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第十章 第1课时 电路的基本概念及规律_4.2025物理总复习_2025年新高考资料_一轮复习_2025物理大一轮复习讲义+课件ppt(完结)_2025物理大一轮复习讲义教师用书Word版文档整书

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文档文本内容

考情
分析
生活实践类 家用电器、新能源电动汽车、超级电容器、手机充电等
试题
电表改装、导体电阻率的测量、测量电源的电动势和内阻、用多
情境 学习探究类
用电表测量电学中的物理量
第 1 课时 电路的基本概念及规律
目标要求 1.知道电流的概念、定义式及微观表达式。2.理解部分电路欧姆定律及电阻定
律。3.会进行串、并联电路分析,理解电表改装的原理。4.理解焦耳定律并能区分纯电阻电
路和非纯电阻电路。考点一 电流的概念及表达式
1.电流
电荷的定向移动形成电流,I=。
2.电流形成的条件:导体中有自由电荷;导体两端存在电压。
3.电流的标矢性:电流是标量,但有方向,规定正电荷定向移动的方向为电流的方向。
思考
1.如图所示,设金属导体的横截面积为S,导体中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,自由电荷定向移动的速率为v,试推导电流的微观表达式。
答案 推导:t时间内电荷定向移动的距离L=vt,t时间内通过导体某一横截面的电荷数N
=nvtS,t时间内通过导体某一横截面的电荷量Q=Nq=nvtSq,电流I==nqvS。
2.在导体导电时,电流的传输速度与电荷定向移动的平均速率相同吗?
答案 不同,电流以光速传输,电荷定向移动的平均速率远小于光速。
例1 如图所示,一根长为L、横截面积为S的金属棒,其材料的电阻率为ρ,棒内单位体
积自由电子数为n,自由电子的质量为m、电荷量为e。在棒两端加上恒定的电压时,棒内
产生电流,自由电子定向移动的平均速率为v,则金属棒内的电场强度大小为( )
A. B. C.ρnev D.
答案 C
解析 由电流的定义式可知,I===neSv,由欧姆定律可得,U=IR=neSv·ρ=ρneLv,又
电场强度大小为E=,故E=ρnev,选项C正确。
电流的三种表达式及其比较
公式 适用范围 公式含义
I= 一切电路 反映了I的大小,但不能说I∝q、I∝
I=nqSv 一切电路 从微观上看,n、q、S、v决定了I的大小
I= 金属、电解质溶液 I由U、R决定,I∝U、I∝考点二 部分电路欧姆定律及电阻定律
1.部分电路欧姆定律
(1)内容:导体中的电流跟导体两端的电压成正比,跟导体的电阻成反比。
(2)表达式:I=。
(3)适用范围:金属导电和电解质溶液导电,不适用于气态导体或半导体元件。
2.对U-I图像和I-U图像的理解(如图甲、乙所示)
(1)图线a、c、d、f表示线性元件,b、e表示非线性元件。
(2)图线b上的点与O点连线的斜率不断变小,电阻不断变小;图线 e上的点与O点连线的
斜率不断变大,电阻不断变小。
(3)图中R>R,R<R。(均选填“>”“<”或“=”)
a c d f
(4)对于非线性元件,应根据R=计算某点的电阻,而不是该点切线的斜率(或斜率的倒数)。
3.电阻定律
(1)内容:同种材料的导体,其电阻R与它的长度l成正比,与它的横截面积S成反比;导体
电阻还与构成它的材料有关。
(2)公式:R=ρ。
其中l是导体的长度,S是导体的横截面积,ρ是导体的电阻率,其国际单位是 欧 · 米 ,符号
为Ω·m。
(3)电阻率
①物理意义:反映导体的导电性能,是导体材料本身的属性。
②电阻率与温度的关系
金属:电阻率随温度升高而增大;
负温度系数半导体:电阻率随温度升高而减小;
超导体:一些金属和合金在温度低到临界温度时,电阻可以降到0。
1.由R=知,导体的电阻与导体两端的电压成正比,与流过导体的电流成反比。( × )
2.由ρ=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。
( × )
3.电阻率越大,导体对电流的阻碍作用就越大。( × )
