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2018年高考物理一輪復(fù)習(xí) 專(zhuān)題7.2 串并聯(lián)電路 焦耳定律教學(xué)案

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1、 專(zhuān)題7.2 串并聯(lián)電路 焦耳定律 1.熟練掌握串、并聯(lián)電路的特點(diǎn),并能分析、計(jì)算 2.會(huì)計(jì)算電功、電功率、電熱與熱功率 一、電功、電功率、電熱與熱功率 1.電功 (1)定義:導(dǎo)體中的恒定電場(chǎng)對(duì)自由電荷的電場(chǎng)力做的功. (2)公式:W=qU=IUt(適用于任何電路). (3)電流做功的實(shí)質(zhì):電能轉(zhuǎn)化成其他形式能的過(guò)程. 2.電功率 (1)定義:?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)電流所做的功,表示電流做功的快慢. (2)公式:P==IU(適用于任何電路). 3.焦耳定律 (1)電熱:電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流的二次方成正比,跟導(dǎo)體的電阻及通電時(shí)間成正比. (2)公式:Q=I2Rt

2、. 4.電功率P=IU和熱功率P=I2R的應(yīng)用 (1)不論是純電阻還是非純電阻,電流的電功率均為P電=UI,熱功率均為P熱=I2R. (2)對(duì)于純電阻而言:P電=P熱=IU=I2R=. (3)對(duì)于非純電阻而言:P電=IU=P熱+P其他=I2R+P其他≠+P其他. 二、電路中的功率及效率問(wèn)題 1.電源的總功率 (1)任意電路:P總=IE=IU外+I(xiàn)U內(nèi)=P出+P內(nèi). (2)純電阻電路:P總=I2(R+r)=. 2.電源內(nèi)部消耗的功率:P內(nèi)=I2r=IU內(nèi)=P總-P出. 3.電源的輸出功率 (1)任意電路:P出=IU=IE-I2r=P總-P內(nèi). (2)純電阻電路:P出=I2

3、R==. (3)純電阻電路中輸出功率隨R的變化關(guān)系 ①當(dāng)R=r時(shí),電源的輸出功率最大為Pm=. ②當(dāng)R>r時(shí),隨著R的增大輸出功率越來(lái)越?。? ③當(dāng)R

4、流電動(dòng)機(jī)工作時(shí)的電路圖.電動(dòng)機(jī)內(nèi)電阻r=0.8Ω,電路中另一電阻R=10Ω,直流電壓U=160V,電壓表示數(shù)UV=110V.試求: 圖5 (1)通過(guò)電動(dòng)機(jī)的電流; (2)輸入電動(dòng)機(jī)的電功率; (3)若電動(dòng)機(jī)以v=1m/s勻速豎直向上提升重物,求該重物的質(zhì)量?(g取10 m/s2) 答案 (1)5A (2)550W (3)53kg 【變式探究】如圖所示是一提升重物用的直流電動(dòng)機(jī)工作時(shí)的電路圖。電動(dòng)機(jī)內(nèi)電阻r=0.8 Ω,電路中另一電阻R=10 Ω,直流電壓U=160 V,電壓表示數(shù)UV=110 V。試求: (1)通過(guò)電動(dòng)機(jī)的電流。 (2)輸入電動(dòng)機(jī)的電功率。 (3)

5、若電動(dòng)機(jī)以v=1 m/s勻速豎直向上提升重物,求該重物的質(zhì)量。(g取10 m/s2) 解析: (1)由電路中的電壓關(guān)系可得電阻R的分壓 UR=U-UV=(160-110) V=50 V, 流過(guò)電阻R的電流IR== A=5 A, 即通過(guò)電動(dòng)機(jī)的電流IM=IR=5 A。 (2)電動(dòng)機(jī)的分壓UM=UV=110 V, 輸入電動(dòng)機(jī)的功率P電=IMUM=550 W。 (3)電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱功率P熱=Ir=20 W, 電動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械功率P出=P電-P熱=530 W, 又因P出=mgv,所以m==53 kg。 答案: (1)5 A (2)550 W (3)53 kg 【舉一反三】一只電飯煲

