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电功、电功率
电流、欧姆定律
电流、电阻、欧姆定律
电流、电阻和欧姆定律
一、电功:
1、定义:
电路中电场力对移动电荷做的功。
2、公式:
W=qU=UIt。
3、电流做功的实质:
电能转化成其他形式能的过程。
二、电功率:
单位时间内电流做的功,表示电流做功的快慢。
3、额定功率和实际功率
用电器正常工作时的电压叫做额定电压,用电器在额定电压下的功率叫做额定功率。
用电器的铭牌,有电压值、电流值、电阻值等,一般不同的用电器选择不同的两个物理量作为标注内容,揭示用电器的耐压值,或允许通过的电流值,或正常工作的电功率指,如手电筒的小灯泡标有“2.5V0.3A”等字样,它说明小灯泡的耐压值及正常工作的电流值。
用电器在实际使用时,用电器两端电压叫实际电压,它可能等于额定电压,也可能不等于额定电压,在实际电压下工作时,用电器的功率叫做实际功率,实际电压和实际电流可分别用电压表和电流表直接测量。
当实际电压偏离额定电压,用电器不能正常工作,所谓不能正常工作,有多种表现:
实际电压高于额定电压,其消耗的实际功率超过额定功率,用电器的使用寿命缩短,甚至烧坏;
如实际电压低于额定电压,它消耗的实际功率小于额定功率,白炽灯发光较弱,日光灯不能启动发光,电视机的图像、声音效果变差。
【练一练】有人说,标有“110V60W”和“110V10W”的两只电灯串联起来,接在220V的电路上使用时,它们都能正常发光,因为它们的额定电压之和是220V。
这种说法正确吗?
知识点二:
焦耳定律
焦耳是英国物理学家,出生于曼彻斯特,他在热力学、电学等方面都有着不俗的成绩。
焦耳的家庭条件比较富裕,父亲是酿酒师,有自己的酒厂。
但他从小便体弱多病,由于身体的原因,他不能去上学,只在家庭学校里学习过,没有经过正规的教育,可以说他是自学成才。
在青年时期,他认识了一位对他影响重大的人物,就是化学家道尔顿。
道尔顿很喜欢这个学生,一直悉心教导他。
教给了他数学、哲学、化学方面的知识,也由此激发了他对科学的兴趣。
这对他以后的研究有着深远影响。
焦耳在学习完成后,便进入家里的酿酒厂,当时还是蒸汽机发动,为了能进一步提高工作效率,他开始研究怎么样用电动机替换蒸汽机,最终成功研究出来。
他在研究的过程中注意到了热量的问题,并开始了这方面的研究。
第二方面,焦耳在研究电动机的过程中,注意到了热量的问题,于是开始研究电流。
他不断实验,最终发现了规律,并进行总结和整理,得出了焦耳定律。
这个定律提出电流通过导体,热量高低与电阻和通电时间成正比。
这一定律使电学有了很大的发展。
第三方面,他测定了热和机械功之间的当量关系,这也是他最大的贡献。
他设计了一系列的实验,不断更换设备和材料,可最终所得的结果却相差不大,并且随着精度的提高,结果越来越相近。
发现能量之间会发生转换,并且总的质量是不会变的。
在这样的研究结果下提出了能量守恒定律,这一定律的提出有着划时代的意义。
【概念解析】
一、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、计算式:
Q=I2Rt。
3、注意:
(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=UIt,计算电热时用公式Q=I2Rt
二、电功和焦耳热的区别和联系
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、UIt≥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=UIt=
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.
