高二物理 電學(xué)專題提升 專題18 三個(gè)公式：歐姆定律、電功率和熱功率的使用

1、專題18 三個(gè)公式：歐姆定律、電功率和熱功率的使用一：專題概述1歐姆定律I的使用對(duì)于純電阻，適合歐姆定律，即純電阻兩端的電壓滿足UIR.對(duì)于非純電阻，不適合歐姆定律，因P電UIP熱P其他I2RP其他，所以UII2R，即非純電阻兩端的電壓滿足UIR.2純電阻電路與非純電阻電路的比較3電動(dòng)機(jī)的三個(gè)功率及關(guān)系輸入功率電動(dòng)機(jī)的總功率。由電動(dòng)機(jī)電路中的電流和電壓決定，即P總P入U(xiǎn)I輸出功率電動(dòng)機(jī)的有用功的功率，也叫做機(jī)械功率熱功率電動(dòng)機(jī)線圈上有電阻，電流通過(guò)線圈時(shí)會(huì)發(fā)熱，熱功率P熱I2r三者關(guān)系P總P出P熱效率100%100%特別說(shuō)明正常工作的電動(dòng)機(jī)是非純電阻元件電動(dòng)機(jī)因故障或其他原因不轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，相當(dāng)于一

2、個(gè)純電阻元件4.閉合電路的功率及效率問(wèn)題電源總功率任意電路：P總EIP出P內(nèi)純電阻電路：P總I2(Rr)電源內(nèi)部消耗的功率P內(nèi)I2rP總P出電源的輸出功率任意電路：P出UIP總P內(nèi)純電阻電路：P出I2RP出與外電阻R的關(guān)系電源的效率任意電路：100%100%純電阻電路：100%二：典例精講1電功、電功率的計(jì)算典例1：一臺(tái)電動(dòng)機(jī)的線圈電阻與一只電爐的電阻相同，都通過(guò)相同的電流，在相同時(shí)間內(nèi)()A電爐放熱與電動(dòng)機(jī)放熱相等B電爐兩端電壓小于電動(dòng)機(jī)兩端電壓C電爐兩端電壓等于電動(dòng)機(jī)兩端電壓D電動(dòng)機(jī)消耗的功率大于電爐的功率【答案】ABD2純電阻電路和非純電阻電路典例2：一只電飯煲和一臺(tái)洗衣機(jī)并聯(lián)接在輸出電

3、壓為220 V的交流電源上(其內(nèi)電阻可忽略不計(jì))，均正常工作。用電流表分別測(cè)得通過(guò)電飯煲的電流是5.0 A，通過(guò)洗衣機(jī)電動(dòng)機(jī)的電流是0.50 A，則下列說(shuō)法中正確的是()A電飯煲的電阻為44 ，洗衣機(jī)電動(dòng)機(jī)線圈的電阻為440 B電飯煲消耗的電功率為1 555 W，洗衣機(jī)電動(dòng)機(jī)消耗的電功率為155.5 WC1 min內(nèi)電飯煲消耗的電能為6.6104 J，洗衣機(jī)電動(dòng)機(jī)消耗的電能為6.6103 JD電飯煲發(fā)熱功率是洗衣機(jī)電動(dòng)機(jī)發(fā)熱功率的10倍【答案】C 【解析】由于電飯煲是純電阻元件，所以R144 ，P1UI11 100 W其在1 min內(nèi)消耗的電能W1UI1t6.6104 J洗衣機(jī)為非純電阻元件，

4、所以R2，P2UI2110 W其在1 min內(nèi)消耗的電能W2UI2t6.6103 J其熱功率P熱P2，所以電飯煲發(fā)熱功率不是洗衣機(jī)電動(dòng)機(jī)發(fā)熱功率的10倍。故選項(xiàng)C正確。3含電動(dòng)機(jī)的非純電阻電路典例4：下表列出了某品牌電動(dòng)自行車及所用電動(dòng)機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)，不計(jì)其自身機(jī)械損耗。若該車在額定狀態(tài)下以最大運(yùn)行速度行駛，則()自重40 kg額定電壓48 V載重75 kg額定電流12 A最大行駛速度20 km/h額定輸出功率350 WA.電動(dòng)機(jī)的輸入功率為576 WB電動(dòng)機(jī)的內(nèi)電阻為4 C該車獲得的牽引力為104 ND該車受到的阻力為63 N【答案】AD4電路中的有關(guān)功率及效率典例4：如圖所示，已知電源電

