1、第九章电路素养导读备考定向核心素养试题情境生活实践类在日常生产生活和科技方面的主要试题情境有各种家用电器、电表的原理与应用等,涉及这类情境的题目往往考查纯电阻电路和非纯电阻电路的分析与计算、串并联电路的规律与应用、电路故障的分析与判断等学习探索类学习探索类涉及的主要试题情境是电学实验问题,包括实验原理的创新、实验器材的选择、实验电路的设计、实验数据的处理和实验误差的分析等问题考向预测1.电路知识主要以选择题形式考查,包括欧姆定律的应用问题、电路动态分析问题、故障判断问题、含容电路问题、电功和电功率问题等;2.电学实验以电表改装、电阻测量为主线进行实验原理、电路设计、数据处理和误差分析的考查,具
2、体包括电表的改装和读数、多用电表的原理和使用、以伏安法为代表的电阻的测量方法、以伏安法为代表的电源电动势和内阻的测量方法第1节电阻定律欧姆定律焦耳定律必备知识预案自诊知识梳理一、电流欧姆定律1.电流(1)自由电荷的形成电流。(2)方向:规定为定向移动的方向。(3)三个公式定义式:I=qt,公式中q是通过导体横截面的电荷量。微观表达式:I=nqSv,n是单位体积内的自由电荷数,q是每个电荷的电荷量,S是导体的横截面积,v是自由电荷定向移动的速率。决定式:I=UR,U是导体两端的电压,R是导体本身的电阻。注:在理解公式时一定要注意定义式与决定式的区别,其中定义式或计算式有:I=qt、R=UI、=R
3、Sl等,决定式有:I=UR、I=nqSv等。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,跟导体的电阻R成。(2)公式:I=。(3)适用条件:适用于和电解液导电,适用于电路。二、电阻电阻定律1.电阻(1)定义式:R=UI。注:无论线性元件还是非线性元件,只要是纯电阻元件,电阻都可由R=UI计算。(2)物理意义:反映了导体对电流的。2.电阻定律(1)内容:同种材料的导体,其电阻与它的成正比,与它的成反比,导体的电阻还与构成它的有关。(2)表达式:R=lS。3.电阻率(1)计算式:=RSl。(2)物理意义:反映导体,是表征的物理量。(3)电阻率与温度的关系:金属:电阻率随温度升高而。
4、一些合金:电阻率几乎不受温度变化的影响。三、电功率焦耳定律1.电功(1)定义:导体中的自由电荷在作用下定向移动,电场力做的功称为电功。(2)公式:W=qU=。(3)电流做功的实质: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。(2)公式:P=Wt=。3.焦耳定律(1)电热:电流流过一段导体时产生的。(2)计算式:Q=。4.热功率(1)定义:单位时间内的发热量。(2)表达式:P=Qt=。注:公式W=UIt可求解任何电路的电功,而W=I2Rt=U2Rt只适用于纯电阻电路。考点自诊1.判断下列说法的正误。(1)电流越大,单位时间内通过导体横截面的电荷量就越多。(
5、)(2)根据I=qt,可知I与q成正比。()(3)导体的电阻与导体两端的电压成正比,与通过导体的电流成反比。()(4)由R=lS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。()(5)由=RSl知,导体的电阻率与导体的电阻和横截面积的乘积成正比,与导体的长度成反比。()(6)公式P=IU只适用于纯电阻电路中电功率的计算。()(7)在非纯电阻电路中,UII2R。()2.小明在一根细橡胶管中灌满食盐水,两端用粗铜丝塞住管口,形成一段封闭的盐水柱。他将此盐水柱接到学生电源两端,电源电动势和内阻恒定。握住盐水柱两端将它水平均匀拉伸到原长的1.2倍,若忽略温度对电阻率的影响,则此盐水柱()
