专题8-4+电功、电功率及焦耳定律-2018年高三物理一轮总复习名师伴学 13页

专题8.4+电功、电功率及焦耳定律 课前预习 ● 自我检测 ‎1、判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”‎ ‎(1) 电功率越大，电流做功越快，电路中产生的焦耳热一定越多．(　×　)‎ ‎(2) W＝UIt适用于任何电路，而W＝I2Rt＝t只适用于纯电阻电路．(　√　)‎ ‎(3) 在非纯电阻电路中，UI>I2R.(　√　)‎ ‎(4) 焦耳热公式Q＝I2Rt适用于任何电路．(　√　)‎ ‎2. (多选)一台电动机的线圈电阻与一只电炉的电阻相同，都通过相同的电流，在相同时间内(　　)．‎ A．电炉放热与电动机放热相等 B．电炉两端电压小于电动机两端电压 C．电炉两端电压等于电动机两端电压 D．电动机消耗的功率大于电炉的功率 ‎【答案】　ABD ‎【解析】　电炉属于纯电阻，电动机属于非纯电阻，对于电炉有：U＝IR，放热Q＝I2Rt，消耗功率P＝I2R，对于电动机有：U>IR，放热Q＝I2Rt，消耗功率P＝UI>I2R.‎ ‎3. (多选)下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法中正确的是(　　)．‎ A．电功率越大，电流做功越快，电路中产生的焦耳热一定越多 B．W＝UIt适用于任何电路，而W＝I2Rt＝t只适用于纯电阻的电路 C．在非纯电阻的电路中，UI>I2R D．焦耳热Q＝I2Rt适用于任何电路 ‎【答案】　BCD ‎4. 电子产品制作车间里常常使用电烙铁焊接电阻器和电容器等零件，技术工人常将电烙铁和一个灯泡串联使用，灯泡还和一只开关并联，然后再接到市电上(如图所示)，下列说法正确的是(　　)．‎ A．开关接通时比开关断开时消耗的总电功率大 B．开关接通时，灯泡熄灭，只有电烙铁通电，可使消耗的电功率减小 C．开关断开时，灯泡发光，电烙铁也通电，消耗的总功率增大，但电烙铁发热较少 D．开关断开时，灯泡发光，可供在焊接时照明使用，消耗总功率不变 ‎【答案】　A ‎【解析】　开关接通时，灯泡被短路，灯泡熄灭，电路的总电阻变小，电路的总功率P＝变大，电烙铁的功率变大．‎ ‎5. (多选)锂电池因能量密度高、绿色环保而广泛使用在手机等电子产品中．现用充电器为一手机锂电池充电，等效电路如图所示，充电器电源的输出电压为U，输出电流为I，手机电池的内阻为r，下列说法正确的是(　　)．‎ A．电能转化为化学能的功率为UII2r B．充电器输出的电功率为UI＋I2r ‎ C．电池产生的热功率为I2r D．充电器的充电效率为×100%‎ ‎【答案】　AC 课堂讲练 ● 典例分析 考点一　电功、电功率及焦耳定律 ‎【典例1】有一小型直流电动机，把它接入U1＝0.3 V的电路中时，电动机不转，测得流过电动机的电流为I1＝0.6 A；若把电动机接入U2＝3.0 V的电路中时，电动机正常工作，工作电流是I2＝1.0 A，求：‎ ‎(1)电动机正常工作时的输出功率是多少？‎ ‎(2)如果电动机正常工作时，转子突然被卡住，此时电动机的发热功率是多大？‎ ‎[审题指导]　‎ ‎(1)当电动机不转时，可视为纯电阻，由________定律求其内电阻。‎ 提示：欧姆 ‎(2)当电动机正常工作时，转子突然被卡住，其电流不等于I2＝1.0 A，此时发热功率由________计算。‎ 提示：P＝ ‎【答案】　(1)2.5 W　(2)18 W ‎【典例2】如图所示，A为电解槽，M为电动机，N为电炉子，恒定电压U＝12 V，电解槽内阻rA＝2 Ω，S1闭合，S2、S3断开时，电流表示数为6 A，当S2闭合，S1、S3断开时，电流表示数为5 A，且电动机输出功率为35 W；当S3闭合，S1、S2断开时，电流表示数为4 A．