高二物理第二章-恒定電流-焦耳定律、閉合電路的歐姆定律人教實驗版知識精講

用心愛心專心高二物理第二章恒定電流焦耳定律、閉合電路的歐姆定律人教實驗版【本講教育信息】一.教學內容：第二章恒定電流焦耳定律、閉合電路的歐姆定律二.重點、難點解析：1.理解電功率的概念和公式，能進行有關的計算。2.電功率和熱功率的區(qū)別和聯(lián)系。3.推導閉合電路歐姆定律，應用定律進行有關討論。4.路端電壓與負載的關系三.知識內容：1.電功、電功率（1）定義：電路中電場力對定向移動的電荷所做的功，簡稱電功，通常也說成是電流的功。（2）實質：電能通過電流做功轉化為其他形式能。（3）表達式：W=IUt說明：①表達式的物理意義：電流在一段電路上的功，跟這段電路兩端電壓、電路中電流和通電時間成正比。②適用條件：I、U不隨時間變化——恒定電流。（4）單位：電流單位用安培（A），電壓單位用伏（V），時間單位用秒（s），則電功的單位是焦耳（J）。（5）電功率①表達式：物理意義：表示電流做功的快慢。②單位：功的單位用焦耳（J），時間單位用秒（s），功率單位為瓦特（W）。1W=1J/s2.焦耳定律——電流熱效應（1）內容：電流通過導體產生的熱量，跟電流的平方、導體電阻和通電時間成正比。（2）表達式：（3）說明：焦耳定律表明，純電阻電路中電流做功完全轉化為內能，同時，有電阻的電路中電流做功會引起內能的增加，且電熱。（4）純電阻電路中的電功和電功率①電功，對所有電路中電阻的生熱都適用。純電阻電路中：②熱功率，對所有電路中電阻的電熱功率都適用。電功率：結合純電阻電路歐姆定律U=IR，（5）非純電阻電路中的電功和電功率電功和電功率是整體和部分的關系：，故W>Q，即電功率大于熱功率，即3.閉合電路的歐姆定律（1）內、外電路①內電路：電源兩極（不含兩極）以內，如電池內的溶液、發(fā)電機的線圈等。內電路的電阻叫做內電阻。②外電路：電源兩極，包括用電器和導線等。外電路的電阻叫做外電阻。（2）閉合電路的歐姆定律①內容：閉合電路的電流跟電源的電動勢成正比，與內、外電路的電阻之和成反比②公式：③適用條件：純電阻電路根據歐姆定律，外電路兩端的電勢降落為U外=IR，習慣上稱為路端電壓，內電路的電勢降落為U內=Ir，代入E=IR+Ir，得該式表明，電動勢等于內外電路電勢降落之和。（3）路端電壓跟負載的關系①路端電壓：外電路的電勢降落，也就是外電路兩端的電壓。U外＝E－Ir，路端電壓隨著電路中電流的增大而減小；②U一I關系圖線當電路斷路即I＝0時，縱坐標的截距為電動勢E；當外電路電壓為U＝0時，橫坐標的截距I短=E/r為短路電流；圖線的斜率的絕對值為電源的內電阻。（4）閉合電路的輸出功率①功率關系：P總=EI=U外I十U內I=UI＋I2r，②電源的輸出功率與電路中電流的關系：P出=EI－I2r當時，電源的輸出功率最大，分析與解答：因為電燈恰能正常發(fā)光，所以閉合電路中的電流為電源的總功率為PE=IE=2×30W=60w電燈、電動機線圈電阻、電源內阻可作為純電阻處理，它們消耗的電能全部轉化為電熱，電路中總的熱功率為：PQ=P燈+I2（R+r）=[12+22×（2+1）]W=24w由能量守恒定律有PE=PQ+P機則電機輸出的機械功率為P機=PE－PQ=(60－24)W=36W[例3]某商場安裝了一臺傾角為30°的自動扶梯，該扶梯在電壓為380V的電動機帶動下以0.4m/s的恒定速度向斜上方運動。電動機的最大輸出功率為4.9kW，不載人時測得電動機中的電流為5A，若載人時扶梯的移動速率和不載人時相同，則這臺自動扶梯可同時乘載的最多人數是多少？（設人的平均質量為60kg，g＝10m/s2）分析與解答：因為電動機有最大輸出功率，這就決定了自動扶梯載人也有最大限額。從功率關系來看，電動機的輸出功率，（1）提供扶梯自身運動所需功率；（2）轉化為扶梯上的人以恒定速率向上所需的功率。