2017-2018學年高中物理 第2章 直流電路 第6節(jié) 焦耳定律 電路中的能量轉(zhuǎn)化練習 教科版選修3-1.doc

第6節(jié)焦耳定律電路中的能量轉(zhuǎn)化1電流做功的公式為_，適用于_電功率的公式為_，適用于_2電流通過電阻產(chǎn)生的熱量跟電流的_成正比，跟電阻值成_，跟通電時間成_，這一規(guī)律叫焦耳定律，表達式為_，適用于_焦耳定律是電流熱效應的實驗定律，凡計算電熱都要用該規(guī)律電熱功率是描述電流做功產(chǎn)生電熱的_程度的物理量，公式為_，適用于_3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(zhuǎn)化為內(nèi)能，即電功_電熱，用公式表示為WQI2RtUIt.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(zhuǎn)化為內(nèi)能外，其他部分轉(zhuǎn)化為機械能、化學能等，此時電功_電熱，電功表達式WUIt，電熱表達式為_4根據(jù)能量守恒定律，電源消耗的總功率、內(nèi)電阻消耗的功率和外電阻消耗的功率滿足關(guān)系式P總_，當外電路為純電阻R時，上式也可寫為：_，當外電路短路時有_5兩個繞線電阻分別標有“100 10 W”和“20 40 W”則它們允許通過的額定電流之比是()A./5 B./20 C./10 D1/2 0006兩個電阻分別標有“1 A4 W”和“2 A1 W”，則它們的電阻之比為()A21 B161 C41 D1167關(guān)于電功，下列說法中正確的有()A電功的實質(zhì)是電場力所做的功B電功是電能轉(zhuǎn)化為其他形式能量的量度C電場力做功使金屬導體內(nèi)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【概念規(guī)律練】知識點一電功、電功率的計算1關(guān)于四個公式PUI；PI2R；P；P，下列敘述正確的是()A公式適用于任何電路的電功率的計算B公式適用于任何電路的電熱功率的計算C公式適用于任何電路電功率的計算D以上均不正確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(guān)系圖象如圖1(a)所示，將它與兩個標準電阻R1、R2并聯(lián)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(xiàn)將它們連接成如圖(c)所示的電路，仍然接在該電源的兩端，設(shè)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(guān)系為()圖1AP14P2BPDP/9CP1<4P2 DPD>P2知識點二焦耳定律3下列關(guān)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(chǎn)生的焦耳熱一定越多BWUIt適用于任何電路，而WI2Rtt只適用于純電阻電路C在非純電阻電路中，UI>I2RD焦耳熱QI2Rt適用于任何電路4.如圖2所示，有一提升重物用的直流電動機，內(nèi)阻RM0.6 ，R10 ，U160 V，電壓表的讀數(shù)為110 V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1 h所產(chǎn)生的熱量是多少？【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“200 V100 W”字樣，L3和L4都標有“220 V40 W”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36額定電壓都是110 V，額定功率PA100 W，PB40 W的電燈兩盞，若接在電壓是220 V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()二、純電阻電路與非純電阻電路中能量轉(zhuǎn)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(nèi)()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8有一個直流電動機，把它接入0.2 V電壓的電路時，電動機不轉(zhuǎn)，測得流過電動機的電流是0.4 A；若把電動機接入2 V電壓的電路中，電動機正常工作，工作電流是1.0 A則：(1)電動機正常工作時的輸出功率為多大？(2)如果在電動機正常工作時，轉(zhuǎn)子突然被卡住，電動機的發(fā)熱功率是多大？三、閉合電路功率問題的分析9.如圖4所示，直線A為電源的路端電壓U與電流I關(guān)系的圖象，直線B是電阻R的兩端電壓U與電流I的關(guān)系圖象用該電源與電阻R組成閉合電路，電源的輸出功率和效率分別為()圖4A4 W,33% B2 W,33%C2 W,67% D4 W,67%10.