考情分析試題情境生活實踐類家用電器、新能源電動汽車、超級電容器、手機充電等學(xué)習(xí)探究類電表改裝、導(dǎo)體電阻率的測量、測量電源的電動勢和內(nèi)阻、用多用電表測量電學(xué)中的物理量

第50課時電路的基本概念及電路分析目標(biāo)要求1.知道電流的概念、表達式及微觀表達式，理解電阻定律。2.理解部分電路歐姆定律及伏安特性曲線。3.會進行串、并聯(lián)電路分析，理解電表改裝的原理。4.理解焦耳定律并能區(qū)分純電阻電路和非純電阻電路?？键c一電流的概念及表達式電阻定律1.電流電荷的定向移動形成電流，I＝qt2.電流形成的條件：導(dǎo)體中有自由電荷；導(dǎo)體兩端存在電壓。3.電流的標(biāo)矢性：電流是標(biāo)量，但有方向，規(guī)定正電荷定向移動的方向為電流的方向。4.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)公式：R＝ρlS其中l(wèi)是導(dǎo)體的長度，S是導(dǎo)體的橫截面積，ρ是導(dǎo)體的電阻率，其國際單位是歐·米，符號為Ω·m。(3)電阻率①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。②電阻率與溫度的關(guān)系金屬：電阻率隨溫度升高而增大；負(fù)溫度系數(shù)半導(dǎo)體：電阻率隨溫度升高而減??；超導(dǎo)體：一些金屬和合金在溫度低到臨界溫度時，電阻可以降到0。1.由I=qt可知，I與q成正比，與t成反比。(×2.電流越大，單位時間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量越多。(√)3.由ρ=RSl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.電阻率越大，導(dǎo)體對電流的阻礙作用就越大。(×)1.如圖所示，設(shè)金屬導(dǎo)體的橫截面積為S，導(dǎo)體中單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)為n，每個自由電荷的電荷量為q，自由電荷定向移動的速率為v，試推導(dǎo)電流的微觀表達式。答案推導(dǎo)：t時間內(nèi)電荷定向移動的距離L＝vt，t時間內(nèi)通過導(dǎo)體某一橫截面的電荷數(shù)N＝nvtS，t時間內(nèi)通過導(dǎo)體某一橫截面的電荷量Q＝Nq＝nvtSq，電流I＝Qt＝nqvS2.在導(dǎo)體導(dǎo)電時，電流的電場建立速度與電荷定向移動的平均速率相同嗎？答案不同，電流以光速傳輸，電荷定向移動的平均速率遠小于光速。例1(2024·山東聊城市質(zhì)檢)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ρ，棒內(nèi)單位體積自由電子數(shù)為n，自由電子的質(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，自由電子定向移動的平均速率為v，則金屬棒內(nèi)的電場強度大小為()A.mv22eL B.mv2答案C解析由電流的定義式可知，I＝qt＝nvtSet＝neSv，由歐姆定律可得，U＝IR＝neSv·ρLS＝ρneLv，又電場強度大小為E＝UL，故電流的三種表達式及其比較公式適用范圍公式含義I＝q一切電路qt反映了I的大小，但不能說I∝q、I∝I＝nqSv一切電路從微觀上看，n、q、S、v決定了I的大小I＝U金屬、電解質(zhì)溶液I由U、R決定，I∝U、I∝1例2(2024·廣西卷·6)將橫截面相同、材料不同的兩段導(dǎo)體L1、L2無縫連接成一段導(dǎo)體，總長度為1.00m，接入圖甲電路。