10-11学年高中物理 第二章第5-6节焦耳定律电阻定律同步学案 新人教版选修3-1.DOC
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1、第5节焦耳定律要点 电动机模型1电动机的等效处理图252电动机是一种非纯电阻性用电器,它把电能转化为机械能和热能在电路计算中,常把电动机等效为阻值等于其内阻的电阻rD和无电阻的转动线圈D串联而成,如图252所示,电流通过rD时把电能转化为热能,而线圈D把电能转化为机械能2输入功率:电动机的总功率由电动机电路的电流和电压决定,计算:P总UI.3.图253输出功率:电动机做有用功的功率如图253所示,P出mgv(设重物匀速上升)4热功率:电动机线圈上有电阻,电流通过线圈时要发热、热功率P热I2r.5功率关系P总P出P热6电动机的效率100%.7解决电动机问题注意分两种情况:(1)当电动机正常工作时
2、,要分别搞清电动机的总功率、输出功率和热功率(2)当电动机因故障或其他原因不转动时,相当于一个纯电阻电路.1纯电阻电路和非纯电阻电路的有何区别?纯电阻电路非纯电阻电路元件特点电路中只有电阻元件除电阻外还包括能把电能转化为其他形式能的用电器欧姆定律遵从欧姆定律I不遵从欧姆定律:UIR或IQ,UItI2Rt电功率与电热功率的关系纯电阻电路中,PUII2R非纯电阻电路中UII2R,t既不能表示电功,也不能表示电热一、电功的计算【例1】 一根电阻丝,通过2 C的电荷量所消耗的电能是8 J若在相同的时间内通过4 C的电荷量,该电阻丝上所加电压和消耗的电能分别是()A4 V,16 JB8 V,16 JC4
3、 V,32 J D8 V,32 J答案D解析利用WqU可求出电压U1,再由I可以求出U2,然后利用WqU求W2.设电阻丝电阻为R,开始所加电压U1,则W1q1U1即82U1,故U14 V.设后来所加电压为U2,产生的热量为W2,则I2又I1由得U2U14 V8 VW2q2U248 J32 J二、电功和电热的区别【例2】 一直流电动机线圈内阻一定,用手握住转轴使其不能转动,在线圈两端加电压为0.3 V,电流为0.3 A松开转轴,在线圈两端加电压为2 V时,电流为0.8 A,电动机正常工作求该电动机正常工作时,输入的电功率是多少?电动机的机械功率是多少?答案1.6 W0.96 W解析电动机不转动时
4、,其消耗的电功全部转化为内能,故可视为纯电阻电路,由欧姆定律得电动机线圈内阻:r 1 电动机转动时,消耗的电能转化为内能和机械能,其输入的电功率为:P入I1U10.82 W1.6 W电动机的机械功率P机P入Ir1.6 W0.821 W0.96 W1.家用电饭锅有两种工作状态,图254一是锅内水烧开前的加热状态,一是水烧开后的保温状态,其电路如图254所示R1是一电阻,R2是加热用的电阻丝,则电饭锅()AS闭合时为保温状态BS断开时为加热状态CS闭合时为加热状态DS断开时为保温状态答案CD2在电动机正常工作时,每秒钟电流做功和每秒钟内电枢上产生的热量的关系,下列说法中正确的是()A电功等于电热B
5、电功等于电热的2倍C电功等于电动机输出的机械能D电热仅为电功的一部分答案D3关于电功和焦耳热,下列说法错误的是()A在纯电阻电路中,计算电功可用公式WI2RtB在非纯电阻电路中,计算电功可用公式WI2RtC在纯电阻电路中,计算焦耳热可用公式QI2RtD在非纯电阻电路中,计算焦耳热可用公式QIUt答案B4用一个额定电压为220 V的电热水器煮沸一壶水需要t s,如果不考虑电热水器的电热损失和电热丝电阻受温度的影响,那么()A当线路电压为110 V时,煮沸一壶水需要2t sB当线路电压为110 V时,煮沸一壶水需要4t sC当线路电压为55 V时,煮沸一壶水需要4t sD当线路电压为55 V时,煮
6、沸一壶水需要16t s答案BD解析由公式Qt,煮沸一壶水所需的热量为Qt J当电压变为原来的时,所需热量没变,因此时间要变为原来的4倍,即4t s,选项B正确当电压变为原来的时,时间要变为原来的16倍,即16t s,选项D正确.题型一 功率问题的实验考查 某同学利用图1所示的电路研究灯泡L1(6 V,1.5 W)、L2(6 V,10 W)的发光情况(假设灯泡电阻恒定),图2为实物图图1图2(1)他分别将L1、L2接入图1中的虚线框位置,移动滑动变阻器的滑片P,当电压表示数为6 V时,发现灯泡均能正常发光在图2中用笔画线代替导线将电路连线补充完整(2)接着他将L1和L2串联后接入图1中的虚线框位
