粤教版高中物理选修31第二章电路第五docx.docx
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高中物理学习材料
第五节 电功率
1.在一段电路中电场力所做的功称为电功.
电流做功的公式为________,适用于____________.
电功率的公式为________,适用于____________.
2.电流通过导体时产生的热量(内能)跟电流的________成正比,跟导体的电阻成________,跟通电时间成________,这一规律叫焦耳定律,表达式为____________,适用于____________.焦耳定律是电流热效应的实验定律,凡计算电热都要用该规律.
电热功率是描述电流做功产生电热________程度的物理量,公式为________,适用于____________.
3.只含有电阻的电路称为纯电阻电路,当有电流通过时,电能全部转化为内能,即电功________电热,用公式表示为W=Q=I2Rt=UIt.含有电动机等非纯电阻元件的电路称为非纯电阻电路,电路中的电能除一部分转化为内能外,其他部分转化为机械能、化学能等,此时电功________电热,电功表达式W=UIt,电热表达式为__________.
4.根据能量守恒定律,电源消耗的总功率、内电阻消耗的功率和外电阻消耗的功率满足关系式________________,当外电路为纯电阻R时,上式也可写为:
IE=________.
5.两个绕线电阻分别标有“100Ω 10W”和“20Ω 40W”则它们允许通过的额定电流之比是( )
A.
/5B.
/20
C.
/10D.1/2000
6.两个电阻分别标有“1A 4W”和“2A 1W”,则它们的电阻之比为( )
A.2∶1B.16∶1C.4∶1D.1∶16
7.(双选)关于电功,下列说法中正确的有( )
A.电功的实质是电场力所做的功
B.电功是电能转化为其他形式能量的量度
C.电场力做功使金属导体内的自由电子运动的速率越来越大
D.电流通过电动机时的电功率和热功率相等
【概念规律练】
知识点一 电功、电功率的计算
1.(双选)关于四个公式①P=UI;②P=I2R;③P=
;④P=
,下列叙述正确的是( )
A.公式①④适用于任何电路的电功率的计算
B.公式②适用于任何电路的电热功率的计算
C.公式①②③适用于任何电路电功率的计算
D.以上均不正确
2.一个用半导体材料制成的电阻器D,其电流I随它两端的电压U变化的关系图象如图1(a)所示,将它与两个标准电阻R1、R2并联后接在电压恒为U的电源上,如图(b)所示,三个用电器消耗的电功率均为P.现将它们连接成如图(c)所示的电路,仍然接在该电源的两端,设电阻器D和电阻R1、R2消耗的电功率分别为PD、P1、P2,它们之间的大小关系为( )
图1
A.P1=4P2 B.PD=P/9
C.P1<4P2D.PD>P2
知识点二 焦耳定律
3.下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法中错误的是( )
A.电功率越大,电流做功越快,电路中产生的焦耳热一定越多
B.W=UIt适用于任何电路,而W=I2Rt=
t只适用于纯电阻电路
C.在非纯电阻电路中,UI>I2R
D.焦耳热Q=I2Rt适用于任何电路
4.如图2所示,有一提升重物用的直流电动机,内阻RM=0.6Ω,R=10Ω,U=160V,电压表的读数为110V.则:
图2
(1)通过电动机的电流是多少?
(2)输入到电动机的电功率是多少?
(3)电动机工作1h所产生的热量是多少?
【方法技巧练】
一、纯电阻电路中电功和电功率的计算方法
5.有四盏灯,接入如图3所示的电路中,L1和L2都标有“200V 100W”字样,L3和L4都标有“220V 40W”字样,把电路接通后,最暗的灯是哪一盏?
最亮的灯是哪一盏?
