第1講電路的基本概念及規(guī)律學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解電流的定義式，會(huì)推導(dǎo)電流的微觀表達(dá)式。2.會(huì)用電阻定律和歐姆定律進(jìn)行計(jì)算，理解伏安特性曲線。3.理解電功、電功率、焦耳定律，會(huì)區(qū)分純電阻電路和非純電阻電路。1.2.3.4.5.6.7.1.思考判斷(1)由I＝qt可知，I與q成正比，與t成反比。(×(2)由R＝UI知，導(dǎo)體的電阻與導(dǎo)體兩端的電壓成正比，與流過導(dǎo)體的電流成反比。(×(3)電阻率越大，導(dǎo)體對(duì)電流的阻礙作用就越大。(×)(4)公式W＝UIt＝U2Rt＝I2Rt適用于所有電路。((5)在非純電阻電路中，P＝UI＝I2R＋P其他。(√)(6)焦耳定律只適用于純電阻電路，不適用于非純電阻電路。(×)2.(人教版必修第三冊P60圖11.2－5改編)如圖所示，是某二極管的伏安特性曲線，下列說法正確的是()A.二極管是非線性元件B.加正向電壓時(shí)，二極管阻值不變C.加正向電壓時(shí)，二極管阻值隨著電壓的增大而增大D.加反向電壓時(shí)，無論加多大電壓，電流都很小答案A3.四盞燈泡接成如圖所示的電路。a、c燈泡的規(guī)格為“220V40W”，b、d燈泡的規(guī)格為“220V100W”，各個(gè)燈泡的實(shí)際功率分別為Pa、Pb、Pc、Pd且都沒有超過它們的額定功率。則這四盞燈泡實(shí)際消耗功率大小關(guān)系是()A.Pa＝Pc<Pb＝Pd B.Pa＝Pc>Pb>PdC.Pa<Pc<Pb<Pd D.Pa<Pc<Pb＝Pd答案A考點(diǎn)一電流的理解與計(jì)算1.利用“柱體微元”模型求解電流的微觀問題設(shè)柱體微元的長度為L，橫截面積為S，單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)為n，每個(gè)自由電荷的電荷量為q，電荷定向移動(dòng)的速率為v，則:(1)柱體微元中的總電荷量為Q＝nLSq。(2)柱體中全部電荷通過橫截面的時(shí)間t＝Lv(3)電流的微觀表達(dá)式I＝Qt＝nqSv2.三種電流表達(dá)式的比較公式公式含義定義式I＝qqt反映了I的大小，但不能說I∝q，I∝微觀式I＝nqSv從微觀上看n、q、S、v決定了I的大小決定式I＝UI由U、R決定，I∝U，I∝1跟蹤訓(xùn)練1.(2025·山東淄博模擬)阿秒(as)光脈沖是一種發(fā)光持續(xù)時(shí)間極短的光脈沖，如同高速快門相機(jī)，可用以研究原子內(nèi)部電子高速運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)的等效電流約為1×10－3A。目前阿秒光脈沖的最短時(shí)間為43as，電子繞氫原子核一周的時(shí)間約為該光脈沖時(shí)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(shí)間為T＝eI，則有Tt＝2.如圖所示，兩段長度和材料相同、各自粗細(xì)均勻的金屬導(dǎo)線a、b，單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)相等，橫截面積之比為Sa∶Sb＝1∶2。已知5s內(nèi)有5×1018個(gè)自由電子通過導(dǎo)線a的橫截面，已知電子電荷量為1.6×10－19C，則()A.流經(jīng)導(dǎo)線a的電流為0.32AB.流經(jīng)導(dǎo)線b的電流為0.16AC.5s內(nèi)有1×1019個(gè)自由電子通過導(dǎo)線b的橫截面D.