第8章 第24讲 电流电阻电动及电功率（教师用书）-【名师大课堂】2025年新高考物理艺术生总复习必备

第24讲 电流 电阻 电动及电功率 一、电流、欧姆定律 1.电流 (1)电流的形成:电荷的 定向移动 形成电流. (2)电流的方向: 正电荷 定向移动的方向规 定为电流的方向. (3)三个公式:a.定义式:I= qt ; b.微观式:I= nqvS ;c.决定式:I=UR. 2.欧姆定律 (1)欧姆定律: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 表达式为: I=UR . (2)欧姆定律的适用范围 a.金属导电和电解液导电(对气体导电不适用). b.纯电阻电路(不含电动机、电解槽等器件的电 路). 二、电阻、电阻率、电阻定律 1.电阻:反映了导体对电流的阻碍作用的大小, R= UI . 2.电阻定律 (1)内容:同种材料的导体,其电阻及与它的长度 l成 正比 ,与它的横截面积S成 反比 ,导 体电阻与构成它的材料有关. (2)表达式R= ρ l S . 3.电阻率 (1)物理意义:反映制作导体的材料 导电性 能 好坏的物理量,是导体材料本身的属性. (2)电阻率与温度的关系 a.金属的电阻率随温度的升高而 增大 . b.半导体的电阻率随温度的升高而 减小 . c.超导体:当温度降低到 绝对零度 附近时, 某些材料的电阻率突然 减小为零 成为超 导体. 三、电功、电功率、焦耳定律 1.电功 (1)定义:电路中 电场力 移动自由电荷做 的功. (2)公式:W=qU= UIt . (3)电流做功的实质: 电能 转化成其他形式 的能. 2.电功率 (1)定义:单位时间内电流所做的功叫作电功率 表示电流做功的 快慢 . (2)公式:P=Wt= UI . 3.焦耳定律 (1)内容:电流通过导体产生的热量跟电流的二 次方成 正比 ,跟导体的电阻及通电时间成 正比 . (2)公式:Q= I2Rt . 4.热功率 (1)定义:单位时间内的发热量. (2)表达式:P=Qt= I 2R . 四、串、并联电路的特点 电路 串联电路 并联电路 电流 I=I1=I2=…=In I=I1+I2+…+In 电压 U=U1+U2+…Un U=U1=U2=…=Un 电阻 R总 =R1+R2+Rn 1 R总 = 1 R1 + 1R2 + … +1Rn 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 980 电流电阻和电阻定律的理解与应用 1.电流的三个表达式 公式 适用 范围 字母含义 公式含义 定 义 式 I=qt 一切 电路 q为时间t 内通 过导体横截面的 电荷量 q t 反映了 I 的 大 小,但 不 能说I∝ q,I∝1t 微 观 式 I=nqSv 一切 电路 n:导 体 单 位 体 积 内 的 自 由 电 荷数 q:每个自由电荷 的电荷量 S:导 体 的 横 截 面积 v:电 荷 定 向 移 动速率 从微观上 看 n、q、 S、v 决定 了I 的大 小 决 定 式 I=UR 金属、 电解液 U:导 体 两 端 的 电压 R:导 体 本 身 的 电阻 I由U、R 决定,I∝ U,I∝1R 2.电阻的决定式和定义式的比较 公式 决定式 定义式 R=ρ l S R= U I 区别 指明了电阻的决定 因素 提供了一种测定电 阻的方法,电阻与U 和I无关 适用于粗细均匀的 金属导体和分布均 匀的导电介质 适用于任何纯电阻 导体 相同点 都不能反映电阻的实质(要用微观理论解 释) 如图所示,一段长为a、 宽为b、高为c(a>b>c)的长 方体金属导体,将其中的两个对立面接入电路中 时,最大的电阻为R,则最小的电阻为 ( A ) A.c 2R a2 B.c 2R ab C.a 2R bc D.R 欧姆定律与伏安特性曲线 1.欧姆定律的“二同” (1)同体性:指I、U、R三个物理量必须对应同一 段电路或同一段导体. (2)同时性:指U 和I 必须是同一时刻的电压和 电流. 2.伏安特性曲线的理解 (1)如图,图线a、b表示线性元件的I-U 图线,图 线c、d表示非线性元件的I-U 图线;对于线性元 件R=UI= ΔU ΔI ,对于非线性元件R=UI≠ ΔU ΔI. (2)I-U 图线的斜率表示电阻的倒数,斜率越大, 电阻越小,故Ra<Rb,图线c表示的元件的电阻 随电压的增大而减小,图线d表示的元件的电阻 随电压的增大而增大. (3)伏安特性曲线上每一点的电压坐标与电流坐 标的比值对应这一状态下的电阻.在I-U曲线 上某点切线的斜率不是电阻的倒数. (伏安特性曲线在电路中的实际应用)(多 选)在如图甲所示的电路中,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S闭合后,电路中的总电流为 0.25A,则此时 ( BD ) 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 090 A.L1两端的电压为L2两端电压的2倍 B.L1消耗的电功率为0.75W C.L2的电阻为12Ω D.L1、L2消耗的电功率的比值大于4 解析:电路中的总电流为0.25A,L1 中电流为 0.25A,由小灯泡的伏安特性曲线可知L1 两端 的电压为3.0V,L1 消耗的电功率P1=U1I1= 0.75W,选项B正确;根据并联电路规律可知, L2 中的电流为0.125A、由小灯泡的伏安特性曲 线可知其两端电压大约为0.3V,故L1 两端的 电压约为L2 两端电压的10倍,选项A错误;由 欧姆定律可知,L2的电阻约为R2= U2 I2 =0.30.125Ω= 2.4Ω,选项C错误;L2 消耗的电功率约为P2= U2I2=0.3×0.125W=0.0375W,即L1、L2 消 耗的电功率的比值大于4,选项D正确. 