4.U-I图像上的点与坐标原点连线斜率的变化反映阻值的变化。( √ )例2 (多选)(2024·广东省模拟)离地面高度5.0×104 m以下的大气层可视为电阻率较大的
漏电介质,假设由于雷暴对大气层的“电击”,使得离地面高度5.0×104 m处的大气层与
带负电的地球表面之间形成稳定的电场,其电势差约为 3×105 V。已知雷暴每秒给地球充
电的电荷量约为1.8×103 C,地球表面积近似为5.0×1014 m2,则( )
A.该大气层的等效电阻约为600 Ω
B.该大气层的平均漏电电流约为1.8×103 A
C.该大气层的平均电阻率约为1.7×1012 Ω·m
D.该大气层的平均电阻率约为1.7×108 Ω·m
答案 BC
解析 该大气层的平均漏电电流约为 I== A=1.8×103 A,该大气层的等效电阻为R==
Ω≈167 Ω,故 A 错误,B 正确;根据 R=ρ 可得,该大气层的平均电阻率约为 ρ==
Ω·m≈1.7×1012 Ω·m,故C正确,D错误。
例3 如图所示为a、b两电阻的伏安特性曲线,图中α=45°,关于两电阻的描述正确的是
( )
A.电阻a的阻值随电流的增大而增大
B.因I-U图像的斜率表示电阻的倒数,故电阻b的阻值R==1 Ω
C.在两图线交点处,电阻a的阻值等于电阻b的阻值
D.在两图线交点处电阻a的阻值是电阻b的阻值的2倍
答案 C
解析 I-U图像上的点与坐标原点连线的斜率等于电阻的倒数,由题图可知,电阻 a的图
像上的点与坐标原点连线的斜率越来越大,故电阻a的阻值随电流的增大而减小,故选项A
错误;I-U图像上的点与坐标原点连线的斜率表示电阻的倒数,但是由于横、纵坐标轴的
长度单位不同,则不能由R==1 Ω求解电阻b的阻值,只能通过R== Ω=2 Ω求解,选
项B错误;根据R=可知在两图线交点处,电阻a的阻值等于电阻b的阻值,选项C正确,
D错误。
电阻的决定式和定义式的区别
公式 R=ρ R=电阻的决定式 电阻的定义式
提供了一种测电阻的方法,并不能说明电
说明了电阻的决定因素
区别 阻与U和I有关
只适用于粗细均匀的金属导体和浓
适用于任何纯电阻导体
度均匀的电解质溶液
考点三 串、并联电路分析 电表的改装原理
1.串、并联电路的特点
串联电路 并联电路
电流 I=I = I = … = I I=I + I + … + I
1 2 n 1 2 n
电压 U=U + U + … + U U=U = U = … = U
1 2 n 1 2 n
电阻 R=R + R + … + R =++…+
1 2 n
==…= PR=PR=…=PR
1 1 2 2 n n
功率分配
P =P+P+…+P
总 1 2 n
2.串、并联电路几个常用的推论
(1)串联电路的总电阻大于其中任一部分电路的总电阻。
(2)并联电路的总电阻小于其中任一支路的总电阻。
(3)无论电阻怎样连接,每一段电路的总电功率P总是等于各个电阻的电功率之和。
(4)无论是串联电路还是并联电路,电路中任意一个电阻变大时,电路的总电阻变大。
3.电表的两种改装的比较
改装成大量程电压表 改装成大量程电流表
内部电路
改装原理 串联分压 并联分流
所需电阻阻值 R=-R R=
g
改装后的量程 U=I(R+R) I=I
g g g校准电路
1.并联电路的总电阻一定大于其中某一支路的电阻。( × )
2.串联电路中某一电阻增大,总电阻增大,并联电路中某一电阻增大,总电阻减小。( ×
)
3.若将分压电阻串联在电流表上改装成电压表后,增大了原电流表的满偏电压。( × )
例4 (2023·海南海口市一中模拟)如图所示,R=2 Ω,R=10 Ω,R=10 Ω,A、B两端接
1 2 3
在电压恒定的电源上,则( )
A.S断开时,R 与R 的两端电压之比为5∶1
1 2
B.S闭合时,R 与R 两端的电压之比为2∶5
1 2
C.S闭合时,通过R 与R 的电流之比为2∶1
2 3
D.S闭合时,R 与R 的功率之比为2∶5
1 2
答案 B
解析 S断开时,R 与R 串联,两端电压之比为U∶U =R∶R =1∶5,A错误;S闭合时,
1 2 1 2 1 2
R 与R 两端的电压之比为U′∶U′=R∶=2∶5,B正确;S闭合时,通过R 与R 的电
1 2 1 2 1 2 3
流之比为1∶1,C错误;S闭合时,R 与R 的功率分别为P =I2R =2I2,P =()2R =I2,则