6、和一臺(tái)洗衣機(jī)并聯(lián)接在輸出電壓為220V的交流電源上(其內(nèi)電阻可忽略不計(jì)),均正常工作.用電流表分別測(cè)得通過(guò)電飯煲的電流是5.0A,通過(guò)洗衣機(jī)電動(dòng)機(jī)的電流是0.50A,則下列說(shuō)法中正確的是(  ) A.電飯煲的電阻為44Ω,洗衣機(jī)電動(dòng)機(jī)線(xiàn)圈的電阻為440Ω B.電飯煲消耗的電功率為1555W,洗衣機(jī)電動(dòng)機(jī)消耗的電功率為155.5W C.1min內(nèi)電飯煲消耗的電能為6.6×104J,洗衣機(jī)電動(dòng)機(jī)消耗的電能為6.6×103J D.電飯煲發(fā)熱功率是洗衣機(jī)電動(dòng)機(jī)發(fā)熱功率的10倍 答案 C 【方法技巧】電功與電熱的區(qū)別 1.電功是電能轉(zhuǎn)化為其他形式能的量度,電熱是電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的量度.

7、 計(jì)算電功時(shí)用公式W=IUt,計(jì)算電熱時(shí)用公式Q=I2Rt. 2.從能量轉(zhuǎn)化的角度來(lái)看,電功和焦耳熱之間的數(shù)量關(guān)系是W≥Q、IUt≥I2Rt. (1)純電阻電路:如電爐等構(gòu)成的電路,電流做功將電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,此時(shí)有W=Q.計(jì)算時(shí)可任選一公式:W=Q=Pt=I2Rt=IUt=t. (2)非純電阻電路:如含有電動(dòng)機(jī)、電解槽等的電路,電流做功除將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能外,還轉(zhuǎn)化為機(jī)械能、化學(xué)能等,此時(shí)有W>Q.電功只能用公式W=UIt來(lái)計(jì)算,焦耳熱只能用公式Q=I2Rt來(lái)計(jì)算.對(duì)于非純電阻電路,歐姆定律不再適用. 高頻考點(diǎn)二 電路中的功率及效率問(wèn)題 例2、如圖6所示,已知電源電動(dòng)勢(shì)E=5V,內(nèi)

8、阻r=2Ω,定值電阻R1=0.5Ω,滑動(dòng)變阻器R2的阻值范圍為0~10Ω.求: 圖6 (1)當(dāng)滑動(dòng)變阻器R2的阻值為多大時(shí),電阻R1消耗的功率最大?最大功率是多少? (2)當(dāng)滑動(dòng)變阻器的阻值為多大時(shí),滑動(dòng)變阻器消耗的功率最大?最大功率是多少? (3)當(dāng)滑動(dòng)變阻器的阻值為多大時(shí),電源的輸出功率最大?最大功率是多少? 答案 (1)0 2W (2)2.5Ω 2.5W (3)1.5Ω 3.125W 【變式探究】直流電路如圖7所示,在滑動(dòng)變阻器的滑片P向右移動(dòng)時(shí),電源的(  ) 圖7 A.總功率一定減小 B.效率一定增大 C.內(nèi)部損耗功率一定減小 D.輸出功率一定先

9、增大后減小 答案 ABC 解析 當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片P向右移動(dòng)時(shí),接入電路的電阻變大,整個(gè)回路的電流變小,電源內(nèi)部損耗的功率P內(nèi)=I2r一定減小,C正確;總功率P=EI一定減小,A正確;而內(nèi)電壓降低,外電壓升高,電源的效率增大,B正確;當(dāng)內(nèi)電阻等于外電阻時(shí),輸出功率最大,此題中無(wú)法知道內(nèi)、外電阻的大小關(guān)系,因此D錯(cuò)誤. 高頻考點(diǎn)三 電路故障問(wèn)題 例3、如圖8是某同學(xué)連接的實(shí)驗(yàn)實(shí)物圖,開(kāi)關(guān)閉合后A、B燈都不亮,他采用以下方法進(jìn)行故障檢查. 圖8 選用量程為10V的已校準(zhǔn)的電壓表進(jìn)行檢查,測(cè)試結(jié)果如表1所示.根據(jù)測(cè)試結(jié)果,可判定故障是________. A.燈A短路B.燈B短路

