高考物理一轮复习 专题72 串并联电路 焦耳定律教学案.docx
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高考物理一轮复习专题72串并联电路焦耳定律教学案
专题7.2串并联电路焦耳定律
1.熟练掌握串、并联电路的特点,并能分析、计算
2.会计算电功、电功率、电热与热功率
一、电功、电功率、电热与热功率
1.电功
(1)定义:
导体中的恒定电场对自由电荷的电场力做的功.
(2)公式:
W=qU=IUt(适用于任何电路).
(3)电流做功的实质:
电能转化成其他形式能的过程.
2.电功率
(1)定义:
单位时间内电流所做的功,表示电流做功的快慢.
(2)公式:
P==IU(适用于任何电路).
3.焦耳定律
(1)电热:
电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比,跟导体的电阻及通电时间成正比.
(2)公式:
Q=I2Rt.
4.电功率P=IU和热功率P=I2R的应用
(1)不论是纯电阻还是非纯电阻,电流的电功率均为P电=UI,热功率均为P热=I2R.
(2)对于纯电阻而言:
P电=P热=IU=I2R=.
(3)对于非纯电阻而言:
P电=IU=P热+P其他=I2R+P其他≠+P其他.
二、电路中的功率及效率问题
1.电源的总功率
(1)任意电路:
P总=IE=IU外+IU内=P出+P内.
(2)纯电阻电路:
P总=I2(R+r)=.
2.电源内部消耗的功率:
P内=I2r=IU内=P总-P出.
3.电源的输出功率
(1)任意电路:
P出=IU=IE-I2r=P总-P内.
(2)纯电阻电路:
P出=I2R==.
(3)纯电阻电路中输出功率随R的变化关系
①当R=r时,电源的输出功率最大为Pm=.
②当R>r时,随着R的增大输出功率越来越小.
③当R ④当P出 ⑤P出与R的关系如图5所示. 图5 4.电源的效率 (1)任意电路: η=×100%=×100%. (2)纯电阻电路: η=×100%=×100% 因此在纯电阻电路中R越大,η越大;当R=r时,电源有最大输出功率,效率仅为50%. 高频考点一、电功、电功率、电热与热功率 例1、如图5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=0.8Ω,电路中另一电阻R=10Ω,直流电压U=160V,电压表示数UV=110V.试求: 图5 (1)通过电动机的电流; (2)输入电动机的电功率; (3)若电动机以v=1m/s匀速竖直向上提升重物,求该重物的质量? (g取10m/s2) 答案 (1)5A (2)550W (3)53kg 【变式探究】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=0.8Ω,电路中另一电阻R=10Ω,直流电压U=160V,电压表示数UV=110V。 试求: (1)通过电动机的电流。 (2)输入电动机的电功率。 (3)若电动机以v=1m/s匀速竖直向上提升重物,求该重物的质量。 (g取10m/s2) 解析: (1)由电路中的电压关系可得电阻R的分压 UR=U-UV=(160-110)V=50V, 流过电阻R的电流IR==A=5A, 即通过电动机的电流IM=IR=5A。 (2)电动机的分压UM=UV=110V, 输入电动机的功率P电=IMUM=550W。 (3)电动机的发热功率P热=Ir=20W, 电动机输出的机械功率P出=P电-P热=530W, 又因P出=mgv,所以m==53kg。 答案: (1)5A (2)550W (3)53kg 【举一反三】一只电饭煲和一台洗衣机并联接在输出电压为220V的交流电源上(其内电阻可忽略不计),均正常工作.