5、動(dòng)勢(shì)為6 V，內(nèi)阻為1 ，保護(hù)電阻R00.5 ，則當(dāng)電阻箱R讀數(shù)為多少時(shí)，保護(hù)電阻R0消耗的電功率最大，且這個(gè)最大值為：()A1 4 W B1 8 W C0 8 W D0.5 8 W【答案】C【解析】保護(hù)電阻消耗的功率為P0，因R0和r是常量，而R是變量，所以R最小時(shí)，P0最大，即R0時(shí)，P0max W8 W。故選項(xiàng)C正確。【拓展延伸1】在【典例】中的條件不變，則當(dāng)電阻箱R的讀數(shù)為多少時(shí)，電阻箱R消耗的功率PR最大且這個(gè)最大值為()A1 6 W B0.5 8 WC1 1.5 W D1.5 6 W【答案】D【解析】這時(shí)要把保護(hù)電阻R0與電源內(nèi)阻r算在一起，據(jù)以上結(jié)論，當(dāng)RR0r即R(10.5)

6、1.5 時(shí)，PRmax W6 W。故選項(xiàng)D正確?！就卣寡由?】在【典例】中，若電阻箱R的最大值為3 ，R05 ，則當(dāng)電阻箱R讀數(shù)為多少時(shí)，電阻箱R的功率最大且這個(gè)最大值為()A3 4 W B2 WC3 W D1 4 W【答案】C【拓展延伸3】在【典例】中的條件不變，則電源的最大輸出功率為()A3 W B4 W C5 W D9 W【答案】D【解析】由電功率公式P出()2R外，當(dāng)R外r時(shí)，P出最大，即RrR00.5 時(shí)，P出max W9 W。故選項(xiàng)D正確。三 總結(jié)提升1.電功和電熱的處理方法(1)首先要分清所研究的電路是純電阻電路還是非純電阻電路，正確選擇計(jì)算公式。(2)處理非純電阻電路的計(jì)算問(wèn)題

7、時(shí)，要善于從能量轉(zhuǎn)化的角度出發(fā)，緊緊圍繞能量守恒定律，利用“電功電熱其他能量”尋找等量關(guān)系求解。2.最大功率問(wèn)題的兩點(diǎn)注意(1)解決最大功率問(wèn)題時(shí)，要弄清是定值電阻還是可變電阻的最大功率，定值電阻的最大功率用PI2R分析，可變電阻的最大功率用等效電源法求解。(2)電源輸出功率最大時(shí)，效率不是最大，只有50%。四 提升專練1.(多選) 下列關(guān)于電功、電功率和焦耳定律的說(shuō)法中正確的是()A電功率越大，電流做功越快，電路中產(chǎn)生的焦耳熱一定越多BWUIt適用于任何電路，而WI2Rtt只適用于純電阻的電路C在非純電阻的電路中，UII2RD焦耳熱QI2Rt適用于任何電路【答案】BCD 2.(多選) 有一家

8、用電風(fēng)扇，電風(fēng)扇兩端的電壓為220 V，工作電流為0.5 A，則下列說(shuō)法中，正確的是()A電扇線圈的電阻為440 B電扇線圈的電阻大于440 C電扇線圈的電阻小于440 D電風(fēng)扇線圈的電阻滿足歐姆定律【答案】CD【解析】電風(fēng)扇是非純電阻，故電風(fēng)扇兩端的電壓滿足UIR，所以2200.5R，所以R440 .選CD.3.(多選)現(xiàn)用充電器為一手機(jī)電池充電,等效電路如圖所示,充電器電源的輸出電壓為U,輸出電流為I,手機(jī)電池的內(nèi)阻為r.下列說(shuō)法中正確的是()A. 充電器輸出的電功率為UI+I2rB. 電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的功率為UI-I2rC. 電池產(chǎn)生的熱功率為I2rD. 充電器的充電效率為100%【答案