閉合開關(guān)S，滑片P從M端滑到N端，理想電壓表讀數(shù)U隨滑片P的滑動距離x的變化關(guān)系如圖乙，則導(dǎo)體L1、L2的電阻率之比約為()A.2∶3 B.2∶1 C.5∶3 D.1∶3答案B解析根據(jù)電阻定律R＝ρLS，得ΔR＝ρΔxS，根據(jù)歐姆定律ΔU＝I·ΔR，整理可得ρ＝SI·ΔUΔx，結(jié)合題圖可知導(dǎo)體L1、考點二部分電路歐姆定律串、并聯(lián)電路的特點1.部分電路歐姆定律(1)內(nèi)容：導(dǎo)體中的電流跟導(dǎo)體兩端的電壓成正比，跟導(dǎo)體的電阻成反比。(2)表達式：I＝UR(3)適用范圍：金屬導(dǎo)電和電解質(zhì)溶液導(dǎo)電，不適用于氣態(tài)導(dǎo)體或半導(dǎo)體元件。2.對U－I圖像和I－U圖像的理解(如圖甲、乙所示)(1)圖中Ra>Rc，Rd<Rf(均選填“>”“<”或“＝”)。(2)圖線b上的點與O點連線的斜率不斷變小，電阻不斷變??；圖線e上的點與O點連線的斜率不斷變大，電阻不斷變小。注意：b、e表示非線性元件，應(yīng)根據(jù)R＝UI計算某點的電阻，而不是根據(jù)該點切線的斜率(或斜率的倒數(shù))3.串、并聯(lián)電路的特點串聯(lián)電路并聯(lián)電路電流I＝I1＝I2＝…＝InI＝I1＋I2＋…＋In電壓U＝U1＋U2＋…＋UnU＝U1＝U2＝…＝Un電阻R＝R1＋R2＋…＋Rn1R＝1R功率分配P1R1＝P1R1＝P2R2＝…＝PnRnP總＝P1＋P2＋…＋Pn4.電表的兩種改裝的比較改裝成大量程電壓表改裝成大量程電流表內(nèi)部電路改裝原理串聯(lián)分壓并聯(lián)分流所需電阻阻值R＝UIg－R＝U改裝后的量程U＝Ig(Rg＋R)I＝R＋R校準(zhǔn)電路例3(2025·山東濟寧市?？?如圖所示為a、b兩電阻的伏安特性曲線，圖中α＝45°，關(guān)于兩電阻的描述正確的是()A.電阻a的阻值隨電流的增大而增大B.因I－U圖像的斜率表示電阻的倒數(shù)，故電阻b的阻值R＝1tanαΩC.在兩圖線交點處，電阻a的阻值等于電阻b的阻值D.在兩圖線交點處電阻a的阻值是電阻b的阻值的2倍答案C解析I－U圖像上的點的橫坐標(biāo)與縱坐標(biāo)之比表示在該點時的電阻，由題圖可知，電阻a的阻值隨電流的增大而減小，選項A錯誤；在I－U圖像上，由于橫、縱坐標(biāo)軸的長度單位不同，則不能由R＝1tanαΩ＝1Ω求解電阻b的阻值，只能通過R＝UI＝105Ω＝2Ω求解，選項B錯誤；根據(jù)R＝UI可知在兩圖線交點處，電阻a例4(2025·山東濟寧市檢測)如圖所示，某學(xué)習(xí)小組進行電表改裝的實驗，已知表頭內(nèi)阻為100Ω，滿偏電流為300mA，使用OA接線柱時它是量程為0~3A的電流表，使用OB接線柱時它是量程為0~0.6A的電流表，使用OC接線柱時它是量程為0~60V的電壓表，則圖中的R1＝Ω，R2＝Ω，R3＝Ω。答案208050解析使用OA接線柱時，量程為0~3A，則有IOA＝3A＝Ig＋I使用OB接線柱時，量程為0~0.6A，則有IOB＝0.6A＝Ig＋I其中Ig＝0.3A，Rg＝100Ω聯(lián)立解得R1＝20Ω，R2＝80Ω使用OC接線柱時，量程為0~60V，則有UOC＝60V＝IOBRg(R1＋R解得R3＝50Ω?？