三、四个概念的比较
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;
对非纯电阻电路,电功大于电热,W>Q
电热
电流通过导体产生的热量
Q=I2Rt
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电=P热=UI=I2R;
对非纯电阻电路,电功率大于热功率,P电>P热
热功率
单位时间内导体产生的热量
P=I2R
【练一练】下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法中正确的是()
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只适用于纯电阻的电路
C.在非纯电阻的电路中,UI>
I2R
D.焦耳热Q=I2Rt适用于任何电路
【难度】★
【答案】B
考点一:
电功、电功率、热量的概念
【例1】两只灯泡分别接在两个电路中,下列判断正确的是()
A.额定电压高的灯泡较亮
B.额定功率大的灯泡较亮
C.接在电压高的电路两端的那盏灯较亮
D.在电路中实际功率大的灯较亮
【答案】D
【变式训练】
1、下列家用电器中,主要利用电流热效应的是()
A.电冰箱B.洗衣机C.电热毯D.电视机
【答案】C
2、一只电炉的电阻丝和一台电动机线圈的电阻相等,都是R,设通过的电流强度相同,则在相同的时间内,关于这只电炉和这台电动机的发热情况,下列说法中正确的是()
A.电炉产生的热量少于电动机产生的热量
B.电炉产生的热量多于电动机产生的热量
C.电炉和电动机产生的热量相等
D.无法判断
1、如图所示的电路中,电源的输出电压恒为U,电动机M线圈电阻与电炉L的电阻相同,电动机正常工作,在相同的时间内,下列判断正确的是()(多选)
A.电炉放出的热量与电动机放出的热量相等
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.电动机消耗的功率等于电炉消耗的功率
【难度】★★
【答案】AB
【解析】电炉是纯电阻,电动机是非纯电阻,由于电炉和电动机构成串联电路,二者的电流相等,则电炉两端电压小于电动机两端电压,又Q=I2Rt,故A、B正确,C、D错误.
考点二:
电功、电功率的计算
【例1】如图所示电路中,各灯额定电压和额定功率分别是:
A灯“10V,10W"
,B灯"
60V,60W”,C灯"
40V,40W"
,D灯"
30V,30W"
。
在a、b两端加上电压后,四个灯都能发光。
比较各灯消耗功率的大小,正确的是()
A.PB>PD>PA>PC
B.PB>PA>PD>PC
C.PB>PD>PC>PA
D.PA>PC>PD>PB
【例2】R1和R2分别标有“2Ω,1.0A”和“4Ω,0.5A”,将它们串联后接入电路中,如图4所示,则此电路中允许消耗的最大功率为()
A.1.5WB.3.0W
C.5.0WD.6.0W
【答案】A
【解析】R1和R2串联后的总电阻为R=R1+R2=6Ω,电路中的电流不能超过R2的额定电流,即0.5A.根据P=IU和I=
得P=I2R=1.5W,故A正确.
1、室内有几种用电器:
1.5kW的电饭煲、200W的电灯、750W的取暖器、250W的电视机和2kW的空调器.如果进线处只有13A的保险丝,供电电压为220V,为用电安全,下列情况下不能同时使用的是()
A.电饭煲和电灯B.取暖器和空调嚣
C.电饭煲和空调器D.电灯、电视机和空调器
2、如图所示,M,N接稳压电源,a、b间断开时,Uab=120V,a、b间接入“220V,100W”的灯泡时,Uab=110V。
则此时电源输入M、N的电功率为()
A.25WB.27.27W
C.102.27WD.2.27W
3、电阻R1=4Ω,R2=16Ω。
现将R1和R2串联或并联后接入电路中,要使R1与R2消耗的电功率相等,则()
A.若串联接入电路中,应在R2两端并联一个4Ω的电阻
B.若串联接入电路中,应在R2两端并联一个16Ω的电阻
C.若并联接入电路中,应在R1支路中串联一个4Ω的电阻
D.若并联接入电路中,应在R1支路中串联一个12Ω的电阻
4、如图所示,电源电压恒定,滑动变阻器R2的最大阻值为10Ω,定值电阻R3=10Ω、R1=1Ω。
当电键S闭合、滑动变阻器接入电路的电阻值为5Ω时,电路的总功率为24W,R1的功率为4W,此时灯L正常发光。
求:
(1)此时电流表的示数和电压表的示数;
(2)电灯L正常发光时的阻值;
(3)当电键S断开时,要使灯L仍正常发光,则滑动变阻器接入电路的阻值应为多少?