10、C.cd段斷路D.df段斷路 表1 測(cè)試點(diǎn) 電壓示數(shù) a、b 有示數(shù) b、c 有示數(shù) c、d 無(wú)示數(shù) d、f 有示數(shù) 答案 D 【變式探究】如圖9所示的電路中,電源的電動(dòng)勢(shì)為6V,當(dāng)開(kāi)關(guān)S接通后,燈泡L1、L2都不亮,用電壓表測(cè)得各部分的電壓是Uab=6V,Uad=0V,Ucd=6V,由此可判定(  ) 圖9 A.L1和L2的燈絲都燒斷了 B.L1的燈絲燒斷了 C.L2的燈絲燒斷了 D.變阻器R斷路 答案 C 解析 由Uab=6V可知,電源完好,燈泡都不亮,說(shuō)明電路中出現(xiàn)斷路故障,且在a、b之間.由Ucd=6V可知,燈泡L1與滑動(dòng)變阻器R是接通的

11、,斷路故障出現(xiàn)在c、d之間,故燈L2斷路,所以選項(xiàng)C正確. 【舉一反三】在如圖10所示的電路中,由于某一電阻發(fā)生短路或斷路,A燈變暗,B燈變亮,則故障可能是(  ) 圖10 A.R1短路 B.R2斷路 C.R3斷路 D.R4短路 答案 BC 高頻考點(diǎn)四 電源和電阻U-I圖象的比較 圖象上的特征 物理意義 電源U-I圖象 電阻U-I圖象 圖形 圖象表述的物理量變化關(guān)系 電源的路端電壓隨電路電流的變化關(guān)系 電阻兩端電壓隨電阻中的電流的變化關(guān)系 圖線(xiàn)與坐標(biāo)軸交點(diǎn) 與縱軸交點(diǎn)表示電源電動(dòng)勢(shì)E,與橫軸交點(diǎn)表示短路電流 過(guò)坐標(biāo)軸原點(diǎn),表示沒(méi)有電

12、壓時(shí)電流為零 圖線(xiàn)上每一點(diǎn)坐標(biāo)的乘積UI 表示電源的輸出功率 表示電阻消耗的功率 圖線(xiàn)上每一點(diǎn)對(duì)應(yīng)的U、I比值 表示外電阻的大小,不同點(diǎn)對(duì)應(yīng)的外電阻大小不同 每一點(diǎn)對(duì)應(yīng)的比值均等大,表示此電阻的大小不變 圖線(xiàn)斜率的 絕對(duì)值大小 內(nèi)電阻r 電阻大小 例4、在如圖11所示的U-I圖象中,直線(xiàn)Ⅰ為某一電源的路端電壓與電流的關(guān)系圖線(xiàn),直線(xiàn)Ⅱ?yàn)槟骋浑娮鑂的U-I圖線(xiàn).用該電源直接與電阻R相連組成閉合電路,由圖象可知(  ) 圖11 A.電源的電動(dòng)勢(shì)為3V,內(nèi)阻為0.5Ω B.電阻R的阻值為1Ω C.電源的輸出功率為4W D.電源的效率為50% 答案 ABC 【

13、變式探究】如圖12所示,直線(xiàn)A為某電源的U-I圖線(xiàn),曲線(xiàn)B為某小燈泡的U-I圖線(xiàn),用該電源和小燈泡組成閉合電路時(shí),電源的輸出功率和電源的總功率分別是(  ) 圖12 A.4W,8WB.2W,4W C.2W,3WD.4W,6W 答案 D 解析 用該電源和小燈泡組成閉合電路時(shí),電源的輸出功率P出=UI=2×2W=4W,電源的總功率P總=EI=3×2W=6W,選項(xiàng)D正確. 【舉一反三】如圖13所示,圖中直線(xiàn)①表示某電源的路端電壓與電流的關(guān)系圖象,圖中曲線(xiàn)②表示該電源的輸出功率與電流的關(guān)系圖象,則下列說(shuō)法正確的是(  ) 圖13 A.電源的電動(dòng)勢(shì)為50V B.電源的內(nèi)阻為Ω

