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1、用心爱心专心高二物理第二章恒定电流焦耳定律、闭合电路的欧姆定律人教实验版【本讲教育信息 】一. 教学内容：第二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. 理解电功率的概念和公式，能进行有关的计算。2. 电功率和热功率的区别和联系。3. 推导闭合电路欧姆定律，应用定律进行有关讨论。4. 路端电压与负载的关系三. 知识内容：1. 电功、电功率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功。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，跟这段电路两端电压、电路中电流和通电时间成
2、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 ，则电功的单位是焦耳J 。5电功率 表达式：WPIUt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s ，功率单位为瓦特W 。1W=1J/s 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：QI Rt23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 Rt2。4纯电阻电路中的电功和电功率 电功QI Rt2，对所有电路中电阻的生热都适用。纯
3、电阻电路中：QWUItURtPt2精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 8 页用心爱心专心 热功率2QPI Rt，对所有电路中电阻的电热功率都适用。电功率：结合纯电阻电路欧姆定律U=IR ，PUII RUR225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2UItI Rt电功率大于热功率，即2UII 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：电源两极，包括用电器和导线等。外电路的电阻叫做外电阻。
4、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：EIRr 适用条件：纯电阻电路根据欧姆定律，外电路两端的电势降落为U外=IR，习惯上称为路端电压，内电路的电势降落为 U内=Ir，代入 E =IR+ Ir，得内外UUE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 I短=E/r 为短路电流；图线的斜率的绝对值为电源的内电阻
5、。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， 电源的输出功率与电路中电流的关系：P出=EI I2r2224EErIrr当2EIr时，电源的输出功率最大，24mEPr精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 8 页用心爱心专心 电源的输出功率与外电路电阻的关系：2224EPI RRrrR出当 Rr 时，也即 I=E/2r 时，电源的输出功率最大，24mEPr由图象可知，对应于电源的非最大输出功率P 可以有两个不同的外电阻Rl和 R2，不难证明12rR R。由图象还可以看出：当 Rr 时，假设R
6、 增大，则P出减小。应注意：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100%100%100%UPRPERr外出总【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况，正确的说法是A.假设 A 灯中的电流比B 灯大，则 A 灯一定比B 灯亮B. 假设 A 灯两端的电压比B 灯大，则A 灯一定比B 灯亮C. 假设电流对A 灯做的功比B 灯多，则 A 灯一定比B 灯亮D. 假设 A 灯消耗的电功率比B 灯大，则A 灯一定比B 灯亮分析与解答： 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
7、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？精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 8 页用心爱心专心分析与解答：因为电灯恰能正常发光，所以闭合电路中的电流为2AA612UPI灯灯电源的总功率为PE=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
8、：PQ=P灯+I2 R+r =12+22 2+1W=24w 由能量守恒定律有PE=PQ+P机则电机输出的机械功率为P机=PEPQ=(6024)W=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4.9kW，不载人时测得电动机中的电流为 5A，假设载人时扶梯的移动速率和不载人时相同，则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/s2分析与解答：因为电动机有最大输出功率，这就决定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提供扶梯自身运动所需功率；2
9、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n 人，此时电动机处于最大输出功率状态，扶梯本身向上运动所需功率为：P1 IU 5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：25214.01060100 .3sin32mgvPn个注意： 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sinmgvP，而不是mgvP例 4 如下图，当滑动变阻器的滑动触点向上端移动时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V A R1 R2 R3 精选学习资料 - -
10、 - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 8 页用心爱心专心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I3= I总I2=I总21RRIU总端即电流表示数减小例 5 如下图电路中， R1， R3=6，滑动变阻器的全值电阻R2=12，电源电动势E=6 V，内阻 r，当滑动变阻器的滑片在变阻器中央位置时，闭合开关S，电路中的电流表和电压表的读数各是多少 ? 分析与解答：外电路的总电阻为R=66662212323RRRRR根据闭合电路欧姆定律可知，电
11、路中的总电流为I=2.08.36rREA=1.5 A 即电流表 A1的读数为1.5 A 对于 R2与 R3组成的并联电路，根据部分电路欧姆定律，并联部分的电压为U2=IR并=I222323RRRR3 V=4.5 V 即电压表 V2的读数为4.5 V 对于含有 R2的支路，根据部分电路欧姆定律，通过R2的电流为I2=65.42/22RUA=0.75 A 即电流表 A2的读数为0.75 A 电压表 V1测量电源的路端电压，根据E=U外+U内得精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 8 页用心爱心专心U1=EIr0.2 V=5.7 V
12、 即电压表 V1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用排除法可判断得出R1断路， 2R1断开后，电压表示数即为R2上的电压，故48A.02V. 3R2R1断开前， R2上电压为0.75 4V=3V ，而此时电压表示数为2V，故 R3上的电压为1V，825A.02VIUR,25A.041VRUI311333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
13、，电源的内电阻不能忽略。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 ”的小灯泡构成闭合回路时，小灯泡恰好正常发光。如果该电源与一标有 “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，则A. A 灯变亮B. B 灯变亮C. R
14、1上消耗功率变大D. 总电流变小4. 如下图，电源电动势为E，内阻为 r，R1是定值电阻，R2是可变电阻，下述结论正确的选项是精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 8 页用心爱心专心A. R2越大， R2上消耗功率越大B. R2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下列图中的6. 额定电压为220V
15、 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，则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. 一直流电动机线圈内阻一定，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。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? 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 8 页用心爱心专心试题答案1. B 解析：221212212,1.62RII UI RV UEUVRr,2. B 3.
16、 C 4. D 解析：22222121212()()4()UUPI RRRrRRrRRrR5. D 解析： 由IrEU外可知，当E、r 一定时，外U与 I 间的图线如图D 所示6. 解析：电动机电路为非纯电阻电路，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=I2 0.8 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：13. 03. 0IUr，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 2W1.6 W，电动机的机械功率P机=P入I12r2精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 8 页