【-學案導學設計】2020-2021學年高中物理(人教版-選修3-1)第2章-第5節(jié)-課時作業(yè)

第5節(jié)焦耳定律1．電流做功實質上是導體中的恒定電場對自由電荷的靜電力在做功，電流做功的多少等于電能轉化為其他形式能的數量．2．電流做功的公式為W＝UIt，適用于任何電路．電功率的公式為P＝UI，適用于任何電路．3．電流通過導體時產生的熱量(內能)跟電流的平方成正比，跟導體的電阻成正比，跟通電時間成正比，這一規(guī)律叫焦耳定律，表達式為Q＝I2Rt，適用于任何電路．焦耳定律是電流熱效應的試驗定律，凡計算電熱都要用該規(guī)律．電熱功率是描述電流做功產生電熱的快慢程度的物理量，公式為P＝I2R，適用于任何電路．4．只含有電阻的電路稱為純電阻電路，當有電流通過時，電能全部轉化為內能，即電功等于電熱，用公式表示為W＝Q＝I2Rt＝UIt.含有電動機等非純電阻元件的電路稱為非純電阻電路，電路中的電能除一部分轉化為內能外，其他部分轉化為機械能、化學能等，此時電功大于電熱，電功表達式W＝UIt，電熱表達式為Q＝I2Rt.5．兩個繞線電阻分別標有“100Ω10W”和“20Ω40W”則它們允許通過的額定電流之比是()A.eq\r(5)/5B.eq\r(10)/20C.eq\r(5)/10D．1/2000答案C6．兩個電阻分別標有“1A4W”和“2A1WA．2∶1B．16∶1C．4∶1D．1答案B7．關于電功，下列說法中正確的有()A．電功的實質是電場力所做的功B．電功是電能轉化為其他形式能量的量度C．電場力做功使金屬導體內的自由電子運動的速率越來越大D．電流通過電動機時的電功率和熱功率相等答案AB【概念規(guī)律練】學問點一電功、電功率的計算1．關于四個公式①P＝UI；②P＝I2R；③P＝eq\f(U2,R)；④P＝eq\f(W,t)，下列敘述正確的是()A．公式①④適用于任何電路的電功率的計算B．公式②適用于任何電路的電熱功率的計算C．公式①②③適用于任何電路電功率的計算D．以上均不正確答案AB解析P＝UI、P＝eq\f(W,t)適用于任何電路的電功率的計算，而P＝I2R、P＝eq\f(U2,R)只適用于純電阻電路的電功率的計算，故A正確，C錯誤．P＝I2R適用于任何電路的熱功率的計算，P＝UI、P＝eq\f(U2,R)只適用于純電阻電路的熱功率的計算，故B正確．2．一個用半導體材料制成的電阻器D，其電流I隨它兩端的電壓U變化的關系圖象如圖1(a)所示，將它與兩個標準電阻R1、R2并聯后接在電壓恒為U的電源上，如圖(b)所示，三個用電器消耗的電功率均為P.現將它們連接成如圖(c)所示的電路，照舊接在該電源的兩端，設電阻器D和電阻R1、R2消耗的電功率分別為PD、P1、P2，它們之間的大小關系為()圖1A．P1＝4P2B．PD＝P/9C．P1<4P2D．PD>P2答案C解析從電阻器D的I—U圖線可以得出，電阻器的阻值隨所加電壓的增大而減小，在題圖(b)中，三個電阻消耗的功率相等，都為P＝eq\f(U2,R1)＝eq\f(U2,R2)＝eq\f(U2,RD)，說明三個電阻的阻值相等，即R1＝R2＝RD.連接成圖(c)所示的電路時，電阻器D兩端的電壓小于U，電阻器D的阻值RD′>RD，這時電阻器RD兩端的電壓UD>eq\f(U,3)，電阻R1兩端的電壓U1<eq\f(2U,3)，電阻R2兩端的電壓U2＝UD>eq\f(U,3)，由電功率計算式綜合比較得出，A、B、D錯誤，C正確．學問點二焦耳定律3．下列關于電功、電功率和焦耳定律的說法中正確的是()A．電功率越大，電流做功越快，電路中產生的焦耳熱確定越多B．W＝UIt適用于任何電路，而W＝I2Rt＝eq\f(U2,R)t只適用于純電阻電路C．在非純電阻電路中，UI>I2RD．焦耳熱Q＝I2Rt適用于任何電路答案BCD解析電功率公式P＝eq\f(W,t)，表示功率越大，電流做功越快．對于一段電路，有P＝IU，I＝eq\f(P,U)，焦耳熱Q＝(eq\f(P,U))2Rt，可見Q與P、U、t都有關．所以，P越大，Q不愿定越大，A不對．W＝UIt是電功的定義式，適用于任何電路．