設：可同時乘載的最多人數為n人，此時電動機處于最大輸出功率狀態(tài)，扶梯本身向上運動所需功率為：P1＝IU＝5×380W＝1900W＝1.9kW電動機的最大輸出功率為P，n個人以恒定速率v＝0.4m/s隨扶梯向上運動所需功率為：P2＝P－P1＝（4.9－1.9）kW＝3.0kW所以，載人的最多人數是：個注意：扶梯對人的支持力豎直向上，而人的運動方向與水平面有一夾角θ，故克服重力的功率為，而不是[例4]如圖所示，當滑動變阻器的滑動觸點向上端移動時（）VVAR1R2R3A.電壓表的讀數增大，電流表的讀數減小B.電壓表和電流表的讀數都增大C.電壓表和電流表的讀數都減小D.電流表的讀數增大，電壓表的讀數減小分析與解答：當滑動觸頭向上滑動時，有R3↑R23并↑R外↑，I總↓U端↑（即電壓表示數增大）I3=I總－I2=（I總↓－）↓（即電流表示數減?。例5分析與解答：根據閉合電路歐姆定律可知，電路中的總電流為I=A=1.5A即電流表A1的讀數為1.5A對于R2與R3組成的并聯(lián)電路，根據部分電路歐姆定律，并聯(lián)部分的電壓為U2=I·R并=I·=1.5×3V=4.5V即電壓表V2的讀數為4.5V對于含有R2的支路，根據部分電路歐姆定律，通過R2的電流為I2=A=0.75A即電流表A2的讀數為0.75A電壓表V1測量電源的路端電壓，根據E=U外+U內得U1=E－Ir=6V－1.5×0.2V=5.7V即電壓表V1的讀數為5.7V[例6]如圖所示電路中，R3=4Ω，電流表讀數為0.75A，電壓表讀數為2V，由于某一電阻斷路，使電流表讀數為0.8A，而電壓表讀數為3.2V。問：（1）哪一只電阻斷路?（2）電源電動勢和內電阻各多大?分析與解答：（1）用排除法可判斷得出R1斷路，（2）R1斷開后，電壓表示數即為R2上的電壓，故R1斷開前，R2上電壓為0.75×4V=3V，而此時電壓表示數為2V，故R3上的電壓為1V，由E=U外+Ir可得R1斷開前：E=3V+（0.75+0.25）r①R1斷開后：E=3.2V+0.8r②解①、②兩式可得E=4V，r=1Ω【模擬試題】（答題時間：20分鐘）1.如圖所示電路中，電源的內電阻不能忽略。已知定值電阻R1=10Ω，R2=8Ω。當開關S接到位置1時，電壓表V的示數為2V；當開關S接到位置2時，電壓表V的示數可能為（）A.2.2V B.1.9VC.1.6V D.2.一電源（電動勢為E，內阻為r），當它和一標有“6V3W”的小燈泡構成閉合回路時，小燈泡恰好正常發(fā)光。如果該電源與一標有“6V6W”的小燈泡構成一閉合回路，該燈泡（）A.正常發(fā)光 B.比正常發(fā)光暗C.比正常發(fā)光亮 D.不知電源內阻的大小，無法確定3.如圖所示電路中，A、B兩燈均正常發(fā)光，R為一滑動變阻器，P為滑動片，若將滑動片向下滑動，則（）A.A燈變亮 B.B燈變亮C.R1上消耗功率變大 D.總電流變小4.如圖所示，電源電動勢為E，內阻為r，R1是定值電阻，R2是可變電阻，下述結論正確的是（）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.當R1=R2+r時，R1上消耗的電功率最大D.當R2=R1+r時，R2上消耗的電功率最大5.如圖所示電路中，電動勢為E，內阻為r的電源與一滑動變阻器構成閉合電路，當滑動觸片移動時，滑動變阻器兩端電壓和電路中電流的關系圖象如下圖中的（）6.額定電壓為220V的電動機的線圈電阻為0.8，正常工作時，電動機每秒放出的熱量為1280J，則電動機正常工作時的電流強度為多大？每秒有多少焦的電能轉化成機械能？7.一直流電動機線圈內阻一定，用手握住轉軸使其不能轉動，在線圈兩端加電壓為0.3V，電流為0.3A。松開轉軸，在線圈兩端加電壓為2V時，電流為0.8A，電動機正常工作。求該電動機正常工作時，輸入的電功率是多少?電動機的機械功率是多少?

試題答案1.B解析：2.B3.C4.D解析：5.D解析：由可知，當E、r一定時，與I間的圖線如圖D所示6.解析：電動機電路為非純電阻電路，輸出電動機的電功率，一方面轉化為機械功率輸出，另一方面轉化為線圈電阻的發(fā)熱功率，正常工作時，通過線圈的電流即為正常工作電流，由焦耳定律Q=I2Rt得1280=I2×0.8×1解得I=40A