键c三電功電功率電熱熱功率意義公式聯(lián)系電功電流在一段電路中所做的功W＝UIt對純電阻電路，電功等于電熱：W＝Q＝UIt＝I2Rt；對非純電阻電路，電功大于電熱：W>Q電熱電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量Q＝I2Rt電功率單位時間內(nèi)電流所做的功P＝UI對純電阻電路，電功率等于熱功率：P＝P熱＝UI＝I2R；對非純電阻電路，電功率大于熱功率：P>P熱熱功率單位時間內(nèi)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量P熱＝I2R例5(2022·江蘇卷·2)如圖所示，電路中燈泡均正常發(fā)光，阻值分別為R1＝2Ω，R2＝3Ω，R3＝2Ω，R4＝4Ω，電源電動勢E＝12V，內(nèi)阻不計，四個燈泡中消耗功率最大的是()A.R1 B.R2 C.R3 D.R4答案A解析由電路圖可知，R3與R4串聯(lián)后與R2并聯(lián)，再與R1串聯(lián)。并聯(lián)電路部分的等效電阻為R并＝R2(R3＋R4)R2＋R3＋R4＝2Ω，干路電流即經(jīng)過R1的電流為I1＝I＝ER1＋R并＝3A，并聯(lián)部分各支路電流大小與電阻成反比，則I2＝R3＋R4R2＋R3＋R4I＝23I＝2A，I3＝I4＝R2R2＋R3＋R4I＝13I＝1A，四個燈泡的實際功率分別為P1＝I12R1＝18例6如圖所示為電動機提升重物的裝置，電動機線圈電阻r＝1Ω，電動機兩端電壓為5V，電路中的電流為1A，重物m受到重力為20N。不計摩擦力和空氣阻力，求：(1)電動機的輸入功率和線圈電阻上消耗的熱功率各是多少？(2)電動機的輸出功率和效率各是多少？(3)電動機可以把重物以多大的速度豎直向上提升？答案(1)5W1W(2)4W80%(3)0.2m/s解析(1)電動機的輸入功率P＝IU＝5W線圈電阻上消耗的熱功率P熱＝I2r＝12×1W＝1W(2)電動機的輸出功率P出＝P－P熱＝4W效率η＝P出P×100%(3)根據(jù)P出＝Gv可得v＝0.2m/s。關(guān)于非純電阻電路的兩點注意(1)Q≠U2Rt：在非純電阻電路中，要注意U(2)電動機電路不一定是非純電阻電路①當(dāng)電動機轉(zhuǎn)動時：電動機電路為非純電阻電路，此時U>IR，歐姆定律不適用，大部分電能轉(zhuǎn)化為機械能。②當(dāng)電動機通電但卡住不轉(zhuǎn)動時：電動機電路可以看成純電阻電路，歐姆定律仍適用，電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。課時精練(分值：100分)1~6題每小題8分，共48分1.(2024·山東濰坊市檢測)某一導(dǎo)體的伏安特性曲線如圖中AB段(曲線)所示，以下關(guān)于導(dǎo)體的電阻說法正確的是()A.B點對應(yīng)的電阻為12ΩB.B點對應(yīng)的電阻為40ΩC.工作狀態(tài)從A變化到B時，導(dǎo)體的電阻因溫度的影響改變了1ΩD.工作狀態(tài)從A變化到B時，導(dǎo)體的電阻因溫度的影響改變了9Ω答案B解析B點時導(dǎo)體電阻為RB＝UBIB＝60.15Ω＝40Ω，故A錯誤，B正確；A點時導(dǎo)體電阻為RA＝UAIA＝30.1Ω＝30Ω，工作狀態(tài)從A變化到B時，導(dǎo)體的電阻因溫度的影響改變ΔR＝RB2.