而I＝eq\f(U,R)只適用于純電阻電路，B對．在非純電阻電路中，電流做的功＝焦耳熱＋其他形式的能，所以W>Q，即UI>I2R，C對．Q＝I2Rt是焦耳熱的定義式，適用于任何電路中產生的焦耳熱，D正確．4.如圖2所示，有一提升重物用的直流電動機，內阻RM＝0.6Ω，R＝10Ω，U＝160V，電壓表的讀數為110V．則：圖2(1)通過電動機的電流是多少？(2)輸入到電動機的電功率是多少？(3)電動機工作1h所產生的熱量是多少？答案(1)5A(2)550W(3)5.4×104解析(1)電動機是非純電阻，不能用公式eq\f(UM,RM)來求電路中的電流．R兩端的電壓為UR＝U－UM＝160V－110V＝50V，I＝eq\f(UR,R)＝eq\f(50,10)A＝5A.(2)P入＝UMI＝110×5W＝550W.(3)Q＝I2RMt＝5.4×104J【方法技巧練】一、純電阻電路中電功和電功率的計算方法5.有四盞燈，接入如圖3所示的電路中，L1和L2都標有“200V100W”字樣，L3和L4都標有“220V40W”字樣，把電路接通后，最暗的燈是哪一盞？最亮的燈是哪一盞？圖3答案L3最喑，L4最亮解析由它們的額定電壓、額定功率推斷出R1＝R2<R3＝R4，即R4>R1>R23并，由串聯電路的功率支配可得P4>P1>(P2＋P3)，由并聯電路的功率支配可得P2>P3，所以L3最暗，L4最亮．方法總結在比較兩個燈泡的功率大小時，可先比較有相同量的兩個燈泡，L1與L4電流相同，利用P＝I2R比較功率大??；L2與L4電壓相同，利用P＝eq\f(U2,R)比較功率大小；L1與L2電阻相同，利用P＝I2R比較功率大?。?．額定電壓都是110V，額定功率PA＝100W，PB＝40W的電燈兩盞，若接在電壓是220V的電路上，兩盞電燈均能正常發(fā)光，且電路中消耗功率最小的電路是下圖中的哪一個()答案C解析推斷燈泡能否正常發(fā)光，就要推斷電壓是否是額定電壓，或電流是否是額定電流．由P＝eq\f(U2,R)和已知條件可知RA<RB.對于A電路，由于RA<RB，所以A燈若正常發(fā)光，UB>110V，B燈被燒毀，兩燈不能正常發(fā)光．對于B電路，由于RB>RA，A燈又并聯變阻器，并聯電阻更小于RB，所以UB>U并，A燈若正常發(fā)光，則B燈燒毀．對于C電路，B燈與變阻器并聯電阻可能等于RA，所以可能UA＝UB＝110V，兩燈可以正常發(fā)光．對于D電路，若變阻器的有效電阻等于A、B的并聯電阻，則UA＝UB＝110V，兩燈可以正常發(fā)光．比較C、D兩個電路，由于C電路中變阻器功率為(IA－IB)×110，而D電路中變阻器功率為(IA＋IB)×110，所以C電路消耗電功率最?。椒偨Y解此類問題的思路分兩步：①先分清哪個電路的A、B燈能正常發(fā)光，這里可以從電壓、電流、電功率三個量中任一個達到其額定值，其余兩個也達到額定值方面分析．②確定了正常發(fā)光的電路后，再比較哪一個的實際功率小，可以用計算的方法去比較，也可以用定性分析法比較．二、純電阻電路與非純電阻電路中能量轉化問題的分析7．一臺電動機的線圈電阻與一只電爐的電阻相同，都通過相同的電流，在相同時間內()A．電爐放熱與電動機放熱相等B．電爐兩端電壓小于電動機兩端電壓C．電爐兩端電壓等于電動機兩端電壓D．電動機消耗的功率大于電爐消耗的功率答案ABD解析電爐屬于純電阻用電器，電動機屬于非純電阻用電器．對于電爐有：U＝IR，放熱Q＝I2Rt，消耗功率P＝I2R.對于電動機有：U>IR，放熱Q＝I2Rt，消耗功率P＝UI>I2R.8．有一個直流電動機，把它接入0.2V電壓的電路時，電動機不轉，測得流過電動機的電流是0.4A；若把電動機接入2V電壓的電路中，電動機正常工作，工作電流是1.0(1)電動機正常工作時的輸出功率為多大？(2)假如在電動機正常工作時，轉子突然被卡住，電動機的發(fā)熱功率是多大？答案(1)1.5W(2)8W解析(1)接U＝0.2V電壓，電機不轉，電能全部轉化成內能，故可視為純電阻電路．電流I＝0.4依據歐姆定律，線圈電阻R＝eq\f(U,I)＝eq\f(0.2,0.4)Ω＝0.5Ω.