14、 C.電流為2.5A時(shí),外電路的電阻為15Ω D.輸出功率為120W時(shí),輸出電壓是30V 答案 ACD 1.(2015·浙江高考)下列說(shuō)法正確的是(  ) A.電流通過(guò)導(dǎo)體的熱功率與電流大小成正比 B.力對(duì)物體所做的功與力的作用時(shí)間成正比 C.電容器所帶電荷量與兩極間的電勢(shì)差成正比 D.彈性限度內(nèi),彈簧的勁度系數(shù)與彈簧伸長(zhǎng)量成正比 解析: 電流通過(guò)導(dǎo)體的熱功率為P=I2R,與電流的平方成正比,A項(xiàng)錯(cuò)誤;力作用在物體上,如果物體沒(méi)有在力的方向上發(fā)生位移,作用時(shí)間再長(zhǎng),做功也為零,B項(xiàng)錯(cuò)誤;由C=可知,電容器的電容由電容器本身的性質(zhì)決定,因此電容器的帶電量與兩極間的電勢(shì)差成

15、正比,C項(xiàng)正確;彈簧的勁度系數(shù)與彈簧的伸長(zhǎng)量無(wú)關(guān),D項(xiàng)錯(cuò)誤。 答案: C 1.(2014·天津·2)如圖17所示,電路中R1、R2均為可變電阻,電源內(nèi)阻不能忽略,平行板電容器C的極板水平放置,閉合電鍵S,電路達(dá)到穩(wěn)定時(shí),帶電油滴懸浮在兩板之間靜止不動(dòng).如果僅改變下列某一個(gè)條件,油滴仍能靜止不動(dòng)的是(  ) 圖17 A.增大R1的阻值B.增大R2的阻值 C.增大兩板間的距離D.?dāng)嚅_(kāi)電鍵S 答案 B 2.(2014·上?!?8)如圖18所示,電路中定值電阻阻值R大于電源內(nèi)阻阻值r.將滑動(dòng)變阻器滑片向下滑動(dòng),理想電壓表V1、V2、V3示數(shù)變化量的絕對(duì)值分別為ΔU1、ΔU2、ΔU

16、3,理想電流表A示數(shù)變化量的絕對(duì)值為ΔI,則(  ) 圖18 A.A的示數(shù)增大 B.V2的示數(shù)增大 C.ΔU3與ΔI的比值大于r D.ΔU1大于ΔU2 答案 ACD 1.如圖7所示,電源內(nèi)阻不可忽略,電路中接有一小燈泡和一電動(dòng)機(jī).小燈泡L上標(biāo)有“6 V 12 W”字樣,電動(dòng)機(jī)的線(xiàn)圈電阻RM=0.5 Ω.若燈泡正常發(fā)光時(shí),電源的輸出電壓為12 V,此時(shí)(  ) 圖7 A.整個(gè)電路消耗的電功率為24 W B.電動(dòng)機(jī)的熱功率為12 W C.電動(dòng)機(jī)的輸出功率為12 W D.電動(dòng)機(jī)的輸入功率為12 W 答案 D 解析 燈泡正常發(fā)光,則電路電流I=IL=