1 2 1 1 2 2
P∶P=4∶5,D错误。
1 2
例5 (2023·河南灵宝市第一中学模拟)如图所示,某学习小组进行电表改装的实验,已知
表头内阻为100 Ω,满偏电流为300 mA,使用OA接线柱时它是量程为0~3 A的电流表,
使用
OB接线柱时它是量程为0~0.6 A的电流表,使用OC接线柱时它是量程为0~60 V的电压
表,则图中的R=______ Ω,R=________ Ω,R=________ Ω。
1 2 3
答案 20 80 50
解析 使用OA接线柱时,量程为0~3 A,
则有I =3 A=I+
OA g使用OB接线柱时,量程为0~0.6 A,
则有I =0.6 A=I+
OB g
其中I=0.3 A,R=100 Ω
g g
联立解得R=20 Ω,R=80 Ω
1 2
使用OC接线柱时,量程为0~60 V,
则有U =60 V=I +I R,
OC OB OB 3
解得R=50 Ω。
3
考点四 电功、电功率、电热、热功率
1.电功和电热、电功率和热功率的区别和联系
意义 公式 联系
电功 电流在一段电路中所做的功 W=UIt 对纯电阻电路,电功等于电
热:W=Q=UIt=I2Rt;
电热 电流通过导体产生的热量 Q= I 2 Rt 对非纯电阻电路,电功大于电
热:W>Q
电功率 单位时间内电流所做的功 P=UI 对纯电阻电路,电功率等于热
功率:P=P =UI=I2R;
热
热功率 单位时间内导体产生的热量 P = I 2 R 对非纯电阻电路,电功率大于
热
热功率:P>P
热
2.纯电阻用电器与非纯电阻用电器的比较
1.公式W=UIt=t=I2Rt适用于所有电路。( × )
2.在非纯电阻电路中P=UI>I2R。( √ )
3.焦耳定律只适用于纯电阻电路,不适用于非纯电阻电路。( × )
例6 (2023·上海市浦东新区一模)四只完全相同的灯泡分别用图甲、乙两种方式连接,电
路两端电压分别为6 V和10 V。当灯泡都正常发光时,R 、R 消耗的电功率分别为P 和
1 2 1
P,则( )
2A.P>P B.P<P
1 2 1 2
C.P=P D.无法确定
1 2
答案 A
解析 灯泡都正常发光,根据电路结构,两电路总电流关系为 I =2I ,电路总功率分别为
1 2
UI=P+2P ,UI=P+2P ,得P-P=2UI-UI>0,即P>P,故选A。
1 1 1 L 2 2 2 L 1 2 1 2 2 2 1 2
例7 (2023·浙江嘉兴市期末)如图所示,2022年长江流域发生严重干旱灾害期间,农民通
过潜水泵抽取地下水灌溉农田。已知潜水泵由电动机、水泵、输水钢管组成,某地下水源距
离地表6 m深,安装潜水泵时将一根输水钢管竖直打入地底下与地下水源连通,水泵出水口
离地表高度为0.45 m,水流从出水口水平喷出时的速度为 4 m/s,每秒出水量为3 kg。水泵
由功率为330 W的电动机带动,已知电动机额定电压为220 V,水泵的抽水效率为75%,水
的密度为1.0×103 kg/m3,重力加速度g取10 m/s2,则( )
A.出水口钢管横截面面积为2.5×10-3 m2
B.每秒内水流机械能增加24 J
C.水泵的输入功率为217.5 W
D.电动机线圈的电阻为 Ω
答案 D
解析 设每秒出水量为m,根据题意有m=ρV,V=Svt=Sv,联立解得S=7.5×10-4 m2,
故A错误;以每秒内流出的水为研究对象,每秒内水流机械能增加ΔE=mgh+mv2,h=6 m
+0.45 m=6.45 m,解得ΔE=217.5 J,故B错误;根据题意,水泵的输入功率为P ===
入
= W=290 W,故C错误;水泵的输入功率等于电动机的输出功率,对电动机有 P =P
总 入
+I2r,P =UI,联立可得r= Ω,故D正确。
总
课时精练
1.(2023·江西萍乡市期中)电鳐是一种放电能力很强的鱼类,它借助头侧与胸鳍间发达的卵圆形发电器官,产生最高达到200 V的电压,其放电电流可达60 A,有海中“活电站”之
称。某电鳐每秒能放电150次,其放电情况可近似如图所示。则1 s内该电鳐放电的电荷量
大约为( )
A.300 C B.180 C C.60 C D.30 C
答案 D
解析 根据题图可知,该电鳐放电1次所需的时间为t= s,放出的电荷量为q =It=60×