串并联电路规律及其应用 1.串、并联电路的几个常用结论 (1)当 n 个 等 值 电 阻 R0 串 联 或 并 联 时, R串=nR0,R并= 1 nR0. (2)串联电路的总电阻大于电路中任意一个电 阻,并 联 电 路 的 总 电 阻 小 于 电 路 中 任 意 一 个 电阻. (3)在电路中,某个电阻增大(或减小),则总电阻 一定增大(或减小). (4)某电路中无论电阻怎样连接,该电路消耗的 总电功率始终等于各个电阻消耗的电功率之和. 2.电流表和电压表的改装及校准 (1)改装方法 改装为大量程电压表 改装为大量程电流表 原理 串联电阻分压 并联电阻分流 图示 R 大 小 由于U=IgR+IgRg, 所以R=UIg -Rg 由于IgRg=(I-Ig)R, 所以R= IgRg I-Ig 电表 内阻 RV=R+Rg>Rg RA= RRg R+Rg <Rg (2)校准电路:电压表的校准电路如图(甲)所示, 电流表的校准电路如图(乙)所示. (多选)如图所示,电流表 A1 (0~3A)和 A2(0~0.6A)是由两个相同的电流计改装而 成,现将这两个电流表并联后接入电路中闭合开 关S,调节滑动变阻器,下列说法中正确的是 ( BC ) A.A1、A2的读数之比为1∶1 B.A1、A2的读数之比为5∶1 C.A1、A2的指针偏转角度之比为1∶1 D.A1、A2的指针偏转角度之比为1∶5 解析:根据电表改装原理可知,电流计并联电阻 改装成大量程的电流表 R= Ug IA ,则内阻之比等 于最大量程的反比,A1、A2 的内阻之比为1∶5, 并联时,电流之比等于内阻的反比,电流表的读 数之 比 为5∶1,故 A 错 误,B 正 确;电 流 表 A1(0~3A)和A2(0~0.6A)是由两个相同的 电流计改装而成的,图中两个电流表为并联电 路,则两电流计也是并联的,电压相等,流过电流 计的电流相等,则 A1、A2 的指针偏转角度之比 为1∶1,故C正确,D错误.故选BC. 电功 电热 电功率 1.纯电阻电路与非纯电阻电路的比较 用电器 纯电阻→ W =Q→ UIt=I2Rt=U 2 Rt→ UI=I2R=U 2 R→ 如,电阻、电炉子、白炽灯等→ 非纯电阻→ W >0→ UIt=I2Rt+W其他→ UI=I2R+P其他→ 如,电风扇、电动机、电解槽等→ 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 190 2.电动机的三个功率及关系 输入功率 电动机的总功率P总 =P入 =UI 输出功率 电动机有用功的功率,也叫机械功率 热功率 电动机线圈上有电阻,电流通过线圈时 会发热,热功率P热 =I2r 三者关系 P总 =P出 +P热 效率 η= P出 P总 ×100% 特别说明 ①正常工作的电动机是非纯电阻元件 ②电动机因故障或其他原因不转动时, 相当于一个纯电阻元件 (非纯电阻电路中电功率的计算)(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,电动观光车的质 量为m,电动观光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(重力加速度 为g) ( BC ) A.电动个的内阻R=EI B.电动机的内阻R=EI= kmgv I2 C.如果电动机突然被卡住而停止转动,则电源 的功率将变大 D.如果电动机突然被卡住而停止转动,则电源 的功率将变小 解析:根据能量守恒定律,有 EI=I2R+kmgv, 所以电动机的内阻R=EI- kmgv I2 ,选项B正确, A错误;当电动机突然被卡住而停止转动时,变 成了纯电阻电路,回路的电流变大,故电源的功 率P=EI将变大,选项C正确,D错误. 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 第25讲 电路 电路的基本规律 1.电动势 (1)定义:电源在内部移动电荷的过程中,非静电 力对电荷做的功与移动电荷的 电荷量 的 比值. (2)定义式:E= Wq ,单位为V. (3)大小:电动势在数值上等于在电源内部 非 静电力 把1C正电荷从负极移送到正极所做 的功. (4)物理含义:电动势表示电源把其他形式的能 转化成 电能 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:电源内部导体的电阻. 3.闭合电路的欧姆定律 (1)内容:闭合电路中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:I= ER+r (只适用于纯电阻电路). (3)其他表达形式 ①电势降落表达式:E=U外 +U内 或E=U外+ Ir . ②能量表达式:EI=UI+ I2r . 4.路端电压与外电阻的关系 一般 情况 U=IR= ER+r ·R= E I+rR ,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 = Er ,U=0 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 290