當接U′＝2.0V電壓時，電流I′＝1.0故輸入電功率P電＝U′I′＝2.0×1.0W＝2.0W，熱功率P熱＝I′2R＝12×0.5W＝0.5W.故輸出功率即機械功率P機＝P電－P熱＝(2.0－0.5)W＝1.5W.(2)假如正常工作時，轉子被卡住，則電能全部轉化成內能，故其發(fā)熱功率P熱′＝eq\f(U′2,R)＝eq\f(22,0.5)W＝8W.方法總結(1)電動機是非純電阻用電器，要留意區(qū)分電功率和熱功率，電功率用P總＝UI計算，熱功率P熱＝I2R，機械功率P機＝P總－P熱．(2)留意搞清楚電動機電路中的能量轉化關系，用能量守恒定律來分析問題．1．不考慮溫度對電阻的影響，對一個“220V40W”的燈泡，下列說法正確的是()A．接在110V的電路中時的功率為20WB．接在110V的電路中時的功率為10WC．接在440V的電路中時的功率為160WD．接在220V的電路中時的功率為40W答案BD解析由P額＝eq\f(U\o\al(2,額),R)得，燈泡的電阻R＝eq\f(2202,40)Ω＝1210Ω，當電壓為110V時，P＝eq\f(U2,R)＝eq\f(1102,1210)W＝10W；電壓為440V時，超過燈泡的額定電壓一倍，故燈泡燒壞，P＝0.2．通過電阻R的電流為I時，在時間t內產生的熱量為Q；若電阻為2R，電流為I/2時，則在時間t內產生的熱量為()A．4QB．2QC．Q/2D．Q/4答案C解析由電熱公式Q＝I2Rt可得Q′＝(eq\f(1,2)I)22Rt＝eq\f(1,2)I2Rt＝eq\f(1,2)Q.3．關于電功和電熱，下面說法正確的是()A任何電路中的電功W＝UIt，電熱Q＝I2Rt且W＝QB．任何電路中的電功W＝UIt，電熱Q＝I2Rt但W有時不等于QC．電功W＝UIt在任何電路中都適用，Q＝I2Rt只在純電阻電路中適用D．電功W＝UIt，電熱Q＝I2Rt，只適用于純電阻電路答案B4．一臺額定電壓為U的電動機，它的電阻為R，正常工作時通過的電流為I，則()A．電動機t秒內產生的熱量是Q＝UItB．電動機t秒內產生的熱量是Q＝I2RtC．電動機的功率為P＝I2RD．電動機的功率為P＝U2/R答案B解析電動機工作時，是非純電阻電路，輸入的總電能為UIt，它轉化為兩部分：一是電動機內阻上產生的熱能Q＝I2Rt，二是電動機對外輸出的機械能E＝UIt－I2Rt.5．兩盞額定功率相同的燈泡A和B，其額定電壓UA>UB，則下列說法正確的是()A．兩燈正常發(fā)光時，燈泡的電流強度IA>IBB．兩燈電阻RA<RBC．將兩燈串聯后接入電路中發(fā)光時，則燈泡的功率PA<PBD．將兩燈并聯后接入電路中發(fā)光時，則燈泡的功率PA′<PB′答案D解析由P＝U2/R可知RA>RB，由P＝UI可知額定電流IA<IB.兩燈串聯后，由串聯電路的功率支配關系可知P∝R，所以PA>PB；兩燈并聯后，由并聯電路的功率支配關系可知P∝1/R，所以PA′<PB′.6.如圖4所示，三個電阻R1、R2、R3的阻值相同，允許消耗的最大功率分別為10W、10W、4W，此電路中允許消耗的最大功率為()圖4A．24WB．16WC．12WD．15W答案D7．下面是某電熱水壺的銘牌，由此可知該電熱水壺正常加熱1min產生的熱量為()電熱水壺型號SP—356額定電壓220V額定功率1800W額定頻率50Hz額定容量1.5A.1.80×103JB．1.10×104JC．1.32×104JD．1.08×105J答案D解析由銘牌可知，電熱水壺的功率為1800W，所以正常加熱1分鐘產生的熱量為Q＝Pt＝1800×60J＝1.08×105J.8.有A、B兩個電阻，它們的伏安特性曲線如圖5所示，從圖線可以推斷()圖5A．電阻A的阻值大于電阻BB．電阻A的阻值小于電阻BC．電壓相同時，流過電阻A的電流強度較大D．兩電阻串聯時，電阻A消耗的功率較小答案BCD9．理發(fā)用的電吹風機中有電動機和電熱絲，電動機帶動風葉轉動，電熱絲給空氣加熱，直到熱風將頭發(fā)吹干．設電動機線圈電阻為R1，它與電熱絲的電阻R2串聯后接到直流電源上，電吹風機兩端電壓為U，電流為I，消耗的