17、=2 A.已知電路電流,由于不知電源電動(dòng)勢(shì),無(wú)法求出整個(gè)電路消耗的電功率,故A錯(cuò)誤;電動(dòng)機(jī)的熱功率PQ=I2RM=22×0.5 W=2 W,故B錯(cuò)誤;燈泡正常發(fā)光時(shí),電動(dòng)機(jī)電壓UM=U-UL=12 V-6 V=6 V,電動(dòng)機(jī)的輸入功率P=UMI=6×2 W=12 W,電動(dòng)機(jī)的輸出功率P出=P-PQ=12 W-2 W=10 W,故C錯(cuò)誤,D正確. 2.汽車(chē)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)車(chē)燈會(huì)瞬時(shí)變暗,如圖4所示,在打開(kāi)車(chē)燈的情況下,電動(dòng)機(jī)未啟動(dòng)時(shí)電流表讀數(shù)為10 A,電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)電流表讀數(shù)為58 A.若電源電動(dòng)勢(shì)為12.5 V,內(nèi)阻為0.05 Ω,電流表內(nèi)阻不計(jì),則因電動(dòng)機(jī)啟動(dòng),車(chē)燈的電功率降低了(  )

18、 圖4 A.35.8 W B.43.2 W C.48.2 W D.76.8 W 答案 B 3.如圖9所示是某款理發(fā)用的電吹風(fēng)的電路圖,它主要由電動(dòng)機(jī)M和電熱絲R構(gòu)成.當(dāng)閉合開(kāi)關(guān)S1、S2后,電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)風(fēng)葉旋轉(zhuǎn),將空氣從進(jìn)風(fēng)口吸入,經(jīng)電熱絲加熱,形成熱風(fēng)后從出風(fēng)口吹出.已知電吹風(fēng)的額定電壓為220 V,吹冷風(fēng)時(shí)的功率為120 W,吹熱風(fēng)時(shí)的功率為1 000 W.關(guān)于該電吹風(fēng),下列說(shuō)法正確的是(  ) 圖9 A.電熱絲的電阻為55 Ω B.電動(dòng)機(jī)的電阻為 Ω C.當(dāng)電吹風(fēng)吹熱風(fēng)時(shí),電熱絲每秒鐘消耗的電能為1 000 J D.當(dāng)電吹風(fēng)吹熱風(fēng)時(shí),電動(dòng)機(jī)每秒鐘消耗的電能為1

19、 120 J 答案 A 解析 電吹風(fēng)吹熱風(fēng)時(shí)電熱絲消耗的功率為P=1 000 W-120 W=880 W,對(duì)電熱絲,由P=可得電熱絲的電阻為R== Ω=55 Ω,選項(xiàng)A正確;由于不知道電動(dòng)機(jī)線(xiàn)圈的發(fā)熱功率,所以電動(dòng)機(jī)線(xiàn)圈的電阻無(wú)法計(jì)算,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;當(dāng)電吹風(fēng)吹熱風(fēng)時(shí),電熱絲每秒消耗的電能為880 J,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;當(dāng)電吹風(fēng)吹熱風(fēng)時(shí),電動(dòng)機(jī)每秒鐘消耗的電能為120 J,選項(xiàng)D錯(cuò)誤. 4.一只電飯煲和一臺(tái)洗衣機(jī)并聯(lián)接在輸出電壓為220 V的交流電源上(其內(nèi)電阻可忽略不計(jì)),均正常工作.用電流表分別測(cè)得通過(guò)電飯煲的電流是5.0 A,通過(guò)洗衣機(jī)電動(dòng)機(jī)的電流是0.50 A,則下列說(shuō)法中正確的是(  )

20、 A.電飯煲的電阻為44 Ω,洗衣機(jī)電動(dòng)機(jī)線(xiàn)圈的電阻為440 Ω B.電飯煲消耗的電功率為1 555 W,洗衣機(jī)電動(dòng)機(jī)消耗的電功率為155.5 W C.1 min內(nèi)電飯煲消耗的電能為6.6×104 J,洗衣機(jī)電動(dòng)機(jī)消耗的電能為6.6×103 J D.電飯煲發(fā)熱功率是洗衣機(jī)電動(dòng)機(jī)發(fā)熱功率的10倍 答案 C 其熱功率P熱≠P2,所以電飯煲發(fā)熱功率不是洗衣機(jī)電動(dòng)機(jī)發(fā)熱功率的10倍. 5.(多選)如圖4所示,用輸出電壓為1.4 V、輸出電流為100 mA的充電器對(duì)內(nèi)阻為2 Ω的鎳-氫電池充電.下列說(shuō)法正確的是(  ) 圖4 A.電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的功率為0.12 W B.充電