如圖5所示的電路中，電池的電動勢E5 V，內(nèi)電阻r10 ，固定電阻R90 ，R0是可變電阻在R0由0增加到400 的過程中，求：圖5(1)可變電阻R0上消耗熱功率最大的條件和最大熱功率；(2)電池的內(nèi)電阻r和固定電阻R上消耗的最小熱功率之和1不考慮溫度對電阻的影響，對一個“220 V40 W”的燈泡，下列說法正確的是()A接在110 V的電路中時的功率為20 WB接在110 V的電路中時的功率為10 WC接在440 V的電路中時的功率為160 WD接在220 V的電路中時的功率為40 W2通過電阻R的電流為I時，在時間t內(nèi)產(chǎn)生的熱量為Q；若電阻為2R，電流為I/2時，則在時間t內(nèi)產(chǎn)生的熱量為()A4Q B2QCQ/2 DQ/43關(guān)于電功和電熱，下面說法正確的是()A任何電路中的電功WUIt，電熱QI2Rt且WQB任何電路中的電功WUIt，電熱QI2Rt但W有時不等于QC電功WUIt在任何電路中都適用，QI2Rt只在純電阻電路中適用D電功WUIt，電熱QI2Rt，只適用于純電阻電路4一臺額定電壓為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(nèi)產(chǎn)生的熱量是QUItB電動機t秒內(nèi)產(chǎn)生的熱量是QI2RtC電動機的功率為PI2RD電動機的功率為PU2/R5如圖6所示，電源電動勢E10 V，內(nèi)阻r0.2 ，標有“8 V16 W”的燈泡L恰好正常發(fā)光，電動機線圈電阻R00.15 ，則電源的輸出功率為()圖6A16 W B440 WC80 W D400 W6.如圖7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10 W、10 W、4 W，此電路中允許消耗的最大功率為()圖7A24 W B16 W C12 W D15 W7下面是某電熱水壺的銘牌，由此可知該電熱水壺正常加熱1 min 產(chǎn)生的熱量為()電熱水壺型號SP356 A額定電壓220 V額定功率1 800 W額定頻率50 Hz額定容量1.5 LA.1.80103 J B1.10104 JC1.32104 J D1.08105 J8有A、B兩個電阻，它們的伏安特性曲線如圖8所示，從圖線可以判斷()圖8A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(lián)時，電阻A消耗的功率較小9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(zhuǎn)動，電熱絲給空氣加熱，直到熱風將頭發(fā)吹干設(shè)電動機線圈電阻為R1，它與電熱絲的電阻R2串聯(lián)后接到直流電源上，電吹風機兩端電壓為U，電流為I，消耗的電功率為P，則有()PIUPI2(R1R2)P>IUP I2(R1R2)ABCD10如圖9所示，直線OAC為某一直流電源的總功率隨電流I變化的圖線，曲線OBC表示同一直流電源內(nèi)部的熱功率隨電流I變化的圖線若A、B點的橫坐標均為1 A，那么AB線段表示的功率為()圖9A1 W B6 W C2 W D2.5 W題號12345678910答案11.如圖10所示，電源電壓恒為U14 V，小燈泡L標有“4 V8 W”，電動機的線圈電阻rM1.0 ，當變阻器調(diào)到2 時，小燈泡與電動機均正常工作，求電動機的機械效率圖1012一直流電動機線圈內(nèi)阻一定，用手握住轉(zhuǎn)動軸使其不能轉(zhuǎn)動，在線圈兩端加電壓為0.3 V時，電流為0.3 A松開轉(zhuǎn)動軸，在線圈兩端加電壓為2 V時，電流為0.8 A，電動機正常工作則：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？第6節(jié)焦耳定律電路中的能量轉(zhuǎn)化答案課前預習練1WUIt任何電路PUI任何電路2二次方正比正比QI2Rt任何電路快慢PI2R任何電路3等于大于QI2Rt4P內(nèi)P出IEIUI2rIEI2r5C6.B7.AB課堂探究練1ABPUI、P適用于任何電路的電功率的計算，而PI2R、P只適用于純電阻電路的電功率的計算，故A正確，C錯誤PI2R適用于任何電路的熱功率的計算，PUI、P只適用于純電阻電路的熱功率的計算，故B正確2C從電阻器D的IU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，說明三個電阻的阻值相等，即R1R2RD.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>，電阻R1兩端的電壓U1<，電阻R2兩端的電壓U2UD>，由電功率計算式綜合比較得出，A、B、D錯誤，C正確3BCD電功率公式P，表示功率越大，電流做功越快對于一段電路，有PIU，I，焦耳熱Q()2Rt，可見Q與P、U、t都有關(guān)所以，P越大，Q不一定越大，A不對WUIt是電功的定義式，適用于任何電路而I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QI2Rt是焦耳熱的定義式，適用于任何電路中產(chǎn)生的焦耳熱，D正確4(1)5A(2)550W(3)5.4104J解析(1)電動機是非純電阻，不能用公式來求電路中的電流R兩端的電壓為URUUM160V110V50V，IA5A.