6、A.通过的电流增大B.两端的电压增大C.阻值增大为原来的1.2倍D.电功率增大为原来的1.44倍3.(新教材人教版必修第三册P60“拓展学习”改编)如图所示为某晶体二极管的伏安特性曲线,下列说法正确的是()A.加正向电压时,二极管电阻较小,且随着电压的增大而增大B.加反向电压时,二极管电阻较大,无论加多大电压,电流都很小C.无论是加正向电压还是加反向电压,电压和电流都不成正比,所以二极管是非线性元件D.二极管加正向电压时,电阻不变4.(新教材人教版必修第三册P82习题改编)四盏灯泡接成如图所示的电路。a、c灯泡的规格为“220 V40 W”,b、d灯泡的规格为“220 V100 W”,各个灯泡
7、的实际功率分别为Pa、Pb、Pc、Pd,且都没有超过额定功率。试比较这四盏灯泡实际消耗功率的大小关系。5.(新教材人教版必修第三册P76习题改编)在显像管的电子枪中,从炽热的金属丝不断放出的电子进入电压为U的加速电场,设其初速度为零,经加速后形成横截面积为S、电流为I的电子束。已知电子的电荷量为e、质量为m,则在刚射出加速电场时,一小段长为l的电子束内的电子个数是多少?关键能力学案突破考点一电流的理解及其三个表达式的应用(自主探究)三个电流表达式的比较比较项目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qt反映了I的大小,但不能说Iq,I1t微观式I=n
8、qSv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,IU,I1R对点演练1.如图所示,电解池内有一价离子的电解液,在时间t内通过溶液截面S的正离子数为n1,负离子数为n2。设元电荷电荷量为e,则以下说法正确的是()A.溶液内电流方向从A到B,电流大小为n1etB.溶液内电流方向从B到A,电流大小为n2etC.溶液内正、负离子反方向移动,产生的电流相互抵消D.溶液内电流方向从A到B,电流大小为(n1+n2)et2.一根长为L、横截
9、面积为S的金属棒,其材料的电阻率为,棒内单位体积内自由电子数为n,电子的质量为m、电荷量为e。在棒两端加上恒定的电压时,棒内产生电流,自由电子定向运动的平均速率为v,则金属棒内的电场强度大小为()A.mv22eLB.mv2SneC.nevD.evSL金属导体模型解题思路考点二对电阻、电阻定律的理解与应用(自主探究)1.对电阻和电阻率的理解(1)电阻反映了导体对电流阻碍作用的大小,而电阻率则反映制作导体的材料导电性能的好坏。(2)导体的电阻大,电阻率不一定大,即它的导电性能不一定差;导体的电阻率小,电阻不一定小,即它对电流的阻碍作用不一定小。(3)导体的电阻、电阻率均与温度有关。2.两个公式对比
10、公式R=lSR=UI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,并不说明电阻与电阻两端电压和通过的电流有关只适用于粗细均匀的金属导体和浓度均匀的电解质溶液适用于任何纯电阻导体对点演练3.(2021江苏苏州高三第二次月考)图为一块长方体铜块,将1、2和3、4分别接在一个恒压源(输出电压保持不变)的两端,通过铜块的电流之比为()A.1B.c2a2C.a2b2D.b2c2考点三对欧姆定律及伏安特性曲线的理解(师生共研)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必须是导体上同一时刻的电压和电流。2.I-
11、U图像与U-I图像【典例1】(多选)在如图甲所示的电路中,L1、L2和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0.25 A,则此时()A.L1的电阻为12 B.L1的电压为L2电压的2倍C.L1消耗的电功率为0.75 WD.L1、L2消耗的电功率的比值等于41(1)I-U图像叫作导体的伏安特性曲线,U-I图像是元件两端的电压与流过它的电流之间的关系图像。(2)U-I(或I-U)图像为曲线时,图线上某点与O点连线的斜率表示电阻(电阻的倒数)。对点演练4.(多选)(2020江苏震泽中学高三月考)如图是小灯泡L(灯丝材料是钨)和某种电阻R的伏安
