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- 2021-05-26 发布
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一:专题概述
1.欧姆定律I=的使用
对于纯电阻,适合欧姆定律,即纯电阻两端的电压满足U=IR.
对于非纯电阻,不适合欧姆定律,因P电=UI=P热+P其他=I2R+P其他,所以UI>I2R,即非纯电阻两端的电压满足U>IR.
2.纯电阻电路与非纯电阻电路的比较
3.电动机的三个功率及关系
输入功率
电动机的总功率。由电动机电路中的电流和电压决定,即P总=P入=UI
输出功率
电动机的有用功的功率,也叫做机械功率
热功率
电动机线圈上有电阻,电流通过线圈时会发热,热功率
P热=I2r
三者关系
P总=P出+P热
效率
η=×100%=×100%
特别说明
①正常工作的电动机是非纯电阻元件
②电动机因故障或其他原因不转动时,相当于一个纯电阻元件
4.闭合电路的功率及效率问题
电源总功率
任意电路:P总=EI=P出+P内
纯电阻电路:P总=I2(R+r)=
电源内部消耗的功率
P内=I2r=P总-P出
电源的输
出功率
任意电路:P出=UI=P总-P内
纯电阻电路:P出=I2R=
P出与外电阻R的关系
电源的效率
任意电路:η=×100%=×100%
纯电阻电路:η=×100%
二:典例精讲
1.电功、电功率的计算
典例1:一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
2.纯电阻电路和非纯电阻电路
典例2:一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。故选项C正确。
3.含电动机的非纯电阻电路
典例4: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
4.电路中的有关功率及效率
典例4: 如图所示,已知电源电动势为6 V,内阻为1 Ω,保护电阻R0=0.5 Ω,则当电阻箱R读数为多少时,保护电阻R0消耗的电功率最大,且这个最大值为:( )
A.1 Ω 4 W B.1 Ω 8 W C.0 8 W D.0.5 Ω 8 W
【答案】C
【解析】保护电阻消耗的功率为P0=,因R0和r是常量,而R是变量,所以R最小时,P0最大,即R=0时,P0max== W=8 W。故选项C正确。
【拓展延伸1】
在【典例】中的条件不变,则当电阻箱R的读数为多少时,电阻箱R消耗的功率PR最大且这个最大值为( )
A.1 Ω 6 W B.0.5 Ω 8 W C.1 Ω 1.5 W D.1.5 Ω 6 W
【答案】D
【解析】这时要把保护电阻R0与电源内阻r算在一起,据以上结论,当R=R0+r即R=(1+0.5) Ω=1.5 Ω时,PRmax== W=6 W。故选项D正确。
【拓展延伸2】
在【典例】中,若电阻箱R的最大值为3 Ω,R0=5 Ω,则当电阻箱R读数为多少时,电阻箱R的功率最大且这个最大值为( )
A.3 Ω 4 W B.2 Ω W C.3 Ω W D.1 Ω 4 W
【答案】C
【拓展延伸3】
在【典例】中的条件不变,则电源的最大输出功率为( )
A.3 W B.4 W C.5 W D.9 W
【答案】D
【解析】由电功率公式P出=()2R外=,当R外=r时,P出最大,即R=r-R0=0.5 Ω时,P出max== W=9 W。故选项D正确。
三 总结提升
1.电功和电热的处理方法
(1)首先要分清所研究的电路是纯电阻电路还是非纯电阻电路,正确选择计算公式。
(2)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。
2.最大功率问题的两点注意
(1)解决最大功率问题时,要弄清是定值电阻还是可变电阻的最大功率,定值电阻的最大功率用P=I2R=分析,可变电阻的最大功率用等效电源法求解。
(2)电源输出功率最大时,效率不是最大,只有50%。
四 提升专练
1.(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
2.(多选) 有一家用电风扇,电风扇两端的电压为220 V,工作电流为0.5 A,则下列说法中,正确的是( ).
A.电扇线圈的电阻为440 Ω
B.电扇线圈的电阻大于440 Ω
C.电扇线圈的电阻小于440 Ω
D.电风扇线圈的电阻满足欧姆定律
【答案】CD
【解析】电风扇是非纯电阻,故电风扇两端的电压满足U>IR,所以220>0.5R,所以R<440 Ω.选CD.
3.(多选)现用充电器为一手机电池充电,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.下列说法中正确的是( )
A. 充电器输出的电功率为UI+I2r
B. 电能转化为化学能的功率为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】BC
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) 如图所示,电源电动势均为E=12V,内阻均为r=3Ω.R0=1Ω,直流电动机内阻R0'=1Ω.当调节滑动变阻器使R1=2Ω时,图甲电路输出功率最大.调节R2使图乙电路输出功率最大,且此时电动机刚好正常工作(额定功率为6W),则此时R2的阻值和电动机的热功率P为 ( )
甲 乙
A. R2=2 Ω B. R2=1.5 Ω
C. P=6 W D. P=4 W
【答案】BD
6.将一电源与一电阻箱连接成闭合回路,测得电阻箱所消耗功率P与电阻箱读数R变化的曲线如图所示,由此可知( )
A.电源最大输出功率可能大于45 W
B.电源内阻一定等于5 Ω
C.电源电动势为45 V
D.电阻箱所消耗功率P最大时,电源效率大于50%
【答案】B
【解析】由于题述将一电源与一电阻箱连接成闭合回路,电阻箱所消耗功率P等于电源输出功率。由电阻箱所消耗功率P与电阻箱读数R变化的曲线可知,电阻箱所消耗功率P最大为45 W,所以电源最大输出功率为45 W,选项A错误;由电源输出功率最大的条件可知,电源输出功率最大时,外电路电阻等于电源内阻,所以电源内阻一定等于5 Ω,选项B正确;由电阻箱所消耗功率P最大值为45 W可知,此时电阻箱读数为R=5 Ω,电流I==3 A,电源电动势E=I(R+r)=30 V,选项C错误;电阻箱所消耗功率P最大时,电源效率为50%,选项D错误。
7.如图所示,电源电动势E=8 V,内阻为r=0.5 Ω,“3 V,3 W”的灯泡L与电动机M串联接在电源上,灯泡刚好正常发光,电动机刚好正常工作,电动机的线圈电阻R0=1.5 Ω.下列说法中正确的是( ).