图3
6.额定电压都是110V,额定功率PA=100W,PB=40W的电灯两盏,若接在电压是220V的电路上,两盏电灯均能正常发光,且电路中消耗功率最小的电路是下图中的哪一个( )
二、纯电阻电路与非纯电阻电路中能量转化问题的分析
7.(双选)一台电动机的线圈电阻与一只电炉的电阻相同,都通过相同的电流,在相同时间内( )
A.电炉放热与电动机放热相等
B.电炉两端电压小于电动机两端电压
C.电炉两端电压等于电动机两端电压
D.电动机消耗的功率小于电炉消耗的功率
8.有一个直流电动机,把它接入0.2V电压的电路时,电动机不转,测得流过电动机的电流是0.4A;若把电动机接入2V电压的电路中,电动机正常工作,工作电流是1.0A.则:
(1)电动机正常工作时的输出功率为多大?
(2)如果在电动机正常工作时,转子突然被卡住,电动机的发热功率是多大?
三、闭合电路功率问题的分析
9.如图4所示,直线A为电源的路端电压U与电流I关系的图象,直线B是电阻R的两端电压U与电流I的关系图象.用该电源与电阻R组成闭合电路,电源的输出功率和效率分别为( )
图4
A.4W,33%B.2W,33%
C.2W,67%D.4W,67%
10.如图5所示的电路中,电池的电动势E=5V,内电阻r=10Ω,固定电阻R=90Ω,R0是可变电阻.在R0由0增加到400Ω的过程中,求:
图5
(1)可变电阻R0上消耗热功率最大的条件和最大热功率;
(2)电池的内电阻r和固定电阻R上消耗的最小热功率之和.
1.(双选)不考虑温度对电阻的影响,对一个“220V 40W”的灯泡,下列说法正确的是( )
A.接在110V的电路中时的功率为20W
B.接在110V的电路中时的功率为10W
C.接在440V的电路中时的功率为160W
D.接在220V的电路中时的功率为40W
2.通过电阻R的电流为I时,在时间t内产生的热量为Q;若电阻为2R,电流为I/2时,则在时间t内产生的热量为( )
A.4QB.2QC.Q/2D.Q/4
3.关于电功和电热,下面说法正确的是( )
A任何电路中的电功W=UIt,电热Q=I2Rt且W=Q
B.任何电路中的电功W=UIt,电热Q=I2Rt但W有时不等于Q
C.电功W=UIt在任何电路中都适用,Q=I2Rt只在纯电阻电路中适用
D.电功W=UIt,电热Q=I2Rt,只适用于纯电阻电路
4.一台额定电压为U的电动机,它的电阻为R,正常工作时通过的电流为I,则( )
A.电动机t秒内产生的热量是Q=UIt
B.电动机t秒内产生的热量是Q=I2Rt
C.电动机的功率为P=I2R
D.电动机的功率为P=U2/R
5.如图6所示是一实验电路图.在滑动触头由a端滑向b端的过程中,下列表述正确的是( )
图6
A.路端电压变小
B.电流表的示数变大
C.电源内阻消耗的功率变小
D.电路的总电阻变大
6.如图7所示,三个电阻R1、R2、R3的阻值相同,允许消耗的最大功率分别为10W、10W、4W,此电路中允许消耗的最大功率为( )
图7
A.24WB.16W
C.12WD.15W
7.下面是某电热水壶的铭牌,由此可知该电热水壶正常加热1min产生的热量为( )
电热水壶
型号
SP—356A
额定电压
220V
额定功率
1800W
额定频率
50Hz
额定容量
1.5L
A.1.80×103JB.1.10×104J
C.1.32×104JD.1.08×105J
8.(双选)有A、B两个电阻,它们的伏安特性曲线如图8所示,从图线可以判断( )
图8
A.电阻A的阻值大于电阻B
B.电阻A的阻值小于电阻B
C.电压相同时,流过电阻A的电流强度较大
D.两电阻串联时,电阻A消耗的功率较大
9.如图9所示,电源电动势E=10V,内阻r=0.2Ω,标有“8V 16W”的灯泡L恰好正常发光,电动机线圈电阻R0=0.15Ω,则电源的输出功率为( )
图9
A.16WB.440W
C.80WD.400W
10.如图10所示,直线OAC为某一直流电源的总功率随电流I变化的图线,曲线OBC表示同一直流电源内部的热功率随电流I变化的图线.若A、B点的横坐标均为1A,那么AB线段表示的功率为( )
图10
A.1WB.6W
C.2WD.2.5W
题 号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
答 案
11.如图11所示,电源电压恒为U=14V,小灯泡L标有“4V 8W”,电动机的线圈电阻rM=1.0Ω,当变阻器调到2Ω时,小灯泡与电动机均正常工作,求电动机的机械效率.
