2022高三总复习物理教案-知识讲解 电阻定律、欧姆定律、焦耳定律、电路的连接

物理总复习：电阻定律、欧姆定律、焦耳定律、电路的连接 编稿：李传安 审稿：【考纲要求】1、知道电流、电阻等概念，理解电流的微观表达式中各物理量的含义； 2、知道电阻定律及电阻率与温度的关系；3、知道串、并联电路中电流、电压的分配关系；4、知道电功与电热的区别；5、知道电功率的概念及计算；6、知道欧姆定律并能应用定律进行部分电路的分析与计算；7、知道判断电路故障的基本方法并会判断。【知识网络】【考点梳理】考点一、电流、电阻、电阻定律1、电流要点诠释：（1）定义：电荷的定向移动形成电流。（2）公式：（注意：如果是正、负离子同时移动形成电流时q是两种电荷电量绝对值之和）（3）方向：规定和正电荷定向移动的方向相同，和负电荷定向移动的方向相反。（4）性质：电流既有大小也有方向，但它的运算遵守代数运算规则，是标量。（5）单位：国际单位制单位是安培（A），常用单位还有毫安（mA)、微安（) （6）微观表达式：，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。（7）电流的微观本质如图所示，AD表示粗细均匀的一段导体l，两端加一定的电压，导体中的自由电荷沿导体定向移动的速率为v，设导体的横截面积为S，导体每单位体积内的自由电荷数为n，每个自由电荷的电荷量为q。AD导体中的自由电荷总数总电荷量所有这些电荷都通过横截面D所需要的时间所以导体AD中的电流由此可见，从微观上看，电流强度决定于导体中单位体积内的自由电荷数、每个自由电荷的电荷量、定向移动速度和导体的横截面积。例、某电解池中，若在2s内各有个二价正离子和个一价负离子通过某截面，那么通过这个截面的电流是（ ）A0 B0. 8 A C1.6 A D3.2 A【答案】D【解析】电解液的电流由正、负离子定向运动形成，则在2s内通过某截面的总电荷量应为：所以电流.2、电阻和电阻定律要点诠释：（1）电阻：导体对电流的阻碍作用叫电阻。 （2）电阻的定义式： （3）电阻定律：在温度不变的情况下，导体的电阻与导体的长度成正比，与横截面积成反比。数学表达式：。 （4）电阻率：是反映导体导电性能的物理量，其特点是随着温度的改变而变化。 （5）半导体和超导体：有些材料，它们的导电性能介于导体和绝缘体之间，且电阻随温度的升高而减小，这种材料称为半导体。有些物质，当它的温度降低到绝对零度附近时，其电阻突然变为零，这种现象叫做超导现象。能够发生超导现象的物质称为超导体。材料由正常状态转变为超导状态的温度，叫做超导材料的转变温度。考点二、部分电路的欧姆定律要点诠释：1、内容通过一段电路的电流，跟这段电路两端的电压成正比，跟这段电路的电阻成反比，这一规律叫部分电路欧姆定律。2、表达式3、定律的适用范围金属导电和电解液导电。4、伏安特性曲线（1）导体的伏安特性曲线：用横轴表示电压U，纵轴表示电流I，画出的的关系图线叫做导体的伏安特性曲线。伏安特性曲线直接反映出导体中的电流与电压的关系。（2）金属导体的伏安特性曲线是过原点的直线。具有这种特性的电学元件叫做线性元件，通常也叫纯电阻元件，欧姆定律适用于该类型电学元件。对欧姆定律不适用的导体和器件，伏安特性曲线不是直线，这种元件叫做非线性元件，通常也叫非纯电阻元件。 在R一定的情况下，I正比于U，所以I-U图线和U-I图线都是通过原点的直线，如图甲、乙所示。I-U图线中，；U-I图线中，。