7、置,移动滑动变阻器的滑片P,当电压表示数为6 V时,发现其中一个灯泡亮而另一个灯泡不亮,出现这种现象的原因是_(3)现有如下器材:电源E(6 V,内阻不计),灯泡L1(6 V,1.5 W)、L2(6 V,10 W)、L3(6 V,10 W),单刀双掷开关S,在图3中设计一个机动车转向灯的控制电路:当单刀双掷开关S与1相接时,信号灯L1亮,右转向灯L2亮而左转向灯L3不亮;当单刀双掷开关S与2相接时,信号灯L1亮,左转向灯L3亮而右转向灯L2不亮图3思维步步高 灯泡正常发光时各个灯泡的电阻是什么?灯泡的电阻对接入a电路灯泡的亮度产生什么影响?这为图3中提供了什么隐含条件?在进行实际线路连接时滑动
8、变阻器应该接几个接线柱?解析两个额定电压为6 V接在电压为6 V的分压器上可以正常发光,电阻R,当把两个额定电压相同的灯泡接在6 V的分压器间,发现一个发光一个不发光,说明功率分配不相等,由于两个灯泡的额定电压虽然相同,但是电阻阻值不相同,所以灯泡L2分压很少,而灯泡L1上的电压虽然不是额定电压,但是分压很大,也能够发光当L1和哪一个灯泡(L2、L3其中一个)处于同一个支路,哪个灯泡都不亮,当开关与1相接时,信号灯L1亮,右转向灯L2亮而左转向灯L3不亮;当单刀双掷开关S与2相接时,信号灯L1亮,左转向灯L3亮而右转向灯L2不亮从而达到了转向的目的答案(1)如下图所示(2)由于比小得多,灯泡分
9、得的电压很小,虽然有电流流过,但功率很小,不能发光(3)如下图所示拓展探究 一个用半导体材料制成的电阻器D,其电流I随它两端电压U的关系图象如图4(a)所示,将它与两个标准电阻R1、R2并联后接在电压恒为U的电源两端,三个用电器消耗的电功率均为P,现将它们连接成如图(b)所示的电路,接在该电源的两端,设电阻器D和电阻R1、R2消耗的电功率分别是PD、P1、P2,它们之间的大小关系有()图4AP14PDBPDP/4CPDP2 DP1P BIUPCPI2(R1R2) DPI2(R1R2)答案BC解析根据电功率的定义:PUI,可知选项B正确;电功率分为三部分:线圈消耗的热功率、电热丝消耗的热功率、电
10、动机工作时转化为风能的功率电功和电热并不是始终相等,一般情况下电功要大于电热解决此类问题注意电流做功都转化为哪些能量,例如内能、机械能、化学能等. 一、选择题1关于三个公式:(1)PUI;(2)PI2R;(3)P,下列叙述正确的是()A公式(1)适用于任何电路的电热功率B公式(2)适用于任何电路的电热功率C公式(1)、(2)、(3)适用于任何电路电功率D以上都不正确答案D2一只普通的家用照明白炽灯,额定功率为40 W,正常发光时,通过它的电流与下列哪一个值较为接近()A20 A B2 A C0.2 A D0.02 A答案C解析家用照明白炽灯的额定功率为40 W,额定电压为220 V,根据PUI
11、,可得电流大约为0.2 A.3两只灯泡L1、L2分别标有“110 V,60 W”和“110 V,110 W”,另外有一只滑动变阻器R,将它们连接后接入220 V的电路中,要求两灯泡都正常发光,并使整个电路消耗的总功率最小,应使用下面哪个电路()答案B解析根据P=可知,灯泡、的电阻,灯泡的连接方式,要么串联,要么并联,根据电压跟电阻成正比分配,两灯泡串联接入220 V的电路,要使每盏灯泡的电压均为110 V,应在电阻大的L1上并联电阻4如图5所示电路,图5电动机M转动起来后,将滑动变阻器的滑动触头向左移动时,电动机中产生的电热Q随电压表测得的电压U和电流表测得的电流I而变化的情况是(电动机线圈的
12、电阻可以认为是不变的)()AQ跟电流I的平方成正比BQ跟电压U的平方成正比CQ跟电压U与电流I的乘积成正比DQ跟电压U与电流I的比值成正比答案A解析由于电动机是非纯电阻电路,电功不等于电热,电热QI2Rt,与电流的平方成正比但不能认为QUI.5下面列出了不同品牌的电视机、电风扇、空调机和电冰箱铭牌的主要项目,试判断正常工作时,其中功率最大的是() A B CD答案D解析显然正常工作时电视机功率为85 W电冰箱的功率为70 W,电风扇的功率为65 W,空调机的最大功率为PUI1 364 W,因此,功率最大的是空调机6两个电阻,R18 ,R22 ,并联在电路中,欲使这两个电阻消耗的电功率相等,可行