如圖所示，a、b、c為不同材料做成的電阻，b與a的長度相等，橫截面積是a的兩倍；c與a的橫截面積相等，長度是a的兩倍。當(dāng)開關(guān)閉合后，三個理想電壓表的示數(shù)關(guān)系U1∶U2∶U3＝1∶1∶2。關(guān)于三種材料的電阻率ρa、ρb、ρc，下列說法中正確的是()A.ρb是ρc的2倍 B.ρa是ρc的2倍C.ρa是ρb的2倍 D.ρc是ρa的2倍答案A解析串聯(lián)電路電流相等，由歐姆定律可得R＝UI，可知電阻與電壓成正比，故Ra∶Rb∶Rc＝1∶1∶2，由電阻定律R＝ρLS可得電阻率ρ＝RSL，b與a的長度相等，橫截面積是a的兩倍，可得ρa∶ρb＝1∶2；c與a的橫截面積相等，長度是a的兩倍，可得ρa∶ρc＝1∶1，故ρa∶ρb∶ρc＝1∶2∶1，故選項B、C、D3.(2024·山東淄博市一模)阿秒(as)光脈沖是一種發(fā)光持續(xù)時間極短的光脈沖，如同高速快門相機，可用以研究原子內(nèi)部電子高速運動的過程。已知1as＝10－18s，電子所帶電荷量為1.6×10－19C，氫原子核外電子繞原子核做勻速圓周運動的等效電流約為1×10－3A。目前阿秒光脈沖的最短時間為43as，電子繞氫原子核一周的時間約為該光脈沖時間的()A.2.8倍 B.3.7倍 C.4.2倍 D.5.5倍答案B解析根據(jù)電流定義式可得I＝eT，可得電子繞氫原子核一周的時間為T＝eI，則有Tt＝1.6×104.(多選)(2024·山東泰安市檢測)如圖所示，把四個相同的燈泡接成甲、乙兩種電路后，燈泡均正常發(fā)光，兩個電路兩端的電壓分別為U甲、U乙，兩個電路的總功率分別為P甲、P乙，兩個電路中電阻箱接入電路的阻值分別為R甲、R乙；R甲兩端的電壓為U1，功率為P1；R乙兩端的電壓為U2，功率為P2；則()A.若P甲＝P乙，則U甲＝U乙B.若P甲＝P乙，則U1＝2U2C.若U甲＝U乙，則R甲<2R乙D.若U甲＝U乙，則P1<P2答案BCD解析設(shè)燈泡正常工作時的電流為I，電壓為U。甲圖中，P甲＝U甲I，P乙＝2U乙I，所以若P甲＝P乙，則U甲＝2U乙，故A錯誤；若P甲＝P乙，則2UI＋P1＝2UI＋P2，所以P1＝P2，又P1＝U1I，P2＝2U2I，所以U1＝2U2，故B正確；若U甲＝U乙，根據(jù)歐姆定律得I(2R＋R甲)＝2I(R2＋R乙)，即R甲＝2R乙－R，所以R甲<2R乙，故C正確；若U甲＝U乙，則P甲＝U甲I，P乙＝2U乙I，所以2P甲＝P乙，即2(2UI＋P1)＝2UI＋P2，解得2UI＋2P1＝P2，即P1<P2，故D5.某節(jié)磷酸鐵鋰電池放電電壓為2.5V，容量為200A·h，該節(jié)電池儲存的電能約為()A.250kW·h B.25kW·hC.5.0kW·h D.0.5kW·h答案D解析該節(jié)電池儲存的電能為W＝UIt＝2.5×200×3600J＝1.8×106J＝0.5kW·h，故選D。6.(多選)四個相同的小量程電流表(表頭)分別改裝成兩個電流表A1、A2和兩個電壓表V1、V2。已知電流表A1的量程大于A2的量程，電壓表V1的量程大于V2的量程，改裝好后把它們按如圖所示連接法連入電路，則()A.電流表A1的讀數(shù)大于電流表A2的讀數(shù)B.電流表A1指針的偏轉(zhuǎn)角小于電流表A2指針的偏轉(zhuǎn)角C.電壓表V1的讀數(shù)小于電壓表V2的讀數(shù)D.