12、特性曲线,M为两曲线交点。下列说法正确的有()A.在M点状态下,小灯泡L和电阻R的功率相等B.在M点状态下,小灯泡L的阻值比电阻R的小C.曲线a是L的伏安特性曲线,曲线b是R的伏安特性曲线D.曲线a是R的伏安特性曲线,曲线b是L的伏安特性曲线5.(2020安徽黄山质检)如图所示是电阻R的I-U图像,图中=45,由此得出()A.欧姆定律适用于该元件B.电阻R=0.5 C.因I-U图像的斜率表示电阻的倒数,故R=1tan=1.0 D.在R两端加上6.0 V的电压时,每秒通过电阻横截面的电荷量是2.0 C考点四对电功、电功率、电热、热功率的理解(师生共研)1.纯电阻电路与非纯电阻电路的比较2.电动机
13、的三个功率及关系输入功率电动机的总功率P总=P入=UI输出功率电动机的有用功的功率,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=P出P入100%=P出P总100%特别说明正常工作的电动机是非纯电阻元件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【典例2】一只电饭煲和一台洗衣机并联接在输出电压220 V的交流电源上,均正常工作。用电流表分别测得通过电饭煲的电流是5.0 A,通过洗衣机电动机的电流是0.50 A,则下列说法中正确的是()A.电饭煲的电阻为44 ,洗衣机电动机线圈的电阻为440 B.电饭煲的电功率为1 555 W
14、,洗衣机电动机消耗的电功率为155.5 WC.1 min内电饭煲消耗的电能为6.6104 J,洗衣机电动机消耗的电能为6.6103 JD.电饭煲发热功率是洗衣机发热功率的10倍解题指导审题关键词句分析解读电饭煲纯电阻电路,欧姆定律适用洗衣机非纯电阻电路,欧姆定律不适用并联接入电路用电器两端电压均为220V破题电饭煲是纯电阻,洗衣机不是纯电阻,加在洗衣机两端的电压不是全部加在内阻上,根据功率公式和热量公式可以分析各项。非纯电阻电路的分析技巧在非纯电阻电路的计算中,要注意非纯电阻用电器两端的电压并非是全部加在用电器内阻上,只有在用电器不正常工作时(电路变为纯电阻电路时)电功率和发热功率才相等。但是
15、,无论在纯电阻电路还是在非纯电阻电路中,发热功率都是I2r。处理非纯电阻电路的计算问题时,要善于从能量转化的角度出发,紧紧围绕能量守恒定律,利用“电功=电热+其他能量”寻找能量关系求解。对点演练6.(2020北京高三下学期一模)如图甲所示,用充电宝为一手机电池充电,其等效电路如图乙所示。在充电开始后的一段时间t内,充电宝的输出电压U、输出电流I可认为是恒定不变的,设手机电池的内阻为r,则时间t内()A.充电宝输出的电功率为UI+I2rB.充电宝产生的热功率为I2rC.手机电池产生的焦耳热为U2rtD.手机电池储存的化学能为UIt-I2rt7.一台电风扇,内阻为20 ,接上220 V电压后正常工
16、作,消耗功率66 W。(1)电风扇正常工作时通过电动机的电流是多少?(2)电风扇正常工作时转化为机械能的功率是多少?转化为内能的功率是多少?电动机的效率是多少?(3)如果接上电源后,电风扇的扇叶被卡住,不能转动,这时通过电动机的电流以及电动机消耗的电功率和发热功率是多少?第九章电路第1节电阻定律欧姆定律焦耳定律必备知识预案自诊知识梳理一、电流欧姆定律1.(1)定向移动(2)正电荷2.(1)正比反比(2)UR(3)金属纯电阻二、电阻电阻定律1.(2)阻碍作用2.(1)长度横截面积材料3.(2)导电性能材料性质(3)增大三、电功率焦耳定律1.(1)电场力(2)IUt(3)电能2.(1)快慢(2)I