0
C= C,则1 s内该电鳐放电的电荷量大约为q=nq=150× C=30 C,故选D。
0
2.某一导体的伏安特性曲线如图中AB段(曲线)所示,以下关于导体的电阻说法正确的是(
)
A.B点对应的电阻为12 Ω
B.B点对应的电阻为40 Ω
C.工作状态从A变化到B时,导体的电阻因温度的影响改变了1 Ω
D.工作状态从A变化到B时,导体的电阻因温度的影响改变了9 Ω
答案 B
解析 B点时导体电阻为R == Ω=40 Ω,故A错误,B正确;A点时导体电阻为R ==
B A
Ω=30 Ω,工作状态从A变化到B时,导体的电阻因温度的影响改变 ΔR=R -R =10 Ω,
B A
故C、D错误。
3.(2024·浙江省模拟)在我国偏远乡村的电路上常用熔断保险丝。当电路中有较大电流通过
时,保险丝会快速熔断,及时切断电源,保障用电设备和人身安全。经测量,有一段电阻为
R、熔断电流为2 A的保险丝。若将这段保险丝对折后绞成一根,那么保险丝的电阻和熔断
电流将变为( )
A.R,4 A B.R,4 A
C.R,0.5 A D.R,1 A
答案 A
解析 根据R=ρ可知,对折后电阻为R′=ρ=R,而两段最大电流为2 A的保险丝并联,
其允许通过的最大电流I′=2I =4 A,故选A。
max
4.(2023·重庆市七校联考)如图甲所示为一款儿童电动汽车,该款电动汽车的部分参数如图
乙所示,则下列说法正确的是( )A.电机的输入功率等于54 W
B.电源规格中的45 A·h,A·h是电功的单位
C.电机在正常工作时突然被卡住不转动,此时通过电机的电流会超过2 A
D.电机线圈的电阻为6 Ω
答案 C
解析 由参数可知,电机正常工作时的电流为2 A,额定电压为12 V,所以电机的输入功率
为P=UI=24 W,故A错误;A·h是电荷量的单位,故B错误;由参数可知,电机正常工作
时的电流为2 A,若电机在正常工作时突然被卡住不转动,此时通过电机的电流会超过2
A,故C正确;根据题意,由于电机为非纯电阻电路,则电机线圈的电阻小于6 Ω,故D错
误。
5.(2020·全国卷Ⅰ·17)图(a)所示的电路中,K与L间接一智能电源,用以控制电容器C两端
的电压U 。如果U 随时间t的变化如图(b)所示,则下列描述电阻R两端电压U 随时间t变
C C R
化的图像中,正确的是( )
答案 A
解析 电阻R两端的电压U =IR,其中I为线路上的充电电流或放电电流。对电容器,Q=
R
CU ,而I==C,由U -t图像知,1~2 s内,电容器充电,令I =I;2~3 s内,电容器
C C 充
电压不变,则电路中电流为0;3~5 s内,电容器放电,则I =,I 与I 方向相反,结合
放 充 放
U =IR可知,电阻R两端的电压随时间的变化图像与A对应,故选A。
R
6.(2023·湖北恩施市模拟)如图所示为示波器衰减电路的示意图,ab之间为信号电压的输入端,
cd为衰减电路的输出端,P是和衰减旋钮固连在一起的开关,R 、R 、R 、R 为四个定值电
1 2 3 4
阻,当P接通1时电压没有被衰减,当P分别接通2、3、4时电压被衰减10倍、100倍、1000倍(即输出电压变为输入电压的0.1、0.01、0.001),若某个示波器的衰减电路中,R =1
4
Ω,不计导线电阻,则其他电阻的阻值分别为( )
A.R=900 Ω,R=90 Ω,R=9 Ω
1 2 3
B.R=999 Ω,R=99 Ω,R=9 Ω
1 2 3
C.R=10 Ω,R=100 Ω,R=1 000 Ω
1 2 3
D.R=1 000 Ω,R=100 Ω,R=10 Ω
1 2 3
答案 A
解析 当P接通4时,输出电压变为输入电压的0.001,即=,解得R +R +R =999 Ω,当
1 2 3
P接通3时,输出电压变为输入电压的0.01,即=,当P接通2时,输出电压变为输入电压
的0.1,即=,只有A均满足要求,故A正确,B、C、D错误。
7.(多选)如图为某控制电路的一部分,已知AA′的输入电压为24 V,如果电阻R=6 kΩ,R
1
=6 kΩ,R=3 kΩ,则BB′可能输出的电压是( )
2
A.12 V B.8 V C.6 V D.3 V
答案 ABC
解析 若两开关都闭合,则电阻R 和R 并联,再和R串联,U 为并联电路两端电压,
