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文檔簡介
1、5 焦耳定律【思考】居民家中電表的作用是什么?提示:測量家庭電路中消耗的電能,或者說測量電流做功的多少.【思考】標(biāo)有“220 V 40 W”的燈泡和“220 V 40 W”的電動(dòng)機(jī),把它們并聯(lián)后接到220 V的照明電路中,二者都能正常工作,它們在相同的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的電熱相同嗎?提示:不相同.電動(dòng)機(jī)和燈泡消耗的電能相同,電動(dòng)機(jī)有一部分電能轉(zhuǎn)化為電熱,另一部分轉(zhuǎn)化為機(jī)械能;燈泡消耗的電能全部轉(zhuǎn)化為電熱.一、純電阻電路與非純電阻電路1.兩種電路的比較2.電功與電熱 【特別提醒】不管是純電阻電路還是非純電阻電路,計(jì)算電功時(shí)都用W=UIt,功率都用P=UI,熱量都用Q=I2Rt,熱功率都用P=I2R,若用
2、變形式時(shí),就要考慮是否是純電阻電路.【典例1】微型吸塵器的直流電動(dòng)機(jī)的內(nèi)阻一定,為1,當(dāng)加在它兩端的電壓為2.0 V時(shí),電流為0.8 A,且能正常工作,求:(1)它的額定輸入功率多大?(2)工作時(shí)由導(dǎo)線發(fā)熱損失的功率多大?(3)它的最大輸出功率多大?【解題指導(dǎo)】解答本題應(yīng)明確以下兩點(diǎn)關(guān)鍵點(diǎn)【標(biāo)準(zhǔn)解答】(1)電動(dòng)機(jī)的額定輸入功率為:P額=UI=2.00.8 W=1.6 W(2)電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱功率為:P熱=I2R=(0.8)21 W=0.64 W.(3)根據(jù)能量的轉(zhuǎn)化與守恒,電動(dòng)機(jī)的最大輸出功率為: P出=P額-P熱=0.96 W.答案:(1)1.6 W (2)0.64 W (3)0.96 W【互動(dòng)
3、探究】若電動(dòng)機(jī)被卡住,則:(1)電動(dòng)機(jī)消耗的功率為多少?(2)在1 s內(nèi)電動(dòng)機(jī)線圈產(chǎn)生的熱量為多少?【解析】(1)若電動(dòng)機(jī)被卡住,不再轉(zhuǎn)動(dòng),電能全部轉(zhuǎn)化為電熱,電動(dòng)機(jī)消耗的功率為:(2)在1 s內(nèi)電動(dòng)機(jī)線圈產(chǎn)生的熱量為:Q=Pt=41 J=4 J.答案:(1)4 W (2)4 J【規(guī)律方法】 電動(dòng)機(jī)電路的分析與計(jì)算并不是所有含有電動(dòng)機(jī)的電路都是非純電阻電路,要注意區(qū)分電動(dòng)機(jī)正常工作和被卡住兩種情況.(1)當(dāng)電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí),要注意分清電功和電熱的關(guān)系,電動(dòng)機(jī)消耗的電能也就是電流做的功W=UIt,電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的內(nèi)能必須用Q=I2Rt來求,另外,還要注意能量守恒定律的應(yīng)用即W=Q+E(E為其他形式的
4、能)或P入=P機(jī)+P熱,其中,P入=UI,P熱=I2R,P機(jī)為機(jī)械功率.(2)當(dāng)電動(dòng)機(jī)被卡住時(shí),電動(dòng)機(jī)消耗的電能全部轉(zhuǎn)化為電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的內(nèi)能,W=Q,即UIt=I2Rt.【變式備選】一只規(guī)格為“220 V 2 000 W”的電爐,求:(1)在正常工作時(shí)的電阻;(2)若電壓為200 V,電爐的實(shí)際功率;(3)在220 V的電壓下,如果平均每天使用電爐2 h,此電爐一個(gè)月要消耗多少度電?(一個(gè)月按30天計(jì)算)【解析】(1)設(shè)電爐電阻為R,由 得R=(2)當(dāng)電壓為U=200 V時(shí),電爐的實(shí)際功率為:P=(3)在220 V的電壓下,一個(gè)月耗用電能為:W=Pt=2302 kWh=120 kWh=120度.