電壓表V1指針的偏轉(zhuǎn)角等于電壓表V2指針的偏轉(zhuǎn)角答案AD解析電流表A1與電流表A2由相同表頭與不同電阻并聯(lián)改裝而成，并聯(lián)在電路中，電流表A1與電流表A2的指針偏轉(zhuǎn)角相同，電流表A1的量程較大，則電流表A1的讀數(shù)較大，A正確，B錯誤；電壓表V1與電壓表V2由相同表頭與不同電阻串聯(lián)改裝而成，串聯(lián)在電路中，通過表頭的電流相同，故指針的偏轉(zhuǎn)角相同，因V1量程較大，所以電壓表V1的讀數(shù)大于電壓表V2的讀數(shù)，C錯誤，D正確。7~10題每小題9分，11題16分，共52分7.如圖甲是我國自行研制的CPU“龍芯”系列。圖乙中，R1和R2是兩個材料相同、厚度相同、表面為正方形的芯片內(nèi)部電阻，R1的表面邊長為R2的兩倍。現(xiàn)給R1、R2通以相同的電流I，則R1與R2相比()A.兩端電壓U1>U2B.電功率P1＝P2C.電阻率ρ1>ρ2D.相同時間內(nèi)產(chǎn)生的焦耳熱Q1>Q2答案B解析設(shè)電阻的厚度為d，其正方形表面的邊長為a，根據(jù)電阻定律可得R＝ρa由于材料相同，電阻率相同，且厚度相同，則電阻值的大小僅與材料和厚度有關(guān)，與尺寸大小無關(guān)，則有R1＝R2給R1、R2通以相同的電流，根據(jù)U＝IR，P＝I2R可得U1＝U2，P1＝P2根據(jù)Q＝I2Rt可知R1、R2在相同時間內(nèi)產(chǎn)生的焦耳熱Q1＝Q2。故選B。8.(2024·山東省級聯(lián)考)一塊均勻的長方體金屬樣品如圖所示，長為a，寬為b，厚為c，金屬樣品的電阻率為ρ，金屬樣品中自由電子的電荷量為e，在樣品的C、D兩端加上電壓后樣品中自由電子定向移動的平均速率為v，測得通過樣品的電流為I，則()A.此時樣品的電阻為ρaB.該金屬樣品中單位體積內(nèi)的自由電子個數(shù)為IC.該金屬樣品中單位體積內(nèi)的自由電子個數(shù)為ID.該金屬樣品中自由電子的總個數(shù)為cI答案C解析在樣品的C、D兩端加上電壓后，根據(jù)電阻定律可得樣品的電阻R＝ρlS＝ρbac，故A錯誤；設(shè)該金屬樣品中單位體積內(nèi)的自由電子個數(shù)為n，則單位時間內(nèi)有I＝nacv·e，解得n＝Iacev，故B錯誤，C正確；該金屬樣品中自由電子的總個數(shù)N＝nacb＝Ib9.(2024·山東青島市開學(xué)考)某電吹風(fēng)機簡化電路如圖所示，其主要部件為電動機M和電熱絲，部分技術(shù)參數(shù)如表，電吹風(fēng)機在220V電壓下工作。下列說法正確的是()額定電壓220V額定功率熱風(fēng)時：990W冷風(fēng)時：110WA.開關(guān)S1、S2都閉合時電吹風(fēng)機吹冷風(fēng)B.吹熱風(fēng)時通過電熱絲的電流為4AC.吹熱風(fēng)時電熱絲的功率為990WD.該電吹風(fēng)機中電動機的內(nèi)電阻為440Ω答案B解析由電路圖可知，開關(guān)S1、S2都閉合時電動機M和電熱絲同時接入電路，電吹風(fēng)機吹熱風(fēng)，故A錯誤；吹熱風(fēng)時電熱絲的功率為P＝P2－P1＝990W－110W＝880W，電流為I＝PU＝880220A＝4A，故只閉合開關(guān)S2時，僅電動機接入電路，若電動機為純電阻元件，其電阻為r＝U2P1＝440Ω，由于電動機正常工作時為非純電阻元件，則電阻不為440Ω10.(多選)(2024·山東濟南市期中)如圖所示，把兩只完全相同的表頭進行改裝，已知表頭內(nèi)阻為100Ω，下列說法正