压时,每秒通过电阻横截面的电荷量是3.0C 6.(单选)某种材料的导体,其I-U图象如图7-1-9所示,图象上A点与原点的连线与横轴成α角,A点的切线与横轴成β角.下列说法正确的是( ). A.导体的电功率随电压U的增大而增大B.导体的电阻随电压U的增大而增大 C.在A点,导体的电阻为tanαD.在A点,导体的电阻为tanβ 图7-1-10图7-1-11图7-1-12 7.(2013·商丘高三模拟)(多选)如图7-1-10所示,图线1表示的导体的电阻为R1,图线2表示的导体的电阻为R2,则下列说法正确的是( ). A.R1∶R2=1∶3B.把R1拉长到原来的3倍长后电阻等于R2 C.将R1与R2串联后接于电源上,则功率之比P1∶P2=1∶3 D.将R1与R2并联后接于电源上,则电流比I1∶I2=1∶3 题组三 电功、电功率 8.(多选)一台电动机的线圈电阻与一只电炉的电阻相同,都通过相同的电流,在相同时间内( ). A.电炉放热与电动机放热相等B.电炉两端电压小于电动机两端电压 C.电炉两端电压等于电动机两端电压D.电动机消耗的功率大于电炉的功率 9.(多选)下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法中正确的是( ). A.电功率越大,电流做功越快,电路中产生的焦耳热一定越多 B.W=UIt适用于任何电路,而W=I2Rt= t只适用于纯电阻的电路 C.在非纯电阻的电路中,UI>I2RD.焦耳热Q=I2Rt适用于任何电路 10.(单选)电子产品制作车间里常常使用电烙铁焊接电阻器和电容器等零件,技术工人常将电烙铁和一个灯泡串联使用,灯泡还和一只开关并联,然后再接到市电上(如图7-1-11所示),下列说法正确的是( ). A.开关接通时比开关断开时消耗的总电功率大 B.开关接通时,灯泡熄灭,只有电烙铁通电,可使消耗的电功率减小 C.开关断开时,灯泡发光,电烙铁也通电,消耗的总功率增大,但电烙铁发热较少 D.开关断开时,灯泡发光,可供在焊接时照明使用,消耗总功率不变 11.(多选)锂电池因能量密度高、绿色环保而广泛使用在手机等电子产品中.现用充电器为一手机锂电池充电,等效电路如图7-1-12所示,充电器电源的输出电压为U,输出电流为I,手机电池的内阻为r,下列说法正确的是( ). A.电能转化为化学能的功率为UII2rB.充电器输出的电功率为UI+I2r C.电池产生的热功率为I2rD.充电器的充电效率为 ×100% B 深化训练——提高能力技巧 12.(多选)一辆电动观光车蓄电池的电动势为E,内阻不计,当空载的电动观光车以大小为v的速度匀速行驶时,流过电动机的电流为I,电动车的质量为m,电动车受到的阻力是车重的k倍,忽略电动观光车内部的摩擦,则( ). A.电动机的内阻为R= B.电动机的内阻为R= - C.电动车的工作效率η= D.电动机的发热效率η= 13.(单选)在如图7-1-13甲所示的电路中,电源电动势为3.0V,内阻不计,灯L1、L2、L3为三个相同规格的小灯泡,这种小灯泡的伏安特性曲线如图乙所示.当开关闭合后,下列说法正确的是( ). 图7-1-13图7-1-14 A.灯泡L1的电流为灯泡L2电流的2倍B.灯泡L1的电阻为7.5Ω C.灯泡L2消耗的电功率为0.75WD.灯泡L3消耗的电功率为0.30W 14.如图7-1-14所示是一提升重物用的直流电动机工作时的电路图.电动机内电阻r=0.8Ω,电路中另一电阻R=10Ω,直流电压U=160V,电压表示数UV=110V.试求: (1)通过电动机的电流; (2)输入电动机的电功率; (3)若电动机以v=1m/s匀速竖直向上提升重物,求该重物的质量? (g取10m/s2) 第2讲 电路 闭合电路的欧姆定律 电阻的串、并联 (考纲要求Ⅰ) 串、并联电路的特点 串联电路 并联电路 电路 电流 I=I1=I2=…=In I=I1+I2+…+In 电压 U=U1+U2+…+Un U=U1=U2=…=Un 总电阻 R总=R1+R2+…+Rn = + +…+ 功率分配 = P总=P1+P2+…Pn = P总=P1+P2+…+Pn 电源的电动势和内阻 (考纲要求Ⅰ) 1.电动势 (1)电源: 电源是通过非静电力做功把其它形式的能转化成电势能的装置. (2)电动势: 非静电力搬运电荷所做的功与搬运的电荷量的比值,E= ,单位: V. (3)电动势的物理含义: 电动势表示电源把其它形式的能转化成电势能本领的大小,在数值上等于电源没有接入电路时两极间的电压. 2.内阻: 电源内部也是由导体组成的,也有电阻r,叫做电源的内阻,它是电源的另一重要参数. 