自由電子在導(dǎo)線a和b中移動(dòng)的速率之比va∶vb＝1∶2答案B解析電子的電荷量e＝1.6×10－19C，流過a的電流為I＝qt＝5×1018×1.6×10?195A＝0.16A，故A錯(cuò)誤;因金屬導(dǎo)線a、b串聯(lián)，所以流過導(dǎo)線b的電流也是0.16A，故B正確;因金屬導(dǎo)線a、b串聯(lián)，所以相同時(shí)間內(nèi)通過的電荷量相等，即5s內(nèi)有5×1018個(gè)自由電子通過導(dǎo)線b的橫截面，故C錯(cuò)誤;根據(jù)電流微觀表達(dá)式I＝neSv可得v＝IneS，考點(diǎn)二歐姆定律、電阻定律及伏安特性曲線的理解和應(yīng)用1.電阻與電阻率的區(qū)別(1)電阻反映了導(dǎo)體對(duì)電流阻礙作用的大小，而電阻率則反映制作導(dǎo)體的材料導(dǎo)電性能的好壞。(2)導(dǎo)體的電阻大，電阻率不一定大，它的導(dǎo)電性能不一定差;導(dǎo)體的電阻率小，電阻不一定小，即它對(duì)電流的阻礙作用不一定小。(3)導(dǎo)體的電阻、電阻率均與溫度有關(guān)。2.電阻的決定式和定義式的區(qū)別公式R＝ρlR＝U區(qū)別電阻的決定式電阻的定義式說明了電阻的決定因素提供了一種測電阻的方法，并不說明電阻與U和I有關(guān)只適用于粗細(xì)均勻的金屬導(dǎo)體和濃度均勻的電解質(zhì)溶液適用于任何純電阻導(dǎo)體3.I－U圖線與U－I圖線的對(duì)比例1(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(dòng)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∶1C.5∶3 D.1∶3答案B解析根據(jù)電阻定律R＝ρlS和歐姆定律I＝UR可得，ΔU＝I·ΔR，整理可得ρ＝SI·ΔUl，結(jié)合題圖可知導(dǎo)體L1、L2的電阻率之比跟蹤訓(xùn)練3.如圖為電阻A、B的伏安特性曲線，下列說法正確的是()A.電阻A為線性元件，其阻值為0.2ΩB.隨著所加電壓的增大，電阻B的阻值增大C.電阻B的圖線上某點(diǎn)切線的斜率為其相應(yīng)狀態(tài)的阻值D.在兩圖線的交點(diǎn)P處，電阻A的阻值等于電阻B的阻值答案D解析根據(jù)圖像可知，電阻A的伏安特性曲線為直線，所以電阻A是線性元件，其阻值RA＝UI＝3.00.6Ω＝5Ω，故A錯(cuò)誤;電阻B的伏安特性曲線為曲線，因此電阻B為非線性元件，曲線上各點(diǎn)與原點(diǎn)連線的斜率的倒數(shù)表示其電阻;根據(jù)圖像可知，曲線上各點(diǎn)與原點(diǎn)連線的斜率逐漸增大，所以電阻B的阻值隨著所加電壓的增大，阻值減小，故B、C錯(cuò)誤;兩條圖線的交點(diǎn)，所對(duì)應(yīng)的I和U相等，根據(jù)電阻的定義式R＝UI可知，此時(shí)電阻A的阻值等于電阻B考點(diǎn)三電功、電功率、電熱、熱功率1.電功、電功率及電熱、熱功率的比較純電阻電路非純電阻電路實(shí)例白熾燈、電爐、電飯鍋、電熱毯、電熨斗及轉(zhuǎn)子被卡住的電動(dòng)機(jī)等工作中的電動(dòng)機(jī)、電解槽、日光燈等電功與電熱W＝Q＝UIt＝I2Rt＝U2W＝UIt>Q＝I2Rt電功率與熱功率P電＝P熱＝UI＝I2R＝UP電＝UI>P熱＝I2R2.電動(dòng)機(jī)的三個(gè)功率及關(guān)系輸入功率電動(dòng)機(jī)的總功率P總＝P入＝UI輸出功率電動(dòng)機(jī)做有用功的功率，也叫機(jī)械功率熱功率電動(dòng)機(jī)的線圈有電阻，電流通過線圈時(shí)會(huì)發(fā)熱，熱功率P熱＝I2r三者關(guān)系P總＝P出＋P熱效率η＝P出P入×100%＝特別說明①正常工作的電動(dòng)機(jī)是非純電阻元件②電動(dòng)機(jī)因故障或其他原因不轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，相當(dāng)于一個(gè)純電阻元件角度純電阻電路中的功率例2(2024·海南卷，16)虛接是常見的電路故障，如圖所示，電熱器A與電熱器B并聯(lián)。