5、答案:(1)24.2 (2)1 653 W (3)120度二、串、并聯(lián)電路中電功率的分析與計(jì)算1.串聯(lián)電路2.并聯(lián)電路3.結(jié)論:無論是串聯(lián)電路還是并聯(lián)電路,電路消耗的總功率均等于各電阻消耗的功率之和.【特別提醒】(1)求解串、并聯(lián)電路中的功率分配問題,比例法求解會(huì)使問題簡化,但一定要確定是正比還是反比關(guān)系.(2)當(dāng)分析用電器的功率問題時(shí),一定要注意用電器的安全,即不要超過用電器的額定電壓、額定電流.【典例2】給定兩只標(biāo)有“110 V 40 W”的燈泡L1和標(biāo)有“110 V 100 W”的燈泡L2及一只最大阻值為500 的滑動(dòng)變阻器R,將它們接在220 V的電路中,在如圖所示的幾種接法中,最合理
6、的是( )【解題指導(dǎo)】兩盞電燈均能正常發(fā)光則必須都達(dá)到額定電壓,電路消耗功率最小則最合理.【標(biāo)準(zhǔn)解答】選C.L1(110 V 40 W)和L2(110 V 100 W)的額定電壓相同,由P= 可知R1R2,由串、并聯(lián)電路電流、電壓特點(diǎn)可知A、D中L1、L2一定不會(huì)同時(shí)正常發(fā)光,雖然B、C能使L1、L2同時(shí)正常發(fā)光,但B中P總=2(P1+P2),C中P總=2P2,故C正確.【規(guī)律方法】 最合理的電燈電路的分析判斷方法最合理的電燈電路就是能使燈泡正常發(fā)光且電路消耗功率最小,解答此類問題的思路分兩步:(1)先分清哪個(gè)電路的燈泡能夠正常發(fā)光,可以從電流、電壓、電功率中任選一個(gè)量達(dá)到其額定值,其他兩個(gè)也
7、達(dá)到額定值的方面分析.(2)確定了正常發(fā)光后,再比較哪一個(gè)電路的實(shí)際功率小,可以用定量計(jì)算的方法比較哪個(gè)電路的總電流小,也可以用定性分析的方法.【變式訓(xùn)練】如圖所示電路中,R1、R2都是“4 W 100 ”的電阻,R3是“1 W 100 ”的電阻,則 A、B間允許消耗的最大功率是( ) A.1.5 W B.9 W C.8 W D. 【解析】選A.R3上最大允許電壓為R1和R2上最大允許電壓為U1=U2= R1和R2串聯(lián)后,最大允許電壓為U12=40 V所以A、B兩點(diǎn)間最大允許電壓為UAB=U3=10 V當(dāng)A、B兩點(diǎn)間電壓取最大值UAB10 V時(shí),R1和R2上消耗的功率為P12= 此時(shí)R3上消耗
8、的功率為P31 W,所以PAB=P12+P3=1.5 W【典例】如圖中電源電動(dòng)勢E=12 V,內(nèi)電阻r=0.5 .將一盞額定電壓為8 V,額定功率為16 W的燈泡與一只線圈電阻為0.5 的直流電動(dòng)機(jī)并聯(lián)后和電源相連,燈泡剛好正常發(fā)光,通電100 min,問:(1)電源提供的能量是多少?(2)電流對燈泡和電動(dòng)機(jī)所做的功各是多少?(3)燈絲和電動(dòng)機(jī)線圈產(chǎn)生的熱量各是多少?(4)電動(dòng)機(jī)的效率為多少?【解題指導(dǎo)】解答本題應(yīng)明確以下兩點(diǎn)關(guān)鍵點(diǎn)【標(biāo)準(zhǔn)解答】(1)燈泡兩端電壓等于電源路端電壓,U=E-Ir,得總電流電源提供的能量:E電=IEt=81210060 J =5.76105J.(2)通過燈泡的電流電
9、流對燈泡所做的功W1=Pt=1610060 J=0.96105J通過電動(dòng)機(jī)的電流I2=I-I1=6 A電流對電動(dòng)機(jī)所做的功:W2=I2Ut=686 000 J =2.88105J(3)燈絲產(chǎn)生的熱量Q1=W1=0.96105J電動(dòng)機(jī)線圈產(chǎn)生的熱量(4)電動(dòng)機(jī)的效率:=答案:(1)5.76105J (2)0.96105 J 2.88105J(3)0.96105 J 1.08105J (4)62.5電阻R和電動(dòng)機(jī)M串聯(lián)接到電路中,如圖所示,已知電阻R跟電動(dòng)機(jī)線圈的電阻值相等,開關(guān)接通后,電動(dòng)機(jī)正常工作.設(shè)電阻R和電動(dòng)機(jī)M兩端的電壓分別為U1和U2,經(jīng)過時(shí)間t,電流通過R做功為W1,產(chǎn)生的熱量為Q1