求：‎ ‎(1)电炉子的电阻及发热功率；‎ ‎(2)电动机的内阻；‎ ‎(3)在电解槽工作时，电能转化为化学能的功率．‎ ‎【答案】(1)2 Ω　72 W　(2)1 Ω　(3)16 W ‎(3)电解槽为非纯电阻元件 由能量守恒定律得 P化＝UI3－IrA 解得P化＝(12×4－42×2) W＝16 W.‎ ‎【反思总结】‎ ‎1．电功是电能转化为其他形式能的量度，电热是电能转化为内能的量度．通常情况下，计算电功时用公式W＝IUt，计算电热时用公式Q＝I2Rt.‎ ‎2．从能量转化的角度来看，电功和电热之间的数量关系是W≥Q、UIt≥I2Rt.‎ ‎(1)纯电阻电路：如电炉等构成的电路，电流做功将电能全部转化为内能，此时有W＝Q.计算时可任选一公式：W＝Q＝Pt＝I2Rt＝UIt＝t.‎ ‎(2)非纯电阻电路：如含有电动机、电解槽等的电路，电流做功除将电能转化为内能外，还转化为机械能、化学能等，此时有W＞Q.电功只能用公式W＝UIt来计算，电热只能用公式Q＝I2Rt来计算．对于非纯电阻电路，欧姆定律不再适用．‎ ‎3. 在非纯电阻电路中，t既不表示电功也不表示电热，是没有意义的。‎ ‎4. 区别纯电阻与非纯电阻的关键是看电能转化的去向，若电能全部转化为电热，则为纯电阻，否则为非纯电阻。 ‎ ‎5. 非纯电阻电路的分析技巧 在非纯电阻电路的计算中，要注意非纯电阻用电器两端的电压并非是全部加在用电器内阻上，只有在输出功率为零时(此时电路变为纯电阻电路)两者才相等．但是，无论在纯电阻电路还是在非纯电阻电路中，发热功率都是I2r.处理非纯电阻电路的计算问题时，要善于从能量转化的角度出发，紧紧围绕能量守恒定律，利用“电功＝电热＋其他能量”寻找等量关系求解．‎ ‎【跟踪短训1】‎ ‎1．如图所示是一提升重物用的直流电动机工作时的电路图。电动机内电阻r＝0.8 Ω，电路中另一电阻R＝10 Ω，直流电压U＝160 V，电压表示数UV＝110 V。试求：‎ ‎(1) 通过电动机的电流；‎ ‎(2) 输入电动机的电功率；‎ ‎(3) 若电动机以v＝1 m/s匀速竖直向上提升重物，求该重物的质量。(g取10 m/s2)‎ ‎【答案】(1)5 A　(2)550 W　(3)53 kg 考点二 生活中的用电器　‎ ‎【典例3】一只电饭煲和一台洗衣机并联接在输出电压220 V的交流电源上(其内电阻可忽略不计)，均正常工作。用电流表分别测得通过电饭煲的电流是5.0 A，通过洗衣机电动机的电流是0.50 A，则下列说法中正确的是(　　)‎ A．电饭煲的电阻为44 Ω，洗衣机电动机线圈的电阻为440 Ω B．电饭煲消耗的电功率为1 555 W，洗衣机电动机消耗的电功率为155.5 W C．1 min内电饭煲消耗的电能为6.6×104 J，洗衣机电动机消耗的电能为6.6×103 J D．电饭煲发热功率是洗衣机电动机发热功率的10倍 ‎【答案】C　‎ ‎【反思总结】‎ 分析生活中的用电器问题的两条思路 ‎1．了解用电器的结构，含有电动机且正常工作的为非纯电阻；不含电动机或含电动机但电动机不转的则为纯电阻。‎ ‎2．从能量转化角度来区分，如消耗的电能全部转化为电热则为纯电阻；如消耗的电能有一部分转化为其他能量，则为非纯电阻。‎ ‎【跟踪短训】‎ ‎2. 有一只风扇，标有“U、P”，电动机线圈电阻为R，把它接入电压为U的电路中，以下几种计算电风扇发出热量的方法，正确的是(　　)‎ A．Q＝　　　　　　 　 B．Q＝Pt C．Q＝2Rt D．以上三种都可以 ‎【答案】C ‎【解析】　风扇为非纯电阻，风扇正常工作时电流为I＝，则风扇发出的热量为：Q＝I2Rt＝2Rt，C正确。‎ ‎3．如图所示是某型号电吹风的电路图，它主要由电动机M和电热丝R构成。