考点三、串并联电路、电热、电功、电功率、焦耳定律要点诠释：1、串、并联电路特点 串联电路并联电路电流各处电流相等即电流分配和电阻成反比电压电压分配和电阻成正比各支路两端电压相等总电阻总电阻等于各电阻之和，即总电阻的倒数等于各电阻倒数之和，即功率分配功率分配和电阻成正比，即功率分配和电阻成反比，即2、电功电流做功的实质是电场力对电荷做功。电场力对电荷做功，电荷的电势能减少，电势能转化为其他形式的能因此电功，这是计算电功普遍适用的公式。3、电功率单位时间内电流做的功叫电功率。，这是计算电功率普遍适用的公式。4、焦耳定律（1）电热：由于导体的电阻，使电流流过导体时消耗的电能中转化为内能的那一部分叫电热。（2）计算公式（焦耳定律）：，这是普遍适用的电热计算公式。焦耳定律是电流热效应的实验规律：凡是要计算电热，都应首选焦耳定律。焦耳定律说明了有电阻才能产生电热，如果一段电路上的电阻R=0，这段电路上将无电热产生。如电流流过超导体时。（3）热功率定义：单位时间内电流产生的热量。公式：。考点四、电路故障分析1、电压测量法（1）断点故障的判断：用电压表与电源并联，若有电压时，再逐段与电路并联，若电压表指针偏转，则这段电路有断点。（2）短路故障的判断：用电压表与电源并联，若有电压时，再逐段与电路并联，若电压表示数为零时，该电路被短路；当电压表示数不为零，则该电路没被短路或不完全被短路。2、假设法已知电路发生某种故障，寻求故障发生在何处时，可将整个电路划分为若干部分，然后逐一假设某部分电路发生故障，运用欧姆定律进行正向推理。推理结果若与题述物理现象不符合，则故障不是发生在这部分电路；若推理结果与题述物理现象符合，则故障可能发生在这部分电路。直到找出发生故障的全部可能为止。【典型例题】类型一、电流、电阻、电阻定律【高清课堂：电场中的基本概念例1】例1、电子沿圆周顺时针高速转动，周期为T，则等效电流强度大小为 ，方向为 （填顺时针或逆时针）。设电子电量为e。【答案】，逆时针。【解析】电流的定义是单位时间内通过界面的电量，则电流。电流的方向是正电荷定向运动的方向，故电流的方向为逆时针。【总结升华】准确理解等效电流强度的概念。举一反三【变式】若氢原子的核外电子绕核做半径为r的匀速圆周运动，则其角速 ，电子绕核运动可等效为环形电流，则电子运动的等效电流I= 。(已知电子的质量为m，电荷量为e，静电力常量用k表示)【答案】 【解析】据题意电子轨道半径为r，角速度为，原子核对电子的库仑力提供向心力，由牛顿第二定律及库仑定律得：可求得电子运动的角速度 又 联立得【高清课堂：电场中的基本概念例4】例2、如图所示，均匀的长方形薄片合金电阻板abcd-a'b'c'd'，ab边长为L1，ad边长为L2。当端点1 2、3 4接入电路时，导体的电阻分别为R1、R2，求R1：R2=？【答案】【思路点拨】根据电阻定律分别写出1、2两点接入电路时，3、4两点接入电路时电阻的表达式，再求比值。【解析】电阻定律中的面积S指的是垂直电流方向的导体横截面积，长度l指的沿电流方向的导体的长度，当端点1、2接入电路时，长度是ab，横截面积是aa'd'd当端点3、4接入电路时，长度是ad，横截面积是aa'b'b 所以.【总结升华】对一个导体（本题是长方体）当接入电路的两连接点不同时，一般电阻是不同的，长度、横截面积发生了变化，所以电阻也不同。对形状规则的的导体，一定要分析清楚哪是长度，哪是面积。举一反三【变式】R1和R2是材料相同、厚度相同、表面为正方形的导体，但R2的尺寸比R1小很多。