10、,電流通過電動(dòng)機(jī)做功為W2,產(chǎn)生的熱量為Q2.則有( )【錯(cuò)誤案例】將非純電阻電路與純電阻電路混淆導(dǎo)致錯(cuò)誤A.U1Q2 D.W1W2,Q1IR=U1,B錯(cuò)誤;電流做的功W1=U1It,W2=U2It,故W1W2,C錯(cuò)誤;產(chǎn)生的熱量由Q=I2Rt可判斷Q1=Q2,A正確,D錯(cuò)誤.【易錯(cuò)分析】本題易錯(cuò)選項(xiàng)及錯(cuò)誤原因分析如下:1.通過電阻R的電流為I時(shí),在時(shí)間t內(nèi)產(chǎn)生的熱量為Q;若電阻為2R,電流為 則在時(shí)間t內(nèi)產(chǎn)生的熱量為( )A.4Q B.2Q C. D.【解析】選C.由電熱公式Q=I2Rt可得: ,C正確.2.關(guān)于電功,下列說法中正確的是( )A.電功的實(shí)質(zhì)是電場力所做的功B.電功就是電熱,兩
11、個(gè)量是一回事C.電場力做功使金屬導(dǎo)體內(nèi)的自由電子運(yùn)動(dòng)的速率越來越大D.電流通過電動(dòng)機(jī)時(shí)的電功率和熱功率相等【解析】選A.電流做的功在實(shí)質(zhì)上就是電場力對電荷做的功.A正確.電流做功的過程就是電勢能減少,其他形式能量增加的過程,電勢能減少多少其他形式能量就增加多少,但是電能不一定全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,比如在電動(dòng)機(jī)中,只是把一部分電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,大部分電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能, B錯(cuò)誤.電場力做功使金屬導(dǎo)體內(nèi)的自由電子運(yùn)動(dòng)的速率增大,但同時(shí)自由電子在運(yùn)動(dòng)中不斷地和其他電子或離子碰撞,速度減小,整體效果自由電子可以看成勻速,C錯(cuò)誤.電流通過電動(dòng)機(jī)時(shí),電流所做的功一部分轉(zhuǎn)化成熱能,一部分轉(zhuǎn)化成機(jī)械能,電功率應(yīng)大于熱功
12、率,D錯(cuò)誤.3.關(guān)于計(jì)算電功率的三個(gè)公式P=UI、P=I2R、 的適用范圍,以下說法中正確的是( )A.這三個(gè)公式的適用范圍相同B.第一個(gè)公式普遍適用,后兩個(gè)公式只適用于純電阻電路C.第一個(gè)公式適用于無電阻的電路,后兩個(gè)公式適用于有電阻的電路D.三個(gè)公式的適用范圍與電路串、并聯(lián)的方式無關(guān)【解析】選B、D.電路可分為純電阻電路和非純電阻電路,P=UI對任何電路都適用,而P=I2R和 只適用于純電阻電路,故B正確,A、C錯(cuò)誤;這三個(gè)公式的適用范圍與電路的串、并聯(lián)方式無關(guān),故D正確.4.標(biāo)有“220 V 40 W”和“220 V 60 W”的兩個(gè)燈泡串聯(lián)在電路中,則( )A.若電路電壓為220 V,
13、兩燈泡均不能正常發(fā)光B.若電路電壓為440 V,兩燈泡均能正常發(fā)光C.無論電壓如何,兩燈泡都不能正常發(fā)光D.無論電壓如何,標(biāo)有“220 V 60 W”的燈泡不能正常發(fā)光【解析】選A、D.兩燈泡的額定電壓都為220 V,串聯(lián)后接在220 V的電路中,各自分得的電壓都比220 V小,故兩燈均不可能正常發(fā)光,A正確;由于兩燈泡電阻不同,接440 V時(shí),一個(gè)分得電壓大于220 V,一個(gè)小于220 V,故也不能正常發(fā)光,B錯(cuò)誤;由 可知40 W的燈泡電阻大,串聯(lián)后它分得的電壓大,故40 W的燈泡先達(dá)到220 V正常發(fā)光,若電路電壓再增大,則40 W燈泡分得的電壓超過220 V被燒壞,則60 W燈泡也不亮,C錯(cuò)誤,D正確.5.在研究微型電動(dòng)機(jī)的性能時(shí),可采用如圖所示的實(shí)驗(yàn)電路.當(dāng)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R,使電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),電流表和電壓表的示數(shù)分別為0.5 A和1.0 V;當(dāng)重新調(diào)節(jié)R,使電動(dòng)機(jī)恢復(fù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),電流表和電壓表的示數(shù)分別為2.0
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