已知电吹风的额定电压为220 V，吹冷风时的功率为120 W，吹热风时的功率为1 000 W。关于该电吹风，下列说法正确的是(　　)‎ A．若S1、S2闭合，则电吹风吹冷风 B．电热丝的电阻为55 Ω C．电动机工作时输出的机械功率为880 W D．当电吹风吹热风时，电动机每秒钟消耗的电能为120 J ‎【答案】　BD 课后巩固 ● 课时作业 基础巩固 ‎1、下图中的四个图像中，最能正确地表示家庭常用的白炽灯泡在不同电压下消耗的电功率P与电压平方U2之间函数关系的是(　　)‎ ‎【答案】C ‎【解析】　白炽灯泡为纯电阻，其电功率P＝，但随着电压和灯泡工作时间的增加，灯丝电阻会增大，PU2图像会向下弯曲，故C正确。‎ ‎2．如图所示是某款理发用的电吹风的电路图，它主要由电动机M和电热丝R构成。当闭合开关S1、S2后，电动机驱动风叶旋转，将空气从进风口吸入，经电热丝加热，形成热风后从出风口吹出。已知电吹风的额定电压为220 V，吹冷风时的功率为120 W，吹热风时的功率为1 000 W。关于该电吹风，下列说法正确的是(　　)‎ A．电热丝的电阻为55 Ω B．电动机线圈的电阻为 Ω C．当电吹风吹热风时，电热丝每秒钟消耗的电能为1 000 J D．当电吹风吹热风时，电动机每秒钟消耗的电能为1 000 J ‎【答案】A ‎【解析】　电吹风吹热风时电热丝消耗的功率为P＝1 000 W－120 W＝880 W，对电热丝，由P＝可得电热丝的电阻为R＝＝ Ω＝55 Ω，选项A正确；由于不知道电动机线圈的发热功率，所以电动机线圈的电阻无法计算，选项B错误；当电吹风吹热风时，电热丝每秒消耗的电能为880 J，选项C错误；当电吹风吹热风时，电动机每秒钟消耗的电能为120 J，选项D错误。‎ ‎3. (多选)如图所示，定值电阻R1＝20 Ω，电动机绕线电阻R2＝10 Ω，当开关S断开时，电流表的示数是I1＝0.5 A，当开关合上后，电动机转动起来，电路两端的电压不变，电流表的示数I和电路消耗的电功率P应是(　　)‎ A．I＝1.5 A B．I<1.5 A C．P＝15 W D．P<15 W ‎【答案】 BD ‎4. (多选)如图所示，用输出电压为1.4 V、输出电流为100 mA的充电器对内阻为2 Ω的镍—氢电池充电。下列说法正确的是(　　)‎ A．电能转化为化学能的功率为0.12 W B．充电器输出的电功率为0.14 W C．充电时，电池消耗的热功率为0.02 W D．充电器把0.14 W的功率储存在电池内 ‎【答案】 ABC ‎5、如图所示，把四个相同的灯泡接成甲、乙两种电路后，灯泡都正常发光，且两个电路的总功率相等。则下列对这两个电路中的U甲、U乙、R甲、R乙之间的关系的说法正确的是 (　　)‎ A．U甲＞2U乙 B．U甲＝2U乙 ‎ C．R甲＝4R乙 D．R甲＝2R乙 ‎【答案】　BC ‎【解析】　设灯泡的电阻为R，正常发光时电流为I，电压为U，由于两个电路的总功率相等，P＝U甲I＝U乙·2I，得U甲＝2U乙；又由U甲＝2U＋IR甲，U乙＝U＋2IR乙，得R甲＝4R乙，故正确答案为B、C。‎ ‎6．如图所示，电源内阻不可忽略，电路中接有一小灯泡和一电动机．小灯泡L上标有“6 V　12 W”字样，电动机的线圈电阻RM＝0.5 Ω.若灯泡正常发光时，电源的输出电压为12 V，此时(　　)‎ A．整个电路消耗的电功率为24 W B．电动机的热功率为12 W C．电动机的输出功率为12 W D．电动机的输入功率为12 W ‎【答案】　D ‎【解析】　灯泡正常发光，则电路电流I＝IL＝＝2 A．