通过两导体的电流方向如图所示。这两个导体的电阻有什么关系？你认为这种关系对电路元件的微型化有什么意义？【答案】，见解析。【解析】根据，由此可知导体的电阻与表面积无关，只与导体的厚度有关。这样在制造与元件时，可以将表面积做得很小，而不增大电阻，只要保证厚度不变即可，有利于电路元件的微型化。例3、材料的电阻率随温度变化的规律为=0（l+t)，其称为电阻恒温系数，0是材料在t=0时的电阻率。在一定温度范围内是与温度无关的常量，金属的电阻一般随温度的增加而增加，具有正温度系数；而某些非金属如碳等则相反，具有负温度系数，利用具有正负温度系数的两种材料的互补特性，可制成阻值在一定温度范围内不随温度变化的电阻。已知，在0时，铜的电阻率为 1.7×10-8·m，碳的电阻率为3.5×10-8·m；在0附近，铜的电阻温度系数为3.9×10-3-1，碳的电阻温度系数为-5×10-4-1。将横截面积相同的碳棒与铜棒串接成长1.0m导体，要求其电阻在0附近不随温度变化，求所需碳棒的长度（忽略碳棒和铜棒的尺寸随温度的变化） 【答案】3.8×10-3m【思路点拨】分别写出铜棒、碳棒电阻率的表达式，再根据电阻定律分别写出铜棒、碳棒电阻的表达式，两棒串联，总电阻等于两段电阻值之和，总长度等于两段长度相加，最后找出电阻不随温度变化的条件。【解析】设所需碳棒的长度为L1，电阻率为1，电阻恒温系数为1；铜棒的长度为L2，电阻率为2，电阻恒温系数为2。根据题意有1=10（l+1t) 2=20（l+2t) 式中10、20分别为碳和铜在0时的电阻率。设碳棒的电阻为R1，铜棒的电阻为R2，有 式中S为碳棒与铜棒的横截面积。碳棒和铜棒连接成的导体的总电阻和总长度分别为R=R1+R2 L0=L1+L2 式中L0=1.0m联立以上各式得： 要使电阻R不随温度t变化，式中t的系数必须为零。即 联立得： 代入数据解得：L1=3.8×10-3m 【总结升华】这是一道实际应用问题，每年的高考试题都会出现不少的应用问题，关键要读懂题，找出必需的信息，应用相应的物理规律求解。类型二、部分电路欧姆定律的应用例4、如图电路，已知I=3A，I1=2A，R1=10，R2=5，R3=30，则通过电流表的电流强度为 A，方向 。 【答案】0.5A，向右。【思路点拨】可以先求出电阻1、电阻2两端的电压，如果电阻3上有电势差就会有电流，分析出电阻3哪端电势高，对于节点C“流入电流等于流出的电流”，即可求出通过电流表的电流强度的大小和方向。【解析】， ， 的电流 , 方向向上。的电流 ，方向向右。所以，电流表的电流大小为 ，方向向右。【总结升华】这里要求出流过R3的电流，关键是确定各点电势的高低，分析出B点电势比C点低，意义是A到B电势降低了20V，意义是A到C电势降低了5V，所以C点电势高，则电流从C点流向B点。对于节点C“流入电流等于流出的电流”，所以电流从C流进电流表，即电流方向向右。举一反三【变式】如图所示，AB两端接直流稳压电源， ，滑动变阻器总电阻R20，当滑动片处于变阻器中点时，C、D两端电压为_V，通过电阻的电流为_A。【答案】80；2【解析】电路中串、并联关系是：滑动变阻器的上半部分与串联，再与另一半电阻并联，则ACD支路的电流 ，即通过电阻的电流。CD的电压.类型三、电热、电功、电功率、焦耳定律例5、如图，三个电阻阻值R1=8、R2=5、R3=20，在AB间接上电源后，三个电阻的功率之比为（ ）