9、】BC4.電子產(chǎn)品制作車間里常常使用電烙鐵焊接電阻器和電容器等零件，技術(shù)工人常將電烙鐵和一個(gè)燈泡串聯(lián)使用，燈泡還和一只開關(guān)并聯(lián)，然后再接到市電上(如圖所示)，下列說(shuō)法正確的是()A開關(guān)接通時(shí)比開關(guān)斷開時(shí)消耗的總電功率大B開關(guān)接通時(shí)，燈泡熄滅，只有電烙鐵通電，可使消耗的電功率減小C開關(guān)斷開時(shí)，燈泡發(fā)光，電烙鐵也通電，消耗的總功率增大，但電烙鐵發(fā)熱較少D開關(guān)斷開時(shí)，燈泡發(fā)光，可供在焊接時(shí)照明使用，消耗總功率不變【答案】A【解析】開關(guān)接通時(shí)，燈泡被短路，燈泡熄滅，電路的總電阻變小，電路的總功率P變大，電烙鐵的功率變大5.(多選) 如圖所示,電源電動(dòng)勢(shì)均為E=12V,內(nèi)阻均為r=3.R0=1,直流電動(dòng)

10、機(jī)內(nèi)阻R0=1.當(dāng)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器使R1=2時(shí),圖甲電路輸出功率最大.調(diào)節(jié)R2使圖乙電路輸出功率最大,且此時(shí)電動(dòng)機(jī)剛好正常工作(額定功率為6W),則此時(shí)R2的阻值和電動(dòng)機(jī)的熱功率P為()甲乙A. R2=2 B. R2=1.5 C. P=6 W D. P=4 W【答案】BD6.將一電源與一電阻箱連接成閉合回路，測(cè)得電阻箱所消耗功率P與電阻箱讀數(shù)R變化的曲線如圖所示，由此可知()A電源最大輸出功率可能大于45 WB電源內(nèi)阻一定等于5 C電源電動(dòng)勢(shì)為45 VD電阻箱所消耗功率P最大時(shí)，電源效率大于50%【答案】B【解析】由于題述將一電源與一電阻箱連接成閉合回路，電阻箱所消耗功率P等于電源輸出功率。由電

11、阻箱所消耗功率P與電阻箱讀數(shù)R變化的曲線可知，電阻箱所消耗功率P最大為45 W，所以電源最大輸出功率為45 W，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；由電源輸出功率最大的條件可知，電源輸出功率最大時(shí)，外電路電阻等于電源內(nèi)阻，所以電源內(nèi)阻一定等于5 ，選項(xiàng)B正確；由電阻箱所消耗功率P最大值為45 W可知，此時(shí)電阻箱讀數(shù)為R5 ，電流I3 A，電源電動(dòng)勢(shì)EI(Rr)30 V，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；電阻箱所消耗功率P最大時(shí)，電源效率為50%，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。7.如圖所示，電源電動(dòng)勢(shì)E8 V，內(nèi)阻為r0.5 ，“3 V，3 W”的燈泡L與電動(dòng)機(jī)M串聯(lián)接在電源上，燈泡剛好正常發(fā)光，電動(dòng)機(jī)剛好正常工作，電動(dòng)機(jī)的線圈電阻R01.5 .下列說(shuō)法中正

12、確的是()A通過(guò)電動(dòng)機(jī)的電流為1.6 AB電源的輸出功率是8 WC電動(dòng)機(jī)消耗的電功率為3 WD電動(dòng)機(jī)的輸出功率為3 W【答案】D8. (多選) 如圖所示，電源電動(dòng)勢(shì)E3 V，小燈泡L標(biāo)有“2 V0.4 W”，開關(guān)S接1，當(dāng)滑動(dòng)變阻器調(diào)到R4 時(shí)，小燈泡L正常發(fā)光。現(xiàn)將開關(guān)S接2，小燈泡L和電動(dòng)機(jī)M均正常工作。則()A電源內(nèi)阻為1 B電動(dòng)機(jī)的內(nèi)阻為4 C電動(dòng)機(jī)正常工作電壓為1 VD電源效率約為93.3%【答案】AD【解析】小燈泡正常工作時(shí)的電阻RL10 ，流過(guò)小燈泡的電流I0.2 A。當(dāng)開關(guān)S接1時(shí)，R總15 ，電源內(nèi)阻rR總RRL1 ，A正確；當(dāng)開關(guān)S接2時(shí)，電動(dòng)機(jī)M兩端的電壓UMEIrU0.

