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1、优秀学习资料 欢迎下载 初中物理欧姆定律.电功和电功率 一、知识结构：二、学习方法指导：1、欧姆定律：导体中的电流，跟导体两端的电压成正比，跟导体的电阻成反比。表达式RUI。欧姆定律是电学中的一条重要基本定律，它揭示了导体中的电流、电压和电阻之间的关系。理解欧姆定律时，要注意以下几点。(1)对应性 RUI 中，I、U、R必须是同一段电路的同一个电阻的，同一个用电器的，或是整个电路的，即要一一对应，不能张冠李戴。在实际电路的计算中，往往有几段电路，每段电路都有各自对应的 I、U、R，因此，在解题时，首先要明确研究的是哪一段电路，然后再找准与这一段电路相对应的 I、U、R，并给“同一段电路”上的
2、I、U、R标上同一种脚标。(2)时间性 即使是同一个电路，由于开关的闭合、断开，滑动变阻器滑片的左、右移动，将引起电路中各部分电流和电压的变化，因此，必须保证RUI 中的三个物理量是同一时间的值，切不可混淆电路结构变化前后的I、U、R的对应关系。优秀学习资料 欢迎下载(3)区别RUI 和IUR 的意义 对RUI 和IUR 两式要有正确的理解，从数学角度看不出两式有什么本质的区别，但它们的物理意义不同，RUI 表明导体中的电流跟这段导体两端的电压成正比，跟这段导体的电阻成反比，但对公式IUR 也理解为导体的电阻跟这段导体两端的电压成正比，跟导体中的电流成反比那就错了。因为电阻是导体本身的一种性质
3、，其大小是由导体的材料、长度和横截面积决定的，而与导体两端的电压及导体中的电流无关，也并不是导体两端的电压为零时，导体的电阻也为零，我们只不过是利用这一公式来测量计算导体的电阻，对同一导体来说IU是不变的，但对不同导体IU一般不同。2、额定功率和实际功率 用电器在额定电压下的功率叫做额定功率。用电器的实际功率随着加在它两端的电压而改变。例如:“220V、100W”的灯泡，其额定电压是 220V，在此电压下灯泡正常发光，消耗的实际功率是 100W，这个功率叫额定功率。如果把此灯泡接在 110V的电源上，灯泡消耗的实际功率小于 100W。若将灯泡接在 230V的电源上，灯泡消耗的实际功率将大于 1
4、00W。3、灯泡的电阻:一只“220V、100W”的灯泡，在正常工作时的电阻可用 P=RU2计算出来，即:R=U2/P=2202/100=484(欧)。若把此灯泡分别接在 110V或 230V的不同电源上时，灯泡的实际电阻发生变化，不再是正常发光的 484 欧。为计算方便若没有特别说明，通常我们可视为灯泡的电阻不变(即为正常发光时的数值)。4、对电热器来说，在原理上是一个电阻，电流通过电热器所做的电功，都消耗在电阻的发热上，即电能完全转化为内能。依据电功W=UIt和电功率P=UI，结合RUI 或U=IR可有W=RU2t=I2Rt和P=RU2=I2R。有些用电装置，例如电动机、电解槽等，当电流通
5、过时也会发热，这说明在它们的内部也有电阻；但同时还可获得机械能或化学能等除内能以外其他形式的能量，这种能量也是由电能在这些用电装置中转化来的。依据能的转化和守恒定律应有：在电动机中：输入的电能=输出的机械能+增加的内能 在电解槽中：消耗的电能=产生的化学能+增加的内能 若以单位时间来计量能量的转化，即以功率计算，则输入的电功率 P入=IU，因电阻发热而消耗的电功率P热=I2R。显然，P入P热，即UII2R，或UIR，即在这种电路中，对于RUI 形式的欧姆定律不再成立(这种电路叫做非纯电阻电路，其中的电流、电压和电阻的相互关系不再能用RUI、U=IR的形式表述)。电阻之间的关系理解欧姆定律时要注
