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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 高二物理其次章恒定电流焦耳定律、闭合电路的欧姆定律人教实验版【本讲训练信息 】一. 教学内容：其次章 恒定电流 焦耳定律、闭合电路的欧姆定律二. 重点、难点解析：1. 懂得电功率的概念和公式,能进行有关的运算；2. 电功率和热功率的区分和联系；3. 推导闭合电路欧姆定律,应用定律进行有关争论；4. 路端电压与负载的关系三. 学问内容：1. 电功、电功率功；1定义： 电路中电场力对定向移动的电荷所做的功,简称电功, 通常也说成是电流的2实质：电能通过电流做功转化为其他形式能；3表达式： W=IUt 说明： 表达式的物理意义：电流在一段电路上的功,
2、跟这段电路两端电压、电路中电流和通电时间成正比； 适用条件： I、 U不随时间变化恒定电流；4单位：电流单位用安培A ,电压单位用伏V,时间单位用秒s,就电功的单位是焦耳 J；5电功率 表达式：PWIUs,功率单位为瓦特W ；1W=1J/s t物理意义：表示电流做功的快慢； 单位：功的单位用焦耳J,时间单位用秒2. 焦耳定律电流热效应1内容：电流通过导体产生的热量,跟电流的平方、导体电阻和通电时间成正比；2表达式： Q2 I Rt3说明：焦耳定律说明,纯电阻电路中电流做功完全转化为内能,同时,有电阻的电路中电流做功会引起内能的增加,且电热QI Rt 2；4纯电阻电路中的电功和电功率名师归纳总结
3、 电功 QI Rt 2,对全部电路中电阻的生热都适用；第 1 页,共 8 页WUItU2tPt纯电阻电路中：QR专心爱心专心- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 热功率PQ2 I R,对全部电路中电阻的电热功率都适用；t电功率：结合纯电阻电路欧姆定律U=IR , PUII R 2U2R5非纯电阻电路中的电功和电功率电功和电功率是整体和部分的关系：WQE其他 ,故 WQ ,即UIt2 I Rt电功率大于热功率,即UI2 I R3. 闭合电路的欧姆定律1内、外电路 内电路：电源两极不含两极以内,如电池内的溶液、发电机的线圈等；内电路的电阻叫做内电阻； 外电路：
4、电源两极,包括用电器和导线等；外电路的电阻叫做外电阻；2闭合电路的欧姆定律 内容：闭合电路的电流跟电源的电动势成正比,与内、外电路的电阻之和成反比 公式：IEr外U外=IR,习惯上称为路端电压,内电路的电势R 适用条件：纯电阻电路依据欧姆定律,外电路两端的电势降落为降落为 U 内=Ir ,代入 E =IR+ Ir ,得EUU内该式说明,电动势等于内外电路电势降落之和；3路端电压跟负载的关系 路端电压：外电路的电势降落,也就是外电路两端的电压；U外EIr, 路端电压随着电路中电流的增大而减小； U 一 I 关系图线当电路断路即I0 时,纵坐标的截距为电动势E；当外电路电压为U0 时,横坐标的截距
5、 I 短=E/r 为短路电流；图线的斜率的肯定值为电源的内电阻；4闭合电路的输出功率 功率关系： P总=EI=U外 I 十 U 内 I= UI I2r,r IE2 r2E24 r 电源的输出功率与电路中电流的关系：P 出=EI I2r当IE2 r时,电源的输出功率最大,P mE24r专心爱心专心名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 8 页精选学习资料 - - - - - - - - - 电源的输出功率与外电路电阻的关系：P 出I RRE24 rr2R当 Rr 时,也即 I=E/2r 时,电源的输出功率最大,P mE24rRl 和 R2,不难由图象可知,对应于电源的非最大输出功
6、率P 可以有两个不同的外电阻证明rR R ；由图象仍可以看出：当 Rr 时,假设 R 增大,就 P 出减小；应留意：对于内外电路上的固定电阻,其消耗的功率仅取决于电路中的电流大小 电源的供电效率P 出100%U外100%RRr100%P 总E【典型例题】 例 1 将 A、B 两个白炽灯接入电路,关于这两只灯泡的发光情形,正确的说法是A. 假设 A 灯中的电流比 B 灯大,就 A 灯肯定比 B 灯亮B. 假设 A 灯两端的电压比B 灯大,就 A 灯肯定比 B 灯亮C. 假设电流对A 灯做的功比B 灯多,就 A 灯肯定比 B 灯亮D. 假设 A 灯消耗的电功率比B 灯大,就 A 灯肯定比 B 灯亮