A.通过电动机的电流为1.6 A
B.电源的输出功率是8 W
C.电动机消耗的电功率为3 W
D.电动机的输出功率为3 W
【答案】D
8. (多选) 如图所示,电源电动势E=3 V,小灯泡L标有“2 V 0.4 W”,开关S接1,当滑动变阻器调到R=4 Ω 时,小灯泡L正常发光。现将开关S接2,小灯泡L和电动机M均正常工作。则( )
A.电源内阻为1 Ω
B.电动机的内阻为4 Ω
C.电动机正常工作电压为1 V
D.电源效率约为93.3%
【答案】AD
【解析】小灯泡正常工作时的电阻RL==10 Ω,流过小灯泡的电流I==0.2 A。当开关S接1时,R总==15 Ω,电源内阻r=R总-R-RL=1 Ω,A正确;当开关S接2时,电动机M两端的电压UM=E-Ir-U=0.8 V,C错误;电动机对外功率未知,不能求出电动机的内阻,选项B错误;电源的效率η==×100%=93.3%,D正确。
9.额定电压都是110 V,额定功率PA=100 W,PB=40 W的电灯两盏,若接入电压是220 V的下列电路上,则使两盏电灯均能正常发光,且电路中消耗的电功率最小的电路是( ).
【答案】C
对于C电路,B灯与变阻器并联电阻可能等于RA,所以可能UA=UB=110 V,两灯可以正常发光.
对于D电路,若变阻器的有效电阻等于A、B的并联电阻,则UA=UB=110 V,两灯可以正常发光.
比较C、D两个电路,由于C电路中变阻器功率为(IA-IB)×110 V,而D电路中变阻器功率为(IA+IB)×110 V,所以C电路消耗的功率最小.选C.
10.(多选)一辆电动观光车蓄电池的电动势为E,内阻不计,当空载的电动观光车以大小为v的速度匀速行驶时,流过电动机的电流为I,电动车的质量为m,电动车受到的阻力是车重的k倍,忽略电动观光车内部的摩擦,则( ).
A.电动机的内阻为R=
B.电动机的内阻为R=-
C.电动车的工作效率η=
D.电动机的发热效率η=
【答案】BCD
【解析】根据能量守恒定律,EI=I2R+kmgv,所以电动机的内阻为R=-,选项A错误、B正确;电动车的工作效率等于输出功率与总功率之比,即η=,所以C正确;电动机的发热效率η=,D正确.
11. 有一提升重物的直流电动机,工作时电路如图所示,内阻为r=0.6 Ω,R=10 Ω,直流电压为U=160 V,电压表两端的示数为110 V,则通过电动机的电流是多少?电动机的输入功率为多少?电动机在1
h内产生的热量是多少?
【答案】5 A 550 W 5.4×104 J
12.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
【解析】(1)由电路中的电压关系可得电阻R的分压UR=
U-UV=(160-110)V=50 V,流过电阻R的电流IR== A=5 A,即通过电动机的电流IM=IR=5 A.
(2)电动机的分压UM=UV=110 V,输入电动机的功率P电=IMUM=550 W.
(3)电动机的发热功率P热=Ir=20 W,电动机输出的机械功率P出=P电-P热=530 W,又因P出=mgv,所以m==53 kg.
13.变阻器的总电阻RA=15Ω,内阻不计的电源的恒定电压为9V.现有一个标有“6V、3W”的灯泡,如采用如图所示的分压电路,图中电流表为理想电流表.求:
(1)当滑动触头滑在AB间滑动时,小灯泡上所得到的电压范围为多大?
(2)要使灯泡正常发光,应将变阻器的滑动头P调整到使PB间的电阻R等于多少?
(3)小灯泡在正常发光时,滑动变阻器所消耗的功率大小.
(4)滑动触头从B端滑到A端的过程中,电流表的读数如何变化?没有推导论证过程不得分.
【答案】(1)0-9(2)12Ω(3)6W(4)先变小后变大
【解析】(1)当滑动触头滑在A端时,小灯泡上所得到的电压;滑在B端时,小灯泡上所得到的电压,所以电压范围为0~9V.
(3)小灯泡在正常发光时,滑动变阻器所消耗的功率大小
(4)滑动触头从B端滑到A端的过程中,当滑动触头滑在A端时,电流表的示数为
当滑动触头滑在B端时,电流表的示数为
灯泡的电阻为
当滑动触头滑在PB间电阻等于灯泡电阻时,电流表的示数为
可知电流表的读数先减小后增大.