21、器輸出的電功率為0.14 W C.充電時(shí),電池消耗的熱功率為0.02 W D.充電器把0.14 W的功率儲(chǔ)存在電池內(nèi) 答案 ABC 解析 充電器對(duì)電池的充電功率為P總=UI=0.14 W,電池充電時(shí)的熱功率為P熱=I2r=0.02 W,所以轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的功率為P化=P總-P熱=0.12 W,因此充電器充電功率為0.12 W,故A、B、C正確,D錯(cuò)誤. 6.如圖5所示為一玩具起重機(jī)的電路示意圖.電源電動(dòng)勢(shì)為6 V,內(nèi)阻為0.5 Ω,電阻R=2.5 Ω,當(dāng)電動(dòng)機(jī)以0.5 m/s的速度勻速提升一質(zhì)量為320 g的物體時(shí)(不計(jì)一切摩擦阻力,g=10 m/s2),標(biāo)有“3 V 0.6 W”的燈

22、泡恰好正常發(fā)光,則電動(dòng)機(jī)的內(nèi)阻為(  ) 圖5 A.1.25 Ω B.3.75 Ω C.5.625 Ω D.1 Ω 答案 A 7.如圖10所示,A為電解槽,為電動(dòng)機(jī),N為電爐子,恒定電壓U=12 V,電解槽內(nèi)阻RA=2 Ω,當(dāng)S1閉合,S2、S3斷開(kāi)時(shí),示數(shù)為6 A;當(dāng)S2閉合,S1、S3斷開(kāi)時(shí),示數(shù)為5 A,且電動(dòng)機(jī)輸出功率為35 W;當(dāng)S3閉合,S1、S2斷開(kāi)時(shí),示數(shù)為4 A.求: 圖10 (1)電爐子的電阻及發(fā)熱功率; (2)電動(dòng)機(jī)的內(nèi)阻; (3)在電解槽工作時(shí),電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的功率為多少. 答案 (1)2 Ω 72 W (2)1 Ω (3)16 W

23、 解析 (1)電爐子為純電阻元件,由歐姆定律得: R== Ω=2 Ω 其發(fā)熱功率為:P=UI1=12×6 W=72 W. (2)電動(dòng)機(jī)為非純電阻元件,由能量守恒定律得: UI2=IRM+P輸出 所以:RM== Ω=1 Ω. (3)電解槽為非純電阻元件,由能量守恒定律得: P化=UI3-IRA 所以P化=(12×4-42×2) W=16 W. 8.如圖12所示的電路中,電源的電動(dòng)勢(shì)E=6V,內(nèi)阻r=1Ω,電阻R1=3Ω,R2=6Ω,電容器的電容C=3.6μF,二極管D具有單向?qū)щ娦?,開(kāi)始時(shí),開(kāi)關(guān)S1閉合,S2斷開(kāi). 圖12 (1)合上S2,待電路穩(wěn)定以后,求電容器上電

24、荷量變化了多少? (2)合上S2,待電路穩(wěn)定以后再斷開(kāi)S1,求斷開(kāi)S1后流過(guò)R1的電荷量是多少? 答案 (1)減少了1.8×10-6C (2)9.6×10-6C 9.如圖8所示,A為電解槽,M為電動(dòng)機(jī),N為電爐子,恒定電壓U=12V,電解槽內(nèi)阻rA=2Ω,當(dāng)S1閉合,S2、S3斷開(kāi)時(shí),示數(shù)為6A;當(dāng)S2閉合,S1、S3斷開(kāi)時(shí),示數(shù)為5A,且電動(dòng)機(jī)輸出功率為35W;當(dāng)S3閉合,S1、S2斷開(kāi)時(shí),示數(shù)為4A.求: 圖8 (1)電爐子的電阻及發(fā)熱功率; (2)電動(dòng)機(jī)的內(nèi)阻; (3)在電解槽工作時(shí),電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的功率為多少. 答案 (1)2Ω 72W (2)1Ω (3)16W - 16 -

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