電路中的C處由于某種原因形成了虛接，造成了該處接觸電阻的阻值在0~240Ω之間不穩(wěn)定變化，可等效為電阻RC，已知M、N兩端電壓U＝220V，A與B的電阻RA＝RB＝24Ω，求:(1)M、N間電阻R的變化范圍;(2)當(dāng)RC＝240Ω時(shí)，電熱器B消耗的功率(保留3位有效數(shù)字)。答案(1)12Ω≤R≤22Ω(2)16.7W解析(1)根據(jù)電路可知，M、N間的電阻R滿足1可知當(dāng)RC＝0時(shí)M、N間電阻R的阻值最小，為Rmin＝12Ω當(dāng)RC＝240Ω時(shí)M、N間電阻R的阻值最大，為Rmax＝22Ω故M、N間電阻R的變化范圍為12Ω≤R≤22Ω。(2)當(dāng)RC＝240Ω時(shí)，流過電熱器B的電流為I＝URC則電熱器B消耗的功率為P＝I2RB＝16.7W。跟蹤訓(xùn)練4.(2025·河南洛陽模擬)四盞白熾燈泡連接成如圖所示的電路。a、c燈泡的規(guī)格為“220V40W”，b、d燈泡的規(guī)格為“220V100W”，各個(gè)燈泡的實(shí)際功率都沒有超過它的額定功率。對(duì)這四盞燈泡實(shí)際消耗功率的說法正確的是()A.a燈泡實(shí)際消耗的功率最小B.b燈泡實(shí)際消耗的功率最小C.c燈泡實(shí)際消耗的功率最小D.d燈泡實(shí)際消耗的功率最小答案C解析a、c燈泡的電阻R＝U2P＝1210Ω，b、d燈泡的電阻R'＝U2P'＝484Ω，根據(jù)并聯(lián)電路的特點(diǎn)知b、c并聯(lián)后的總電阻R并<R'，大電阻分大電壓，所以b、c燈泡兩端的電壓小于d燈泡兩端的電壓，根據(jù)P＝U2R，可得Pc<Pb<Pd，a、d燈串聯(lián)，電流相等，根據(jù)P＝I2R，知P與R成正比，則Pa>Pd，綜上有Pa>Pd>Pb>角度非純電阻電路中的功率例3(2024·浙江湖州模擬)如圖為某品牌電動(dòng)牙刷，用充電器對(duì)牙刷電池充電，10h即可從零電量至充滿。已知電池的電動(dòng)勢為2.4V，內(nèi)阻為0.5Ω，容量為800mA·h，電池剩余電量為總電量的20%時(shí)就無法正常使用而需要充電。充滿電后每天使用兩次，每次平均2分鐘，可以連續(xù)正常使用30天。則()A.充電時(shí)通過電池的平均電流為64mAB.正常工作時(shí)，電池平均輸出功率約為0.72WC.正常工作時(shí)，電池每天消耗的電能約為230JD.充滿電到無法正常使用過程中，電池內(nèi)阻消耗的總電能約為460J答案B解析10h即可從零電量至充滿，根據(jù)q＝It得，充電時(shí)通過電池的平均電流為I＝qt＝80010mA＝80mA，故A錯(cuò)誤;由于q'＝q(1－20%)＝640mA·h，而充一次電能正常工作時(shí)間為t'＝2×2×3060h＝2h，正常工作時(shí)的平均電流為I'＝q't'＝640mA·h2h＝320mA＝0.32A，正常工作時(shí)，電池平均輸出功率約為P出＝UI'－I'2r＝2.4×0.32W－0.322×0.5W≈0.72W，故B正確;正常工作時(shí)，電池每天消耗的電能約為W＝UI't″＝2.4×0.32×4×60J＝184.32J≈184J，故C錯(cuò)誤;充滿電到無法正常使用過程中，電池內(nèi)阻消耗的總電能約為W'＝I'2rt＝(0.32)2×0.5×2×2×30跟蹤訓(xùn)練5.(2025·安徽滁州模擬)如圖，在蚌埠港碼頭，吊車正以0.1m/s的速度勻速吊起總質(zhì)量為5.7×103kg的集裝箱。已知吊車的電動(dòng)機(jī)工作電壓為380V，電流為20A，重力加速度取10m/s2，則()A.