7、分析与解答： 白炽灯是利用电流的热效应工作的,而灯泡的亮度取决于灯泡的实际功率,只有通过灯泡的电流大,灯泡两端的电压大,不能得到灯泡实际功率大这一结论,电流做功多,同样不能确认实际功率大；答案： D 例 2 如下图,电源电动势为 E=30V ,内阻为 r=1 ,电灯上标有“6V12W ” 字样,直流电动机线圈电阻 R=2 ,假设电灯恰能正常发光,求电动机输出的机械功率？专心 爱心 专心名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 8 页精选学习资料 - - - - - - - - - 分析与解答： 由于电灯恰能正常发光,所以闭合电路中的电流为IP 灯12A2AU灯6电源的总功率为 P
8、E=IE=2 30W=60w 电灯、 电动机线圈电阻、 电源内阻可作为纯电阻处理,它们消耗的电能全部转化为电热,电路中总的热功率为：PQ=P灯+I 2 R+r =12+2 22+1W=24w 由能量守恒定律有 PE=PQ+P 机就电机输出的机械功率为P 机=PEPQ=6024W=36W 例 3 某商场安装了一台倾角为30 的自动扶梯,该扶梯在电压为380V 的电动机带动下以/s 的恒定速度向斜上方运动；电动机的最大输出功率为 流为 5A,假设载人时扶梯的移动速率和不载人时相同,4.9kW ,不载人时测得电动机中的电 就这台自动扶梯可同时乘载的最多人数是多少？设人的平均质量为 60kg,g10m
9、/s2分析与解答： 由于电动机有最大输出功率,这就打算了自动扶梯载人也有最大限额；从功率关系来看,电动机的输出功率,1供应扶梯自身运动所需功率；2转化为扶梯上的人以恒定速率向上所需的功率；设：可同时乘载的最多人数为 运动所需功率为：P1 IU 5n 人,此时电动机处于最大输出功率状态,扶梯本身向上电动机的最大输出功率为P,n 个人以恒定速率v/s 随扶梯向上运动所需功率为：P2PP1所以,载人的最多人数是：nP 26030.103125个mgvsin100.42留意： 扶梯对人的支持力竖直向上,而人的运动方向与水平面有一夹角 ,故克服重力的功率为 P mgv sin,而不是 P mgv 例 4
10、 如下图,当滑动变阻器的滑动触点向上端移动时R1 V R2 R3 A A. 电压表的读数增大,电流表的读数减小B. 电压表和电流表的读数都增大名师归纳总结 专心爱心专心第 4 页,共 8 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - C. 电压表和电流表的读数都减小D. 电流表的读数增大,电压表的读数减小分析与解答： 当滑动触头向上滑动时,有R3R23 并R 外 ,I 总U 端 即电压表示数增大E=6 V ,内I3= I 总I2=I 总 U端I总R 1 即电流表示数减小R 2 例 5 如下图电路中, R1 , R3=6 ,滑动变阻器的全值电阻R2=12 ,电源电
11、动势阻 r ,当滑动变阻器的滑片在变阻器中心位置时,闭合开关 数各是多少 . S,电路中的电流表和电压表的读分析与解答： 外电路的总电阻为R=R 3R 2R 166 2 R 2R 3662依据闭合电路欧姆定律可知,电路中的总电流为I=Er3 . 860 . 2A=1.5 A R即电流表 A 1 的读数为 1.5 A 对于 R2 与 R3 组成的并联电路,依据部分电路欧姆定律,并联部分的电压为U2=I R并=IR 3R 2 3 V=4.5 V R2 的电流为2 R 2R 32即电压表 V 2 的读数为 4.5 V 对于含有 R2 的支路,依据部分电路欧姆定律,通过I2=U224 .5A=0.75