A
V
R1
R3
R2
L
S
电源
【难度】★★★
【答案】
(1)2A;
10V
(2)5Ω(3)6Ω
【解析】
(1)IA=I1=
=
=2A
UV=U总-U1=U总-I1R1=12-2×
1=10V
(2)RL=
=5Ω
(3)R2′=
=6Ω
5、把灯L1接到一个电压恒定的电源上,L1的电功率是100W。
如果把它与另一个灯L2串联起来,再接到电源上,L2的电功率是9W。
此时灯L1的功率是多少?
(假定灯泡的电阻恒定不变)
【答案】1W或81W
考点三:
额定功率和实际功率
【例1】三个阻值相同,额定电压也相同的电阻,将其中两个并联再与第三个串联,共同能承受的最大总电压为U1,最大总功率为P1;
若将两个串联后再与第三个并联,则共同能承受的最大总电压为U2,最大总功率为P2;
,则U1︰U2=_______,P1︰P2=______。
【答案】3:
2;
1:
1、两只额定电压均为110V的灯泡A和B,额定功率分别为100W和40W,为了使它们接到220V电源上能止常发光,同时电路消耗的电功率最小,如图所示电路中最合理的是图()
2、机动车的尾气含有铅等大量有害物质,并且也是造成地球“温室效应”的重要因素之一。
电动汽车因其无尾气排放且噪音小等因素,正在逐渐被人们接受。
某国产品牌电动汽车的铭牌如下,已知蓄电池储存的电能等于其容量乘输出电压,则下列说法正确的是()
规格
后轮驱动直流电动机
车型:
60″电动汽车
电动机额定输出功率:
1675W
整车质量:
400kg
额定转速:
600r/min
蓄电池(容量It=800Ah,输出电压:
U≥36V)
额定工作电压/电流:
36V/50A
A.电动汽车正常工作时消耗的电功率1675W
B.电动机的内阻为0.5Ω
C.蓄电池充满电后储存的电能不小于2.88×
104J
D.充满电后在额定功率下连续行驶的时间不小于16h
3、如图所示,把两个相同的灯泡分别接在甲、乙电路中,甲电路两端的电压为8V,乙电路两端的电压为16V。
调节变阻器R1和R2使两灯都正常发光,此时变阻器消耗的功率分别为P1和P2,两电路中消耗的总功率分别为P甲和P乙,则下列关系中正确的是()
A.P甲<P乙B.P甲>P乙
C.P1>P2D.P1=P2
4、三个标有"
100Ω4W”、“12.5Ω8W”、“90Ω10W"
字样的电阻,当它们串联时允许加的最大总电压是______V,并联时允许通过的最大总电流是______A
【答案】40.5;
1.01
5、如图甲所示,三个电阻的阻值均为R,额定功率为18W,在每个电阻耗电功率均不超过额定功率的条件下,此电路最大耗电功率为_______W。
若改为图乙所示电路,仍满足上述要求,这个电路最大耗电功率为______W。
【答案】27;
27
挑战自我
1、如图所示的电路中,电源电压恒定,定值电阻为r,变阻器阻值变化范围为0——R,且R>
r,闭合开关S后,将变阻器的滑片P缓慢地从a端向b端,那么通过变阻器的电流和变阻器消耗的功率将()(多选)
A.电流逐渐变大
B.电流逐渐变小
C.功率逐渐变大
D.功率先增大后减小
【答案】AD
2、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,此时测得流过电动机的电流是0.4A;
若把电动机接入2.0V电压的电路中,电动机正常工作,工作电流是1.0A.求:
(1)电动机线圈的电阻;
(2)电动机正常工作时的输出功率;
(1)0.5Ω
(2)1.5W
(1)电动机不转时,电动机电路为纯电阻电路,
根据欧姆定律可得线圈的电阻R=
=0.5Ω;
(2)电动机正常工作时的输入功率P输入=UI=2.0×
1.0W=2W,
此时线圈的发热功率为P热=I2R=0.5W,
电动机的输出功率P输出=P输入-P热=2W-0.5W=1.5W;
3、一个电热器由两条不同的电阻丝R1、R2并联构成.这个电热器与一个阻值固定的电阻R0串联后接在电压U恒定的电源上,如图所示,若由于某种原因,电热器中电阻丝R1烧断,另一根电阻丝R2仍完好,电阻丝R1烧断前后电热器的发热功率不变。
已知固定电阻R0=12欧,电热器完好时,固定电阻R0的发热功率与电热器烧断一根电阻丝后R0的发热功率之比为4:
1。
设电阻R0及电阻丝的阻值不随其中电流的变化而变化.求电热器完好时电阻丝R1、R2的阻值.