判断正误,正确的划“√”,错误的划“×”. (1)电路中某电阻大,该电阻的功率不一定大.( ) (2)电压与电动势的单位都是伏特,所以电动势与电压是同一物理量的不同叫法.( ) (3)电动势公式E= 中的W与电压U= 中的W是一样的,都是静电力所做的功.( ) (4)电动势是反映电源把其他形式的能转化为电能本领强弱的物理量.( ) 闭合电路的欧姆定律 (考纲要求Ⅱ) 1.闭合电路欧姆定律 (1)内容: 闭合电路里的电流跟电源的电动势成正比,跟内、外电阻之和成反比. (2)公式: ①I= (只适用于纯电阻电路);②E=U外+Ir(适用于所有电路). 2.路端电压与外电阻的关系: 一般情况 U=IR= ·R= ,当R增大时,U增大 特殊情况 (1)当外电路断路时,I=0,U=E (2)当外电路短路时,I短= ,U=0 判断正误,正确的划“√”,错误的划“×”. (1)闭合电路中的短路电流无限大.( ) (2)闭合电路中外电阻越大,路端电压越大.( ) (3)外电阻越大,电源的输出功率越大.( ) (4)电源的输出功率越大,电源的效率越高.( ) 基础自测 1.(单选)下列关于电动势的说法正确的是( ). A.电源的电动势跟电源内非静电力做的功成正比,跟通过的电荷量成反比 B.电动势的单位跟电压的单位一致,所以电动势就是两极间的电压 C.非静电力做的功越多,电动势就越大 D.E= 只是电动势的定义式而非决定式,电动势的大小是由电源内非静电力的特性决定的 2.(单选)将一电源电动势为E,内电阻为r的电池与外电路连接,构成一个闭合电路,用R表示外电路电阻,I表示电路的总电流,下列说法正确的是( ). A.由U外=IR可知,外电压随I的增大而增大 B.由U内=Ir可知,电源两端的电压随I的增大而增大 C.由U=E-Ir可知,电源输出电压随输出电流I的增大而减小 D.由P=IU可知,电源的输出功率P随输出电流I的增大而增大 3.(单选)电阻R1与R2并联在电路中,通过R1与R2的电流之比为1∶2,则当R1与R2串联后接入电路中时,R1与R2两端电压之比U1∶U2为( ). A.1∶2 B.2∶1 C.1∶4 D.4∶1 4.(单选)飞行器在太空飞行,主要靠太阳能电池提供能量.若一太阳能电池板,测得它的开路电压为800mV,短路电流为40mA.若将该电池板与一阻值为20Ω的电阻器连成一闭合电路,则它的路端电压是( ). A.0.10V B.0.20V C.0.30V D.0.40V 图7-2-1图7-2-2图7-2-3 5.(多选)一个T形电路如图7-2-1所示,电路中的电阻R1=10Ω,R2=120Ω,R3=40Ω.另有一测试电源,电动势为100V,内阻忽略不计.则( ). A.当cd端短路时,ab之间的等效电阻是40ΩB.当ab端短路时,cd之间的等效电阻是40Ω C.当ab两端接通测试电源时,cd两端的电压为80VD.当cd两端接通测试电源时,ab两端的电压为80V 热点一 电路的动态分析 1.判定总电阻变化情况的规律(记一记) (1)当外电路的任何一个电阻增大(或减小)时,电路的总电阻一定增大(或减小). (2)若开关的通、断使串联的用电器增多时,电路的总电阻增大;若开关的通、断使并联的支路增多时,电路的总电阻减小. (3)在如图7-2-2所示分压电路中,滑动变阻器可视为由两段电阻构成,其中一段R并与用电器并联,另一段R串与并联部分串联.A、B两端的总电阻与R串的变化趋势一致. 2.分析思路 【典例1】 图7-2-3所示的电路,L1、L2、L3是3只小电灯,R是滑动变阻器,开始时,它的滑片P位于中点位置.当S闭合时,3只小电灯都发光.现使滑动变阻器的滑片P向右移动时,则小电灯L1、L2、L3的变化情况( ). A.L1变亮 B.L2变亮C.L3变暗 D.L1、L2、L3均变亮 【跟踪短训】 图7-2-4图7-2-5图7-2-6 1.如图7-2-4所示,E为内阻不能忽略的电池,R1、R2、R3为定值电阻,S0、S为开关, 与 分别为电压表与电流表.初始时S0与S均闭合,现将S断开,则( ). A. 的读数变大, 的读数变小B. 的读数变大, 的读数变大 C. 的读数变小, 的读数变小D. 的读数变小, 的读数变大 2.(2013·江苏卷,4)在输液时,药液有时会从针口流出体外,为了及时发现,设计了一种报警装置,电路如图7-2-5所示.M是贴在针口处的传感器,接触到药液时其电
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