12、 A R 2/6即电流表 A 2 的读数为 0.75 A 名师归纳总结 电压表 V 1 测量电源的路端电压,依据E=U外+U内得第 5 页,共 8 页专心爱心专心- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - U1=EIr 0.2 V=5.7 V 即电压表 V 1 的读数为 5.7 V 例 6 如下图电路中,R3=4,电流表读数为,电压表读数为 2V ,由于某一电阻断路,使电流表读数为；问： 1哪一只电阻断路 .2电源电动势和内电阻各多大 . 分析与解答： 1用排除法可判定得出 R1 断路,2R1 断开后,电压表示数即为 R2 上的电压,故R 2.3 2V42V,故
13、 R3 上的电压为1V,0 . 8AR1 断开前, R2 上电压为 0.75 4V=3V ,而此时电压表示数为I3U31V0 .25A,R1U12V8R34I30 .25A由 E=U外+Ir 可得R1 断开前： E=3V+ r R1 解、两式可得 E=4V ,r=1【模拟试题】答题时间： 20 分钟1. 如下图电路中,电源的内电阻不能忽视；已知定值电阻 R1=10,R2=8；当开关 S 接到位置 1 时,电压表 V 的示数为 2V ；当开关 S 接到位置 2 时,电压表 V 的示数可能为 A. V B. C. D. 2. 一电源电动势为 E,内阻为 r,当它和一标有“6V3W ” 的小灯泡构成
14、闭合回路时,小灯泡恰好正常发光； 假如该电源与一标有 “ 6V6W ” 的小灯泡构成一闭合回路,该灯泡A. 正常发光 B. 比正常发光暗C. 比正常发光亮D. 不知电源内阻的大小,无法确定3. 如下图电路中,A 、B 两灯均正常发光,R 为一滑动变阻器,P 为滑动片,假设将滑动片向下滑动,就A. A 灯变亮B. B 灯变亮C. R1 上消耗功率变大 D. 总电流变小4. 如下图,电源电动势为 选项是E,内阻为 r,R1 是定值电阻, R2 是可变电阻,下述结论正确的专心爱心专心名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 8 页精选学习资料 - - - - - - - - - A.
15、R 2 越大, R2 上消耗功率越大B. R 2 越大, R1上消耗功率越大C. 当 R1=R2+r 时, R1 上消耗的电功率最大D. 当 R2=R1+r 时, R2 上消耗的电功率最大5. 如下图电路中,电动势为 E,内阻为 r 的电源与一滑动变阻器构成闭合电路,当滑动触片移动时,滑动变阻器两端电压和电路中电流的关系图象如以下图中的6. 额定电压为 220V 的电动机的线圈电阻为,正常工作时,电动机每秒放出的热量为1280J,就电动机正常工作时的电流强度为多大？每秒有多少焦的电能转化成机械能？7. 始终流电动机线圈内阻肯定,用手握住转轴使其不能转动,在线圈两端加电压为 0.3V ,电流为；
16、松开转轴,在线圈两端加电压为2 V 时,电流为 0.8 A,电动机正常工作；求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. 专心爱心专心名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 8 页精选学习资料 - - - - - - - - - 试题答案 1. B 解析：I2I U2I R 21.6 V U2ER 2rU12 VR 22. B 3. C 4. D 解析：P2 I RR 1UR 22R2R 1rU24R 1rrR 222 R5. D 解析： 由 U 外 E Ir 可知,当 E、r 肯定时,U 外 与 I 间的图线如图 D 所示6. 解析：电动机电路为非纯电阻
17、电路,输出电动机的电功率,一方面转化为机械功率输出,另一方面转化为线圈电阻的发热功率,正常工作时,通过线圈的电流即为正常工作电流,由 焦耳定律 Q= I2Rt 得 1280=I20.8 1 解得 I=40A 由能量转化和守恒得 P 输入=P 机+P 热,P 机=UI I2R=88001280=7520J 7. 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：械能,其输入的电功率为rU.0 31,电动机转动时, 消耗的电能转化为内能和机I.0 3P 入=I 1U1 2W1.6 W,电动机的机械功率P机=P入I12r2专心爱心专心名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 8 页