1 2 BB′
U =U =6 V;若S 闭合,S 断开,则R 和R串联,U ′=U =12 V;若S 闭合,
BB′ AA′ 1 2 1 BB′ AA′ 2
S 断开,则R 和R串联,U ″=U =8 V;若S 、S 都断开,则电路断路,U =24
1 2 BB′ AA′ 1 2 BB′
V,故选A、B、C。
8.(2024·浙江省模拟)如图所示,某扫地机器人电池容量为9 000 mA·h,额定电压为8 V,额
定功率为24 W,为延长锂电池寿命,当剩余电量为总容量的20%时就需要充电,则下列说
法正确的是( )A.扫地机器人正常工作时的电流为 A
B.扫地机器人的电阻为 Ω
C.扫地机器人充满电后一次工作时间约为2.4 h
D.扫地机器人充满电后一次工作时间内消耗的电能约为30 W·h
答案 C
解析 扫地机器人正常工作时的电流为I== A=3 A,A错误;扫地机器人是非纯电阻用
电器,根据题中条件无法计算扫地机器人的电阻,B错误;根据题意有q=9 000 mA·h=9
A·h,扫地机器人充满电后一次工作时间约为t=×80%=×0.8 h=2.4 h,C正确;扫地机器
人充满电后一次工作时间内消耗的电能约为E =Uq×80%=57.6 W·h,D错误。
电
9.(多选)(2023·福建省厦门一中模拟)如图所示,把两只完全相同的表头进行改装,已知表
头内阻为100 Ω,下列说法正确的是( )
A.由甲图可知,该表头满偏电流I=2 mA
g
B.甲图是改装成的双量程电压表,接b时量程为9 V
C.乙图中R= Ω,R=10 Ω
1 2
D.乙图中R=5 Ω,R=45 Ω
1 2
答案 BC
解析 由题图甲可知I == A=0.001 A=1 mA,接b时量程为U′=I(R +R+R′)=
g g g
0.001×(100+2.9×103+6×103) V=9 V,故A错误,B正确;在题图乙中,改装为I =10
1
mA=0.01 A电流表时,并联电阻的分流电流为I′=I-I=10 mA-1 mA=9 mA=0.009 A,
1 g
分流电阻的阻值为R+R== Ω= Ω,改装为I=100 mA=0.1 A电流表时,可得分流电阻
1 2 2
的阻值R=,联立解得R= Ω,R=10 Ω,故C正确,D错误。
1 1 2
10.(多选)(2023·广东汕尾市期末)已知在相等亮度下,白炽灯消耗的电能是荧光灯的5倍,
是LED灯的15倍。在额定电压220 V下工作的白炽灯、荧光灯和LED灯,如果要求荧光灯
和LED灯发光亮度与100 W的白炽灯相同,则( )A.可选用 W的LED灯
B.通过LED灯的电流为 A
C.在60 s内通过LED灯的电荷量为 C
D.在相同时间内,电流对荧光灯做的功是白炽灯的5倍
答案 ABC
解析 由题意可得,相等亮度下,白炽灯的额定功率是 LED灯额定功率的15倍,则P =
白
15P ,所以要使LED灯发光亮度与100 W的白炽灯相同,则可选用LED灯的功率为P
LED LED
=×100 W= W,A正确;由公式P=UI得,通过LED灯的电流为I == A= A,B正
LED
确;在60 s内通过LED灯的电荷量为Q=I t=×60 C= C,C正确;由题意可得,相等亮
LED
度下,白炽灯的额定功率是荧光灯额定功率的5倍,则P =P ,由W=Pt可得,在相同时
荧 白
间内,电流对荧光灯做的功是白炽灯的,D错误。
11.在图甲所示的电路中,电源的电动势为3.0 V,内阻不计,灯L 、L 、L 为三个相同规
1 2 3
格的小灯泡,这种小灯泡的伏安特性曲线如图乙所示。当开关闭合后,下列说法中正确的是
( )
A.灯泡L 的电流为灯泡L 电流的2倍
1 2
B.灯泡L 的电阻为7.5 Ω
1
C.灯泡L 的电阻为12 Ω
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D.灯泡L 两端的电压为1.5 V
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答案 D
解析 灯泡L、L 串联,灯泡规格相同,故电压U=U=1.5 V,由题图乙读出其电流I=I