【答案】8Ω或24Ω
1、简述电功和电热的区别,在什么情况下,两者大小相等?
2、对于多个不同规格的用电器串联或并联的电路,如何求解允许工作的总电压和总电流?
3、电炉丝断了,有人将它搭起来使用,这时发现功率增大,而且用不了多久搭接处又会断开,为什么?
因为搭接后电炉丝的电阻减小,当还接在原电源上使用时,根据
可知电功率增大,又因为搭接处有较大的接触电阻,搭接部分和其余部分串联,所以这部分的功率比同样长度的其他部分要大,这部分功率往往超过额定功率,因此更易损坏。
1、三盏灯泡L1(110V、100W)、L2(110V、60W)和L3(110V、25W),电源所能提供的电压为220V,在图示的四个电路中,能通过调节变阻器R使电路中各灯泡均能够正常发光且最省电的一种电路是()
L1
L2
L3
R
B
C
D
2、一根电阻丝在通过2C的电量时,消耗电能是8J。
若在相同时间内通过4C的电量,则该电阻丝两端所加电压U和该电阻丝在这段时间内消耗的电能E分别为()(多选)
A.U=4VB.U=8VC.E=16JD.E=32J
【答案】BD
3、下表为一台电热水器的铭牌(有一项内容模糊不清),电热水器内部电路可简化为如图所示电路,R1和R2均为电热丝.则下列说法中不正确的是( )
某电热水器的简介
简化电路
额定电压
220V
额定
电流
高温挡
中温挡
5A
低温挡
2A
电源频率
50Hz
A.低温挡正常工作时的额定功率是440W
B.中温档正常工作1分钟产生的热量是6.6×
C.高温挡正常工作时的额定电流是8.3A
D.电热丝R2的电阻是44Ω
4、三个阻值相同,额定电压也相同的电阻,将其中两个并联再与第三个串联,共同能承受的最大总电压为U1,最大总功率为P1;
,则U1︰U2=_______,P1︰P2=_______。
5、如图所示电路中,滑动变阻器R1的最大阻值为24Ω,滑片位于中点。
定值电阻R2的阻值为4Ω,小灯泡L规格“12V6W”电流表A为理想电表,闭合电键S,小灯泡正常发光,求:
(1)电流表的读数I;
(2)电源电压U;
(3)若滑动变阻器接入电路的阻值为8Ω,不考虑小灯泡L阻值的变化,求小灯泡的实际功率P。
(1)1.5A
(2)18V(3)4.86W
6、在图示电路中,稳压电源的电压U=9V,电阻R1=9Ω,R2为滑动变阻器,电流表为理想电表。
小灯泡L标有“6V,6W”字样,电阻随温度变化不计。
电键S断开时,求:
(1)电流表的示数I;
(2)小灯泡L的实际功率PL;
(3)闭合电键S,为使小灯泡L正常发光,滑动变阻器R2接入电路的电阻值是多少?
(1)0.6A
(2)2.16W(3)4.5Ω
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