13、8 V，C錯(cuò)誤；電動(dòng)機(jī)對(duì)外功率未知，不能求出電動(dòng)機(jī)的內(nèi)阻，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；電源的效率100%93.3%，D正確。9.額定電壓都是110 V，額定功率PA100 W，PB40 W的電燈兩盞，若接入電壓是220 V的下列電路上，則使兩盞電燈均能正常發(fā)光，且電路中消耗的電功率最小的電路是()【答案】C對(duì)于C電路，B燈與變阻器并聯(lián)電阻可能等于RA，所以可能UAUB110 V，兩燈可以正常發(fā)光對(duì)于D電路，若變阻器的有效電阻等于A、B的并聯(lián)電阻，則UAUB110 V，兩燈可以正常發(fā)光比較C、D兩個(gè)電路，由于C電路中變阻器功率為(IAIB)110 V，而D電路中變阻器功率為(IAIB)110 V，所以C電路消耗

14、的功率最小選C.10.(多選)一輛電動(dòng)觀光車蓄電池的電動(dòng)勢(shì)為E，內(nèi)阻不計(jì)，當(dāng)空載的電動(dòng)觀光車以大小為v的速度勻速行駛時(shí)，流過(guò)電動(dòng)機(jī)的電流為I，電動(dòng)車的質(zhì)量為m，電動(dòng)車受到的阻力是車重的k倍，忽略電動(dòng)觀光車內(nèi)部的摩擦，則()A電動(dòng)機(jī)的內(nèi)阻為RB電動(dòng)機(jī)的內(nèi)阻為RC電動(dòng)車的工作效率D電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱效率【答案】BCD【解析】根據(jù)能量守恒定律，EII2Rkmgv，所以電動(dòng)機(jī)的內(nèi)阻為R，選項(xiàng)A錯(cuò)誤、B正確；電動(dòng)車的工作效率等于輸出功率與總功率之比，即，所以C正確；電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱效率，D正確11. 有一提升重物的直流電動(dòng)機(jī)，工作時(shí)電路如圖所示，內(nèi)阻為r0.6 ，R10 ，直流電壓為U160 V，電壓表兩端的示數(shù)

15、為110 V，則通過(guò)電動(dòng)機(jī)的電流是多少？電動(dòng)機(jī)的輸入功率為多少？電動(dòng)機(jī)在1 h內(nèi)產(chǎn)生的熱量是多少？【答案】5 A550 W5.4104 J12.如圖所示是一提升重物用的直流電動(dòng)機(jī)工作時(shí)的電路圖電動(dòng)機(jī)內(nèi)電阻r0.8 ，電路中另一電阻R10 ，直流電壓U160 V，電壓表示數(shù)UV110 V試求： (1)通過(guò)電動(dòng)機(jī)的電流；(2)輸入電動(dòng)機(jī)的電功率；(3)若電動(dòng)機(jī)以v1 m/s勻速豎直向上提升重物，求該重物的質(zhì)量？(g取10 m/s2)【答案】(1)5 A(2)550 W(3)53 kg【解析】(1)由電路中的電壓關(guān)系可得電阻R的分壓URUUV(160110)V50 V，流過(guò)電阻R的電流IR A5 A，即通過(guò)電動(dòng)機(jī)的電流IMIR5 A.(2)電動(dòng)機(jī)的分壓UMUV110 V，輸入電動(dòng)機(jī)的功率P電IMUM550 W.(3)電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱功率P熱Ir20 W，電動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械功率P出P電P熱530 W，又因P出mgv，所以m53 kg.13.變阻器的總電阻RA=15，內(nèi)阻不計(jì)的電源的恒定電壓為9V現(xiàn)有一個(gè)標(biāo)有“6V、3W”的燈泡，如采用如圖所示的分壓電路，圖中電流表為理想電流表求：（1）當(dāng)滑動(dòng)觸頭滑在AB間滑動(dòng)時(shí)，小燈泡上所得到的電壓范圍為多大？（2）要使燈泡正常發(fā)光，應(yīng)將變阻器的滑動(dòng)頭P調(diào)整到使PB間的電阻R等于多少？（3）小燈泡在正常發(fā)光時(shí)，滑動(dòng)變阻器所消耗的功率大小（4