13、的办法是()A用一个阻值为2 的电阻与R2串联B用一个阻值为1 的电阻与R2串联C用一个阻值为6 的电阻与R1串联D用一个阻值为2 的电阻与R1串联答案A7.图6一幢居民楼住着生活水平各不相同的24户居民,所以整幢居民楼里有各种不同的电器,例如电炉、电视机、微波炉、电脑等等停电时,用欧姆表测得A、B间的电阻为R;供电后,各家电器同时使用,测得A、B间电压为U,进线电流为I,如图6所示,则计算该幢居民楼用电的总功率可以用的公式是()API2R BPU2/RCPIU DP答案CD二、计算论述题8一台国产XQB3013型自动洗衣机说明书中所列的主要技术数据如下表,试根据表中提供的数据计算:额定电压2
14、20 V额定频率50 Hz额定洗衣、脱水功率360 W额定洗衣、脱水容量3 kg整机质量33 kg外形尺寸(长宽高)(542550920) mm3(1)这台洗衣机在额定电压下洗衣或脱水时,通过洗衣机的电流强度是多大?(2)若洗衣、脱水的累计时间为40 min,则洗衣机耗电多少?答案(1)1.636 A(2)8.64105 J解析由说明书可知P360 W,又由PUI可知I A1.636 A.(2)WPt3604060 J8.64105 J.9某房间的入户电源线如图7所示,现有工作电压为220 V的用电器如下:100 W的灯泡6只,220 W的电视机1台,1 000 W的电冰箱1台,1 500 W
15、的洗衣机1台,700 W的微波炉1台和1 000 W的暖风机1台,还有三只额定电流均为8 A的保险盒,将上述电器全部合理地接入电路,画出接线图,电器用后面指定的符号表示,例如功率为100 W的灯泡用表示,功率为220 W的电视机用表示,保险盒用表示,图中a是火线,b是零线图7答案见解析图解析要将各用电器分配到三条线路上,重点是要满足电路中的电流强度不能超过保险盒的额定电流8 A的要求因此,首先计算每条线路最大负荷是多少,因为PIU8220 W1 760 W,即每条线路的用电器的总功率不能超过1 760 W,然后再将各用电器平均分到三条线路上另外,还应注意的是保险盒一定要接在火线上按上述要求,可
16、接成如下图所示的电路10一辆电动自行车的铭牌上给出了如下表的技术参数:规格后轮驱动直流电机车型26电动自行车额定输出功率120 W整车质量30 kg额定电压40 V最大载量120 kg额定电流3.5 A质量为M70 kg的人骑此电动自行车沿平直公路行驶,所受阻力F阻恒为车和人总重的k0.02倍g取10 m/s2.求:(1)此车电机的内阻和正常工作时的效率(2)在电机正常工作时,人骑车行驶的最大速度(g取10 m/s2)答案(1)1.63 85.7%(2)6 m/s解析(1)由表可知,电机的输出功率为P出120 W,额定电压为U040 V,额定电流为I03.5 A电机正常工作时输入功率为P入U0
17、I0403.5 W140 W所以电机的效率为100%100%85.7%设电机的内阻为r,则由欧姆定律知:P入P出Ir解得r1.63 (2)设车的质量为m,由题意知,行驶时所受阻力为:F阻k(Mm)g当达到最大速度vm时,应用P出F阻vm解得vm6 m/s第6节电阻定律要点一 滑动变阻器的使用方法1原理:利用改变连入电路的电阻丝的长度来改变电阻2构造:如图263所示是滑动变阻器的原理图AB是一根纯金属杆,其电阻可视为零CD是电阻较大、长度较长的电阻丝,P是滑片,能将AB杆与电阻丝CD连通若将AB直接接入电路当中,其电阻为零;若将CD直接接入电路中,电阻是整个电阻丝的电阻;正确的连接方法是接A与D
18、或B与C或A与C或B与D,即“一上一下”如接A与D,连入电路的电阻就是DP部分,当P滑到A端时电阻最大图2633滑动变阻器的缺点:不能显示连入电路中的电阻的具体阻值而实验室中的另一常用变阻器件变阻箱却能显示电阻的值要点二 电阻的相关问题1导体电阻的微观解释导体内除了有大量能自由移动的自由电荷以外,还有不能自由移动的其它粒子当导体建立起电场以后,自由电荷在静电力的作用下定向移动,形成电流,如金属导体,自由电子定向移动按理说,这些自由移动的电子应做加速运动,速度越来越快,但是自由电子在移动过程中,不可避免地要与金属正离子发生碰撞,这一碰撞使电子的定向移动速率减慢,而使金属正离子的热振动加剧,从而使
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