用电流表分别测得通过电饭煲的电流是5.0A,通过洗衣机电动机的电流是0.50A,则下列说法中正确的是( ) A.电饭煲的电阻为44Ω,洗衣机电动机线圈的电阻为440Ω B.电饭煲消耗的电功率为1555W,洗衣机电动机消耗的电功率为155.5W C.1min内电饭煲消耗的电能为6.6×104J,洗衣机电动机消耗的电能为6.6×103J D.电饭煲发热功率是洗衣机电动机发热功率的10倍 答案 C 【方法技巧】电功与电热的区别 1.电功是电能转化为其他形式能的量度,电热是电能转化为内能的量度. 计算电功时用公式W=IUt,计算电热时用公式Q=I2Rt. 2.从能量转化的角度来看,电功和焦耳热之间的数量关系是W≥Q、IUt≥I2Rt. (1)纯电阻电路: 如电炉等构成的电路,电流做功将电能全部转化为内能,此时有W=Q.计算时可任选一公式: W=Q=Pt=I2Rt=IUt=t. (2)非纯电阻电路: 如含有电动机、电解槽等的电路,电流做功除将电能转化为内能外,还转化为机械能、化学能等,此时有W>Q.电功只能用公式W=UIt来计算,焦耳热只能用公式Q=I2Rt来计算.对于非纯电阻电路,欧姆定律不再适用. 高频考点二 电路中的功率及效率问题 例2、如图6所示,已知电源电动势E=5V,内阻r=2Ω,定值电阻R1=0.5Ω,滑动变阻器R2的阻值范围为0~10Ω.求: 图6 (1)当滑动变阻器R2的阻值为多大时,电阻R1消耗的功率最大? 最大功率是多少? (2)当滑动变阻器的阻值为多大时,滑动变阻器消耗的功率最大? 最大功率是多少? (3)当滑动变阻器的阻值为多大时,电源的输出功率最大? 最大功率是多少? 答案 (1)0 2W (2)2.5Ω 2.5W (3)1.5Ω3.125W 【变式探究】直流电路如图7所示,在滑动变阻器的滑片P向右移动时,电源的( ) 图7 A.总功率一定减小 B.效率一定增大 C.内部损耗功率一定减小 D.输出功率一定先增大后减小 答案 ABC 解析 当滑动变阻器的滑片P向右移动时,接入电路的电阻变大,整个回路的电流变小,电源内部损耗的功率P内=I2r一定减小,C正确;总功率P=EI一定减小,A正确;而内电压降低,外电压升高,电源的效率增大,B正确;当内电阻等于外电阻时,输出功率最大,此题中无法知道内、外电阻的大小关系,因此D错误. 高频考点三 电路故障问题 例3、如图8是某同学连接的实验实物图,开关闭合后A、B灯都不亮,他采用以下方法进行故障检查. 图8 选用量程为10V的已校准的电压表进行检查,测试结果如表1所示.根据测试结果,可判定故障是________. A.灯A短路B.灯B短路 C.cd段断路D.df段断路 表1 测试点 电压示数 a、b 有示数 b、c 有示数 c、d 无示数 d、f 有示数 答案 D 【变式探究】如图9所示的电路中,电源的电动势为6V,当开关S接通后,灯泡L1、L2都不亮,用电压表测得各部分的电压是Uab=6V,Uad=0V,Ucd=6V,由此可判定( ) 图9 A.L1和L2的灯丝都烧断了 B.L1的灯丝烧断了 C.L2的灯丝烧断了 D.变阻器R断路 答案 C 解析 由Uab=6V可知,电源完好,灯泡都不亮,说明电路中出现断路故障,且在a、b之间.由Ucd=6V可知,灯泡L1与滑动变阻器R是接通的,断路故障出现在c、d之间,故灯L2断路,所以选项C正确. 【举一反三】在如图10所示的电路中,由于某一电阻发生短路或断路,A灯变暗,B灯变亮,则故障可能是( ) 图10 A.R1短路B.R2断路 C.R3断路D.R4短路 答案 BC 高频考点四 电源和电阻U-I图象的比较 图象上的特征 物理意义 电源U-I图象 电阻U-I图象 图形 图象表述的物理量变化关系 电源的路端电压随电路电流的变化关系 电阻两端电压随电阻中的电流的变化关系 图线与坐标轴交点 与纵轴交点表示电源电动势E,与横轴交点表示短路电流 过坐标轴原点,表示没有电压时电流为零 图线上每一点坐标的乘积UI 表示电源的输出功率 表示电阻消耗的功率 图线上每一点对应的U、I比值 表示外电阻的大小,不同点对应的外电阻大小不同 每一点对应的比值均等大,表示此电阻的大小不变 图线斜率的 绝对值大小 内电阻r 电阻大小 例4、在如图11所示的U-I图象中,直线Ⅰ为某一电源的路端电压与电流的关系图线,直线Ⅱ为某一电阻R的U-I图线.