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

1、优质文档优质文档第 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

2、动机的效率 100%.P出P总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，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 UR 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，P UI I2RU2R 非纯电阻电路中 UII2R， t 既不能U2R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

3、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 J B8 V,16 JC4 V,32 J D8 V,32 J答案 D解析 利用 W qU 可求出电压 U1，再由 I 可以求出 U2，然后利用 W qU 求 W2.qt UR设电阻丝电阻为 R，开始所加电压 U1，则 W1 q1U1即 82 U1，故 U14 V.设后来所加电压为 U2，产生的热量为 W2，则I2 q2t U2R又 I1 q1t U1R由得 U2 U1 4 V8 Vq2q1 42W2 q2U248 J32 J二、电功和电热的区别【例 2】 一直流电动机线圈

4、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 W 0.96 W解析 电动机不转动时，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 UI 0.30.3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 I r1.6 W0.8 21 W0.96 W21优质文档优质文档1.家用电饭锅有两种

5、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 W I2RtB在非纯电阻电路中，计算电功可用公式 W I2RtC在纯电阻电路中，计算

6、焦耳热可用公式 Q I2RtD在非纯电阻电路中，计算焦耳热可用公式 Q IUt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，煮沸一壶水需要 16t s答案 BD解析 由公式 Q t，煮沸一壶水所需的热量为 Q t J当电压变为原来的 时，U2R 2202R 12所需热量没变，因此时间要变为原来的 4 倍，即 4

7、t s，选项 B 正确当电压变为原来的 时，14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)、L 2(6 V,10 W)的发光情况(假设灯泡电阻恒定)，图 2 为实物图优质文档优质文档图 1图 2(1)他分别将 L1、L 2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

8、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)、L 2(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不亮优质文档优质文档图 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

9、时滑动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U2P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、L 3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

10、到了转向的目的答案 (1)如下图所示(2)由于 1LR比 2小得多，灯泡 2L分得的电压很小，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 4A P14 PD B PD P/4C PD P2 D P1P B IU PC PI2(R1

11、 R2) D P I2(R1 R2)答案 BC解析 根据电功率的定义： P UI，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. 优质文档优质文档一、选择题1关于三个公式：(1) P UI；(2) P I2R；(3) P ，下列叙述正确的是( )U2RA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，

12、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 P UI，可得电流大约为 0.2 A.3两只灯泡 L1、L 2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= RU2可知，灯泡 1L、 2的电阻 21R，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

13、配 2U，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(电动机线圈的电阻可以认为是不变的)( )A Q 跟电流 I 的平方成正比B Q 跟电压 U 的平方成正比C Q 跟电压 U 与电流 I 的乘积成正比D Q 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 Q I2Rt，与电流的平方成正比但不能认为 Q UI.优质文

14、档优质文档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 BC D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 P UI1 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

15、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( )A P I2R B P U2/RC P IU D PWt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 220 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) (54255

16、0920) 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？优质文档优质文档(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)8.6410 5 J解析 由说明书可知 P360 W，又由 P UI 可知I A1.636 A.PU 360220(2)W Pt3604060 J8.6410 5 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 的洗衣机 1 台，700 W 的微波炉 1

17、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 是电 视 机 220 W零线优质文档优质文档图 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 P IU8220 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

18、外，还应注意的是保险盒一定要接在火线上按上述要求，可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 U0I0403.5 W140 W所以电机的效率为 100% 100%85.7%P出P入 120140设电机的内阻为 r，则由欧姆定律知： P 入 P 出 I r20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(M m)g当达到最大速度 vm时，应用 P 出 F 阻 vm解得 vm6 m/s