图11
12.一直流电动机线圈内阻一定,用手握住转动轴使其不能转动,在线圈两端加电压为0.3V时,电流为0.3A.松开转动轴,在线圈两端加电压为2V时,电流为0.8A,电动机正常工作.则:
该电动机正常工作时,输入的电功率是多少?
电动机的机械功率是多少?
第五节 电功率答案
课前预习练
1.W=UIt 任何电路 P=UI 任何电路
2.平方 正比 正比 Q=I2Rt 任何电路 快慢
P=I2R 任何电路
3.等于 大于 Q=I2Rt
4.P总=P内+P外 I2R+I2r
5.C 6.B 7.AB
课堂探究练
1.AB [P=UI、P=
适用于任何电路的电功率的计算,而P=I2R、P=
只适用于纯电阻电路的电功率的计算,故A正确,C错误.P=I2R适用于任何电路的热功率的计算,P=UI、P=
只适用于纯电阻电路的热功率的计算,故B正确.]
2.C [从电阻器D的I—U图线可以得出,电阻器的阻值随所加电压的增大而减小,在题图(b)中,三个电阻消耗的功率相等,都为P=
=
=
,说明三个电阻的阻值相等,即R1=R2=RD.连接成图(c)所示的电路时,电阻器D两端的电压小于U,电阻器D的阻值RD′>RD,这时电阻器RD两端的电压UD>
,电阻R1两端的电压U1<
,电阻R2两端的电压U2=UD>
,由电功率计算式综合比较得出,A、B、D错误,C正确.]
3.A [电功率公式P=
,表示功率越大,电流做功越快.对于一段电路,有P=IU,I=
,焦耳热Q=(
)2Rt,可见Q与P、U、t都有关.所以,P越大,Q不一定越大,A不对.
W=UIt是电功的定义式,适用于任何电路.而I=
只适用于纯电阻电路,B对.
在非纯电阻电路中,电流做的功=焦耳热+其他形式的能,所以W>Q,即UI>I2R,C对.
Q=I2Rt是焦耳热的定义式,适用于任何电路中产生的焦耳热,D正确.]
4.
(1)5A
(2)550W (3)5.4×104J
解析
(1)电动机是非纯电阻,不能用公式
来求电路中的电流.R两端的电压为
UR=U-UM=160V-110V=50V,I=
=
A=5A.
(2)P入=UMI=110×5W=550W.
(3)Q=I2RMt=5.4×104J
5.L3最暗,L4最亮
解析 由它们的额定电压、额定功率判断出R1=R2
方法总结 在比较两个灯泡的功率大小时,可先比较有相同量的两个灯泡,L1与L4电流相同,利用P=I2R比较功率大小;L2与L4电压相同,利用P=
比较功率大小;L1与L2电阻相同,利用P=I2R比较功率大小.
6.C [判断灯泡能否正常发光,就要判断电压是否是额定电压,或电流是否是额定电流.