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=0.20 A,灯泡L 的电压U =3.0 V,由题图乙读出其电流I =0.25 A,所以=1.25,故A错
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误,D正确;灯泡L 的电阻R==12 Ω,故B错误;灯泡L 的电阻R==7.5 Ω,故C错误。
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12.(2024·山东省模拟)如图所示是一提升重物用的直流电动机工作时的电路图。电动机内电
阻r=0.8 Ω,电路中另一电阻R=10 Ω,直流电压U=160 V,理想电压表示数U =110 V。
V(1)求通过电动机的电流;
(2)求输入电动机的电功率;
(3)若电动机以v=1 m/s匀速竖直向上提升重物,求该重物的质量。(g取10 m/s2)
答案 (1)5 A (2)550 W (3)53 kg
解析 (1)由电路中的电压关系可得电阻R的分压U =U-U =50 V
R V
通过电阻R的电流I ==5 A
R
即通过电动机的电流I =I =5 A
M R
(2)电动机的分压U =U =110 V
M V
输入电动机的电功率P =I U =550 W
入 M M
(3)电动机的发热功率P =I 2r=20 W
热 M
电动机输出的机械功率P =P -P =530 W
出 入 热
又P =mgv,解得m==53 kg。
出
13.(2023·重庆市巴蜀中学模拟)P 和P 是材料相同、上下表面为正方形的长方体导体,P 的
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上、下表面积大于P 的上、下表面积,将P 和P 按如图所示方式接到电源上,闭合开关后,
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下列说法正确的是( )
A.若P 和P 的体积相同,则通过P 的电流大于通过P 的电流
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B.若P 和P 的体积相同,则P 的电功率大于P 的电功率
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C.若P 和P 的厚度相同,则P 和P 内自由电荷定向移动的平均速率相等
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D.若P 和P 的厚度相同,则P 两端的电压大于P 两端的电压
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答案 B
解析 P 和P 是串联在电路中的,所以通过P 的电流总等于通过P 的电流,A错误;由电
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阻定律可得R=ρ=ρ,则若P 和P 的体积相同,上、下表面积越大的电阻的阻值越大,根
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据P=I2R,由于通过P 的电流总等于通过P 的电流,则电阻越大的电功率越大,所以 P 的
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电功率大于P 的电功率,B正确;根据I=nqSv,若P 和P 的厚度相同,由于P 和P 的面
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积S不相等,故P 和P 内自由电荷定向移动的平均速率不相等,C错误;由电阻定律可得R
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=ρ=,若P 和P 的厚度相同,则P 和P 的阻值相同,由于P 和P 是串联关系,所以P 两
1 2 1 2 1 2 1端的电压等于P 两端的电压,D错误。
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