6、意以下几点对应性中必须是同一段先要明确研究的是哪一段电路然后再找准与这一段电路相对应的并给同个物理量是同一时间的值切不可混淆电路结构变化前后的的对应关系区优秀学习资料 欢迎下载 在非纯电阻电路中，电功W=UIt，电功率 P=UI，但是电功WRU2t 或WI2Rt；同样，电功率PU2/R或PI2R。5、解题步骤：(1)明确题意，根据题意和电路图分析电路结构和各电路元件在电路中所起的作用。(2)画出等效电路图，并在图上标明已知量和未知量。(3)根据电功率公式、欧姆定律、串并联电路的特点，以及题目给定的条件列方程。(4)建立方程组，将已知数据带入方程，注意对应关系。三、例题分析：例 1、如图所示的电
7、路电压恒定不变，RabR0，当滑片从a向 b滑的过程中，问各物理量的变化情况及各量间的关系。分析与解 这是一个动态物理问题，由于滑片 P向b端滑动，变阻器接入电路的电阻Rx 增大(1)R=R0+Rx，总电阻R增大 I=XRRU0，电流表示数变小 Uo=IRo定值电阻两端电压Uo 变小 Ux=UUo 电压表示数变大(2)Po=(XRRU0)2Ro，定值电阻消耗的功率变小 当Rx=0 时，P0max=U2/R0 当Rx=Rab时，P0min=(abRRU0)2Ro(3)P=Po+Px=XRRU02，电路消耗的总功率减小 当Rx=0 时，Pmax=U2/R0 当Rx=Rab时，Pmin=abRRU0
8、2(4)Px=(XRRU0)2Rx=02024RRRRUXX 当Rx=R0时，PXmax=U2/4Ro 电阻之间的关系理解欧姆定律时要注意以下几点对应性中必须是同一段先要明确研究的是哪一段电路然后再找准与这一段电路相对应的并给同个物理量是同一时间的值切不可混淆电路结构变化前后的的对应关系区优秀学习资料 欢迎下载 滑片移向b的过程中Rx 增大，变阻器消耗的功率先变大后变小，函数图象如图 2。当RxRo 时，Px 随Rx 增大而增大。当RxRo 时，Px 随Rx 增大而减少。注意：滑片移向b的过程中Rx 增大，当RabRo 时，变阻器消耗功率逐渐变大。PXmax=(abRRU0)2Rab 当Rab
9、=Ro 时，变阻器消耗功率逐渐变大，PXmax=U2/4Ro(5)滑片移向b的过程中，Rx 增大，Po:Px=I2Ro:I2Rx=Ro:Rx，Po:Px 值变小 Po:P总=I2Ro:I2(Ro+Rx)，Po:P总值变小。例 2：如图所示的电路中，电源电压保持不变，电阻R1=10，R2=20，R3的阻值不等于零，当断开开关 S 后，电压表的示数为 6V，当闭合开关 S 后电压表的示数可能是()A.11V B.10V C.9V D.8V 分析与解 这是一道求电压取值范围的习题，从题目中所给的条件可知定值电阻 R3阻值未知，其限制条件为 R30，本题求在开关 S 闭合后电压表示数的取值范围。当 S
10、 断开时，由电阻 R1、R2和 R3组成串联电路。U=U2(R1+R2+R3)/R2，即 U=6(10+20+R3)/20(1)当 S 闭合时，电阻 R1被短路，R2、R3组成串联电路 U=U2(R2+R3)/R2，即 U=U2(20+R3)/20(2)由(l)、(2)可得：6(10+20+R3)/20=U2(20+R3)/20 U2=333206062020106RRR 当 R30 时，U2=9V 当 R3时，U2=6V S 闭合后电压表取值范围为 6VU29V，给定选项中只有 D选项符合题意，因此选：D。说明：从题中可以看到建立的方程数比未知数的个数少，因而解题难度较大，必须灵活运用数学知