已知电路电流，由于不知电源电动势，无法求出整个电路消耗的电功率，故A错误；电动机的热功率PQ＝I2RM＝22×0.5 W＝2 W，故B错误；灯泡正常发光时，电动机电压UM＝U－UL＝12 V－6 V＝6 V，电动机的输入功率P＝UMI＝6×2 W＝12 W，电动机的输出功率P出＝P－PQ＝12 W－2 W＝10‎ ‎ W，故C错误，D正确．‎ 综合应用 ‎7、如图所示是某款理发用的电吹风的电路图，它主要由电动机M和电热丝R构成．当闭合开关S1、S2后，电动机驱动风叶旋转，将空气从进风口吸入，经电热丝加热，形成热风后从出风口吹出．已知电吹风的额定电压为220 V，吹冷风时的功率为120 W，吹热风时的功率为1 000 W．关于该电吹风，下列说法正确的是(　　)‎ A．电热丝的电阻为55 Ω B．电动机的电阻为 Ω C．当电吹风吹冷风时，电热丝每秒钟消耗的电能为120 J D．当电吹风吹热风时，电动机每秒钟消耗的电能为880 J ‎【答案】　A ‎8、(多选)下表列出了某品牌电动自行车及所用电动机的主要技术参数，不计其自身机械损耗。若该车在额定状态下以最大运行速度行驶，则(　　)‎ 自重 ‎40 kg 额定电压 ‎48 V 载重 ‎75 kg 额定电流 ‎12 A 最大行驶速度 ‎20 km/h 额定输出功率 ‎350 W A．电动机的输入功率为576 W B．电动机的内电阻为4 Ω C．该车获得的牵引力为104 N D．该车受到的阻力为63 N ‎【答案】AD　‎ 拔高专练 ‎8、功率为10 W的发光二极管(LED灯)的亮度与功率为60 W的白炽灯相当。根据国家节能战略，2016年前普通白炽灯应被淘汰。假设每户家庭有2只60 W的白炽灯，均用10 W的LED灯替代，估算出全国一年节省的电能最接近(　　)‎ A．8×108 kW·h B．8×1010 kW·h C．8×1011 kW·h D．8×1013 kW·h ‎【答案】　B ‎【解析】假设每户每天只亮灯5个小时，每户每年节电E＝2×(60－10)×10－3×5×365 kW·h＝182.5 kW·h。假设每户有3口人，全国有4亿户左右。节电总值为E总＝4×108×182.5 kW·h＝7.3×1010 kW·h，故B正确。‎ ‎9．一只电饭煲和一台洗衣机并联接在输出电压为220 V的交流电源上(其内电阻可忽略不计)，均正常工作．用电流表分别测得通过电饭煲的电流是5.0 A，通过洗衣机电动机的电流是0.50 A，则下列说法中正确的是(　　)‎ A．电饭煲的电阻为44 Ω，洗衣机电动机线圈的电阻为440 Ω B．电饭煲消耗的电功率为1 555 W，洗衣机电动机消耗的电功率为155.5 W C．1 min内电饭煲消耗的电能为6.6×104 J，洗衣机电动机消耗的电能为6.6×103 J D．电饭煲发热功率是洗衣机电动机发热功率的10倍 ‎【答案】　C ‎【解析】　由于电饭煲是纯电阻元件，所以 R1＝＝44 Ω，P1＝UI1＝1 100 W 其在1 min内消耗的电能 W1＝UI1t＝6.6×104 J 洗衣机为非纯电阻元件，所以 R2≠，P2＝UI2＝110 W 其在1 min内消耗的电能 W2＝UI2t＝6.6×103 J 其热功率P热≠P2，所以电饭煲发热功率不是洗衣机电动机发热功率的10倍．‎ ‎10. 四川省“十二五”水利发展规划指出，若按现有供水能力测算，我省供水缺口极大，蓄引提水是目前解决供水问题的重要手段之一．某地要把河水抽高20 m，进入蓄水池，用一台电动机通过传动效率为80%的皮带，带动效率为60%的离心水泵工作．工作电压为380 V，此时输入电动机的电功率为19 kW，电动机的内阻为0.4 Ω.已知水的密度为1×103 kg/m3，重力加速度取10 m/s2.求：‎ ‎(1)电动机内阻消耗的热功率；‎ ‎(2)将蓄水池蓄入864 m3的水需要的时间(不计进、出水口的水流速度)．‎ ‎【答案】　(1)1×103 W　(2)2×104 s