由P=
和已知条件可知RA 对于A电路,由于RA 对于B电路,由于RB>RA,A灯又并联变阻器,并联电阻更小于RB,所以UB>U并,A灯若正常发光,则B灯烧毁. 对于C电路,B灯与变阻器并联电阻可能等于RA,所以可能UA=UB=110V,两灯可以正常发光. 对于D电路,若变阻器的有效电阻等于A、B的并联电阻,则UA=UB=110V,两灯可以正常发光. 比较C、D两个电路,由于C电路中变阻器功率为(IA-IB)×110,而D电路中变阻器功率为(IA+IB)×110,所以C电路消耗电功率最小.] 方法总结 解此类问题的思路分两步: ①先分清哪个电路的A、B灯能正常发光,这里可以从电压、电流、电功率三个量中任一个达到其额定值,其余两个也达到额定值方面分析.②确定了正常发光的电路后,再比较哪一个的实际功率小,可以用计算的方法去比较,也可以用定性分析法比较. 7.AB [电炉属于纯电阻用电器,电动机属于非纯电阻用电器.对于电炉有: U=IR,放热Q=I2Rt,消耗功率P=I2R.对于电动机有: U>IR,放热Q=I2Rt,消耗功率P=UI>I2R.] 8. (1)1.5W (2)8W 解析 (1)接U=0.2V电压,电机不转,电能全部转化成内能,故可视为纯电阻电路.电流I=0.4A, 根据欧姆定律,线圈电阻R= = Ω=0.5Ω. 当接U′=2.0V电压时,电流I′=1.0A, 故输入电功率P电=U′I′=2.0×1.0W=2.0W, 热功率P热=I′2R=12×0.5W=0.5W. 故输出功率即机械功率 P机=P电-P热=(2.0-0.5)W=1.5W. (2)如果正常工作时,转子被卡住,则电能全部转化成内能,故其发热功率P热′= = W=8W. 方法总结 (1)电动机是非纯电阻用电器,要注意区分电功率和热功率,电功率用P总=UI计算,热功率P热=I2R,机械功率P机=P总-P热. (2)注意搞清楚电动机电路中的能量转化关系,用能量守恒定律来分析问题. 9.D 10. (1)R0=100Ω时,Pm= W (2)0.01W 解析 (1)可变电阻R0上消耗的热功率 P1=I2R0=( )2R0= = 由上式可得: 当R0=100Ω时,P1有最大值Pm= W= W. (2)r和R上消耗的热功率之和P2=I2(R+r)= ×100 由上式可知,R0最大时,P2最小,即当R0=400Ω时,P2有最小值P2min= ×100W=0.01W. 方法总结 电源的输出功率P与外电阻R的关系P出=UI=I2R=( )2R= = 由上式可知: 当R=r时,P出有最大值,且最大值Pm= . 根据电源的输出功率与外电阻的关系可知,二者关系如图所示. 课后巩固练 1.BD [由P额= 得,灯泡的电阻R= Ω=1210Ω,当电压为110V时,P= = W=10W;电压为440V时,超过灯泡的额定电压一倍,故灯泡烧坏,P=0.] 2.C [由电热公式Q=I2Rt可得Q′=( I)22Rt= I2Rt= Q.] 3.B 4.B [电动机工作时,是非纯电阻电路,输入的总电能为UIt,它转化为两部分: 一是电动机内阻上产生的热能Q=I2Rt,二是电动机对外输出的机械能E=UIt-I2Rt.] 5.A [滑动触头由a端滑向b端的过程中,R1值减小,因此总电阻变小,D错误;干路电流变大,路端电压变小,A正确;内阻消耗的功率变大,C错误;定值电阻R3两端的电压变小,电流表示数变小,B错误.] 6.D 7.D [由铭牌可知,电热水壶的功率为1800W,所以正常加热1分钟产生的热量为Q=Pt=1800×60J=1.08×105J.] 8.BC 9.C [电路的总电流I= = A=10A, 则电源的输出功率为P=IU额=10×8W=80W] 10.C [由图象中不难看出,在C点,电源的总功率等于电源内部的热功率,所以电源的电动势为E=3V,短路电流为I=3A,所以电源的内阻为r= =1Ω.图象上AB段所表示的功率为PAB=P总-I2r=(1×3-12×1)W=2W.故正确选项为C.] 11.66.7% 解析 小灯泡正常工作I= =2A 电动机的输入功率P入=I(U-U1-IR)=12W 线圈电阻消耗的功率P内=I2rM=4W 所以电动机的机械效率 η= = =66.7%. 12.1.6W 0.96W 解析 电动机不转动时,其消耗的电功全部转化为内能,故可视为纯电阻电路,由欧姆定律得电动机线圈内阻: r= = Ω=1Ω. 电动机转动时,消耗的电能转化为内能和机械能,其输入的电功率为 P入=I1U1=0.8×2W=1.6W, 电动机的机械功率为 P机=P入-I r=1.6W-0.82×1W=0.96W.
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