11、识才能正确迅速进行物理问题的运算。可见解决物理问题时，数学知识是必不可少的。例 3：已知电路由两个定值电阻、一个开关和电压为 60V的电源用导线连成的，且电源电压恒定。当开关处于一状态时，电路的电功率为 40W，当开关处于另一状态时，电路的电功率增加了 20W，求两定值电阻的阻值。分析与解 首先要清楚电源电压恒定的物理意义，根据欧姆定律，当电路“电压恒定”时，电路中的总电流与总电阻成反比，电阻之间的关系理解欧姆定律时要注意以下几点对应性中必须是同一段先要明确研究的是哪一段电路然后再找准与这一段电路相对应的并给同个物理量是同一时间的值切不可混淆电路结构变化前后的的对应关系区优秀学习资料 欢迎下载
12、 在这样条件的电路中，总电阻的改变是第一控制变量，由题目中“电压恒定”的条件，想方设法改变两电阻组成的电路的总阻值是解题关键。利用开关，“并联闭合短路，串联断开断路”的作用来改变两电阻组成的电路的总阻值，连接方式如图 4、图 5 所示。(1)由图 4 所示：S 断开，40602122121RRRRUP S 闭合，606012121RRUP 联立和解得：R1=60，R2=30(2)由图 5 所示：S 断开，406012122RRUP 解得：R1=90 S 闭合，解得：R2=180 说明：开关的断开、闭合会引起电路结构的变化，全面考虑问题、正确画出两种连接方式的电路图是解答本题的关键。例 4：如图
13、 6 所示电路中，电源电压恒定，滑动变阻器最大阻值为 20。当开关 S1断开、S2闭合,滑动变阻器滑片 P位于变阻器的 b 端时,电压表V1示数为 4V；当开关 S1闭合、S2断开,滑动变阻器滑片 P位于变阻器中点时,电压表V1示数为2V,电流表A1示数为0.4A,灯泡L2正常发光。求:(1)此时电压表V3的示数为多少?(2)灯泡 L2的额定功率为多少?(温度对灯丝电阻的影响忽略不计)分析与解 图 6 涉及的电路元件达 11 个之多。电路计算问题中，首先要识别电路，识别电路图关键要抓住一个“去”字:去掉开路部分;22221212290906060RRRRRRUp电阻之间的关系理解欧姆定律时要注
14、意以下几点对应性中必须是同一段先要明确研究的是哪一段电路然后再找准与这一段电路相对应的并给同个物理量是同一时间的值切不可混淆电路结构变化前后的的对应关系区优秀学习资料 欢迎下载 去掉短路部分;去掉电压表。电压表的内阻认为无穷大，视为开路，可直接去掉;去掉电流表，电流表的内阻认为很小,可将电流表换成一段导线。首先，将图 6 中的电流表和电压表去掉,则可得到图 7,这就简单多了。当开关 S1断开、S2闭合,滑动变阻器滑片 P位于 b 端时,S1处开路,L1被短路,则去掉这两部分,从而得到图 8;当开关S1闭合、S2断开,S2处开路,滑动变阻器被短路,则去掉这两部分,从而得到图 9。解:当开关 S1
15、断开,S2闭合时,灯泡 L2与滑动变阻器 R串联。这时电压表V1测量滑动变阻器两端电压。U2=IR2=(UR/R)R2 U=U2+UR=(UR/R)R2+UR,U=4R2/20+4 当开关 S1闭合,S2断开时,灯泡 L1和灯泡 L2串联。这时,电压表V1测量灯泡 L1两端电压,电流表A1测量串联电路中的电流。U=U2+U1=IR2+U1 U=0.4R2+2 由式、解得，灯泡 L2的电阻 R2=10，电源电压，即电压表V3的示数 U=6V，故灯泡 L2的额定功率为：P2=I2R2=(0.4A)210=1.6W 说明:搞清每种情况下的电路结构是解题的关键，这也是此题考查的主要目的之一。例 5、有