17、U3.(1)热量(2)I2Rt4.(2)I2R考点自诊1.(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)2.B长度变为原来的1.2倍,则横截面积变为原来的11.2,根据电阻定律R=LS可知,电阻变为原来的1.44倍,选项C错误;根据闭合电路欧姆定律E=U+Ir可知总电阻增大,干路电流I减小,路端电压即盐水柱两端电压U增大,选项A错误,B正确;电功率的表达式P=UI,电流和电压的变化倍数无法计算,所以电功率变化倍数无法计算,选项D错误。3.C4.答案Pa=PcPb=Pd5.答案Ilem2eU解析设电子刚射出电场时的速度为v,则eU=12mv2,所以v=2eUm。加速后形成横截面积为S、电流为I的电子
18、束,由I=neSv,可得n=IeSv=IeSm2eU,所以长度为l的电子束内的电子数N=lSn=IlSeSm2eU=Ilem2eU。关键能力学案突破对点演练1.D电解液中通过一截面的电荷量应为n1e+n2e,则电流为I=qt=(n1+n2)et。电流方向为正电荷定向移动方向,为AB,选项D正确。2.C由电流定义可知I=qt=nvtSet=neSv,由欧姆定律可得U=IR=neSvLS=neLv,又E=UL,故E=nev,选项C正确。3.B根据电阻定律R=LS得,当在1、2两端加上恒定电压U时,R12=abc,通过铜块的电流I12=Ubca,当在3、4两端加上恒定的电压时,R34=cab,通过铜
19、块的电流I34=Uabc,所以I12I34=c2a2,故B正确。典例1AC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电压为3.0V,L1消耗的电功率为P=UI=0.75W,选项C正确;根据并联电路规律,L2中电流为0.125A,由小灯泡的伏安特性曲线可知电压大约为0.3V,故L1的电压大约为L2电压的10倍,选项B错误;L1的电阻为R=UI=3.00.25=12,选项A正确;L2消耗的电功率为P=0.30.125W=0.0375W,L1、L2消耗的电功率的比值大于41,选项D错误。对点演练4.AC题图中的M点,电流和电压都相等,根据欧姆定律,电阻相等,功率P
20、=UI也相等,故A正确,B错误;随着电压的增加,元件的热功率增加,温度升高,从题图中可以看出,b图线对应电阻减小,a图线对应电阻增加,热敏电阻其阻值随温度的升高而减小,而小灯泡的电阻随温度的升高而增加,故a是小灯泡的伏安特性曲线,故C正确,D错误。5.A通过电阻的电流与两端电压成正比,欧姆定律适用,A正确;根据电阻的定义式R=UI可知,R=105=2,B错误;由于I-U图像中横、纵坐标的标度不同,故不能直接根据tan求电阻,C错误;由题图知,当U=6.0V时,I=3.0A,则每秒通过电阻横截面的电荷量是q=It=3.01C=3.0C,D错误。典例2C电饭煲电阻R=UI=44,电功率P=UI=1
21、100W,每分钟消耗的电能E=UIt=6.6104J,洗衣机电动机线圈电阻无法确定,无法计算热功率,电功率P=UI=110W,每分钟消耗的电能E=UIt=6.6103J。对点演练6.D充电宝的输出电压U、输出电流I,所以充电宝输出的电功率为P=UI,A错误;手机电池充电电流为I,所以手机电池产生的热功率为Pr=I2r,而充电宝的热功率为充电宝的总功率减去输出功率,根据题目信息无法求解,B、C错误;输出的电能一部分转化为电池的化学能,一部分转化为电池的热能,故根据能量守恒定律可知手机电池储存的化学能为W=UIt-I2rt,D正确。7.答案(1)0.3 A(2)64.2 W1.8 W97.3%(3)11 A2 420 W2 420 W解析(1)因为P入=IU所以I=P入U=66220A=0.3A(2)电风扇正常工作时转化为内能的功率为P内=I2R=0.3220W=1.8W电风扇正常工作时转化为机械能的功率为P机=P入-P内=66W-1.8W=64.2W电风扇正常工作时的效率为=W机W总=P机P入=64.266100%=97.3%(3)电风扇的扇叶被卡住后通过电风扇的电流I0=UR=22020A=11A电动机消耗的电功率P=I0U=11220W=2420W电动机的发热功率P内=I02R=11220W=2420W