(2)P入UMI1105 W550 W.(3)QI2RMt5.4104 J5L3最暗，L4最亮解析由它們的額定電壓、額定功率判斷出R1R2<R3R4，即R4>R1>R23并，由串聯(lián)電路的功率分配可得P4>P1>(P2P3)，由并聯(lián)電路的功率分配可得P2>P3，所以L3最暗，L4最亮方法總結(jié)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PI2R比較功率大小；L2與L4電壓相同，利用P比較功率大??；L1與L2電阻相同，利用PI2R比較功率大小6C判斷燈泡能否正常發(fā)光，就要判斷電壓是否是額定電壓，或電流是否是額定電流由P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(lián)變阻器，并聯(lián)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(lián)電阻可能等于RA，所以可能UAUB110V，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(lián)電阻，則UAUB110V，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(IAIB)110，而D電路中變阻器功率為(IAIB)110，所以C電路消耗電功率最小方法總結(jié)解此類問題的思路分兩步：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7ABD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：UIR，放熱QI2Rt，消耗功率PI2R.對于電動機有：U>IR，放熱QI2Rt，消耗功率PUI>I2R.8(1)1.5W(2)8W解析(1)接U0.2V電壓，電機不轉(zhuǎn)，電能全部轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，故可視為純電阻電路電流I0.4A，根據(jù)歐姆定律，線圈電阻R0.5.當接U2.0V電壓時，電流I1.0A，故輸入電功率P電UI2.01.0W2.0W，熱功率P熱I2R120.5W0.5W.故輸出功率即機械功率P機P電P熱(2.00.5) W1.5W.(2)如果正常工作時，轉(zhuǎn)子被卡住，則電能全部轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，故其發(fā)熱功率P熱W8W.方法總結(jié)(1)電動機是非純電阻用電器，要注意區(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)注意搞清楚電動機電路中的能量轉(zhuǎn)化關(guān)系，用能量守恒定律來分析問題9D10(1)R0100時，PmW(2)0.01W解析(1)可變電阻R0上消耗的熱功率P1I2R0()2R0由上式可得：當R0100時，P1有最大值PmWW.(2)r和R上消耗的熱功率之和P2I2(Rr)100由上式可知，R0最大時，P2最小，即當R0400時，P2有最小值P2min100W0.01W.方法總結(jié)電源的輸出功率P與外電阻R的關(guān)系P出UII2R()2R由上式可知：當Rr時，P出有最大值，且最大值Pm.根據(jù)電源的輸出功率與外電阻的關(guān)系可知，二者關(guān)系如圖所示課后鞏固練1BD由P額得，燈泡的電阻R1210，當電壓為110V時，PW10W；電壓為440V時，超過燈泡的額定電壓一倍，故燈泡燒壞，P0.2C由電熱公式QI2Rt可得Q(I)22RtI2RtQ.3B4B電動機工作時，是非純電阻電路，輸入的總電能為UIt，它轉(zhuǎn)化為兩部分：一是電動機內(nèi)阻上產(chǎn)生的熱能QI2Rt，二是電動機對外輸出的機械能EUItI2Rt.5C電路的總電流IA10A，則電源的輸出功率為PIU額108W80W6D7D由銘牌可知，電熱水壺的功率為1 800 W，所以正常加熱1分鐘產(chǎn)生的熱量為QPt1 80060 J1.08105 J8BCD9.B10C由圖象中不難看出，在C點，電源的總功率等于電源內(nèi)部的熱功率，所以電源的電動勢為E3V，短路電流為I3A，所以電源的內(nèi)阻為r1.圖象上AB段所表示的功率為PABP總I2r(13121) W2W故正確選項為C.1166.7%解析小燈泡正常工作I2A電動機的輸入功率P入I(UU1IR)12W線圈電阻消耗的功率P內(nèi)I2rM4W所以電動機的機械效率66.7%.121.6W0.96W解析電動機不轉(zhuǎn)動時，其消耗的電功全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，故可視為純電阻電路，由歐姆定律得電動機線圈內(nèi)阻：r1.電動機轉(zhuǎn)動時，消耗的電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能和機械能，其輸入的電功率為P入I1U10.82 W1.6 W，電動機的機械功率為P機P入Ir1.6 W0.821 W0.96 W.