16、一种电冰箱，只有在压缩机工作时才消耗电能。将一台这样的电冰箱单独接在标有“3000r/kWh”字样的电能表上，测得电冰箱压缩机连续工作 10min，电能表的表盘转过了 75 转。求:(1)这台电冰箱压缩机的功率多大?(2)如果测得该电冰箱某一天耗电为 1.2kWh，设压缩机每次连续工作时间都是 15min,并且每次工作后的间歇时间也都相等,那么,它的间歇时间的可能值是多少 min?(设电冰箱压缩机工作时功率保持不变,计算结果保留整数)分析与解(1)电能表的转盘转过 75 转,压缩机所消耗的电能为：W=1 kWh 75/3000=0.025 kWh 故电冰箱压缩机的功率为：P=WtW150601
17、0106.3025.06 电阻之间的关系理解欧姆定律时要注意以下几点对应性中必须是同一段先要明确研究的是哪一段电路然后再找准与这一段电路相对应的并给同个物理量是同一时间的值切不可混淆电路结构变化前后的的对应关系区优秀学习资料 欢迎下载(2)压缩机连续工作一次消耗的电能为：W=Pt=1501560=1.35 105J 24 小时内压缩机启动的次数为：n=321035.1106.32.156总WW次 又在 24h 内压缩机工作的总时间为：t1=nt=3215min=480min 在 24h 内压缩机间歇的总时间为：t2=t t1=2460min480min=960min 故在 24h 内，压缩机停
18、机的次数最少为 31 次，最多为 33 次。所以，压缩机最长间歇时间为：t2=t2/31=960min/31=31min 压缩机最短时间间歇为：t2”=t2/33=960min/33=29min 即压缩机的间歇时间在 2931min 之间。说明：这是一道典型的 STS 型试题，主要考查学生灵活使用电功率定义式 P=W/t 的能力和利用电能表测定用电器功率的方法。解这类问题的关键是，要搞清电能表所标3000r/kWh的含义及了解电冰箱压缩机的工作规律。例 6、在测小灯泡电功率的实验中，如果实验器材完好无缺，但经常碰到下列几种不正常的情况，请分析原因并设法排除。实验电路如图 10 所示:1.闭合开
19、关后，灯泡发光，但瞬间灯丝熔断，电路不工作，A示数为零，V示数很大。分析：变阻器 Ro 接入电路的电阻太小，灯泡两端的电压大于额定电压，强电流将灯丝熔断。解决的办法是：将滑动变阻器的滑片移至阻值最大处，更换己烧坏的灯泡。2.开关闭合后，两电表指针左右摆动，灯泡忽亮忽暗。分析：线路接触不良。排除方法：逐个接头进行检查，特别检查接线柱下面的螺母是否松动，并将其扭紧。3.开关闭合，滑动滑片 P，灯泡亮度不变且很暗，两电表示数不变。分析：变阻器接线错误，两端接线都接在变阻器下面的两个接线柱上，变阻器在电路中起定值电阻(阻值最大)的作用。排除方法：改接一上一下接线柱。4.开关闭合后，灯泡能正常工作，但A
20、或V指针反向偏转。分析：A或V接线错误，排除方法：将两个接线柱的接线对调。5.开关闭合后，灯泡能正常工作，但A或V指针偏转太大(超量程)或太小。分析：电表的量程选择不当，排除方法：改用合适的量程。6.开关闭合后，灯泡不亮，A示数为零，而V指针偏转却很大。分析：出现此故障有两个可能，一是灯丝断了，二是A、V接错位置(如图 11)，电路里串联了一只内阻特别大的电压表，通过电路的电流趋于零，而电压表的示数接近电源电压。排除方法：电阻之间的关系理解欧姆定律时要注意以下几点对应性中必须是同一段先要明确研究的是哪一段电路然后再找准与这一段电路相对应的并给同个物理量是同一时间的值切不可混淆电路结构变化前后的的对应关系区优秀学习资料 欢迎下载 一.更换灯泡。二.两只电表对调。电阻之间的关系理解欧姆定律时要注意以下几点对应性中必须是同一段先要明确研究的是哪一段电路然后再找准与这一段电路相对应的并给同个物理量是同一时间的值切不可混淆电路结构变化前后的的对应关系区