用该电源直接与电阻R相连组成闭合电路,由图象可知( ) 图11 A.电源的电动势为3V,内阻为0.5Ω B.电阻R的阻值为1Ω C.电源的输出功率为4W D.电源的效率为50% 答案 ABC 【变式探究】如图12所示,直线A为某电源的U-I图线,曲线B为某小灯泡的U-I图线,用该电源和小灯泡组成闭合电路时,电源的输出功率和电源的总功率分别是( ) 图12 A.4W,8WB.2W,4W C.2W,3WD.4W,6W 答案 D 解析 用该电源和小灯泡组成闭合电路时,电源的输出功率P出=UI=2×2W=4W,电源的总功率P总=EI=3×2W=6W,选项D正确. 【举一反三】如图13所示,图中直线①表示某电源的路端电压与电流的关系图象,图中曲线②表示该电源的输出功率与电流的关系图象,则下列说法正确的是( ) 图13 A.电源的电动势为50V B.电源的内阻为Ω C.电流为2.5A时,外电路的电阻为15Ω D.输出功率为120W时,输出电压是30V 答案 ACD 1.(2015·浙江高考)下列说法正确的是( ) A.电流通过导体的热功率与电流大小成正比 B.力对物体所做的功与力的作用时间成正比 C.电容器所带电荷量与两极间的电势差成正比 D.弹性限度内,弹簧的劲度系数与弹簧伸长量成正比 解析: 电流通过导体的热功率为P=I2R,与电流的平方成正比,A项错误;力作用在物体上,如果物体没有在力的方向上发生位移,作用时间再长,做功也为零,B项错误;由C=可知,电容器的电容由电容器本身的性质决定,因此电容器的带电量与两极间的电势差成正比,C项正确;弹簧的劲度系数与弹簧的伸长量无关,D项错误。 答案: C 1.(2014·天津·2)如图17所示,电路中R1、R2均为可变电阻,电源内阻不能忽略,平行板电容器C的极板水平放置,闭合电键S,电路达到稳定时,带电油滴悬浮在两板之间静止不动.如果仅改变下列某一个条件,油滴仍能静止不动的是( ) 图17 A.增大R1的阻值B.增大R2的阻值 C.增大两板间的距离D.断开电键S 答案 B 2.(2014·上海·18)如图18所示,电路中定值电阻阻值R大于电源内阻阻值r.将滑动变阻器滑片向下滑动,理想电压表V1、V2、V3示数变化量的绝对值分别为ΔU1、ΔU2、ΔU3,理想电流表A示数变化量的绝对值为ΔI,则( ) 图18 A.A的示数增大 B.V2的示数增大 C.ΔU3与ΔI的比值大于r D.ΔU1大于ΔU2 答案 ACD 1.如图7所示,电源内阻不可忽略,电路中接有一小灯泡和一电动机.小灯泡L上标有“6V 12W”字样,电动机的线圈电阻RM=0.5Ω.若灯泡正常发光时,电源的输出电压为12V,此时( ) 图7 A.整个电路消耗的电功率为24W B.电动机的热功率为12W C.电动机的输出功率为12W D.电动机的输入功率为12W 答案 D 解析 灯泡正常发光,则电路电流I=IL==2A.已知电路电流,由于不知电源电动势,无法求出整个电路消耗的电功率,故A错误;电动机的热功率PQ=I2RM=22×0.5W=2W,故B错误;灯泡正常发光时,电动机电压UM=U-UL=12V-6V=6V,电动机的输入功率P=UMI=6×2W=12W,电动机的输出功率P出=P-PQ=12W-2W=10W,故C错误
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