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2019-2020年高中物理(SWSJ)教科版选修3-1教学案第二章第6节焦耳定律电路中的能量转化含答案1.电功是指电场力移动电荷所做的功,其大小为W=UIt2.电功率指单位时间内电流所做的功,表达式为P=IU,表示电流做功的快慢3.焦耳定律的表达式为Q=I2Rt,热功率的表达式P热=I2R,两式可用于任何电路4.电源工作时,把其他形式的能转化为电能的功率为IE,等于电源输出功率IU和电源内部的热功率I2r之和5.在纯电阻电路中W=Q即W=IUt=I2Rt=t;在非纯电阻电路中W>Q
一、电功 电功率1.电功1定义电场力移动电荷所做的功2大小等于这段电路两端的电压U与电路中的电流I和通电时间t三者的乘积3公式W=UIt4国际单位焦耳,符号J5意义电流做功的过程是电能转化为其他形式的能的过程,电流做了多少功,表明就有多少电能转化为其他形式的能即电功是电能转化为其他形式的能的量度2.电功率1定义电流所做的功与做这些功所用时间的比值,即单位时间内电流所做的功2公式P==UI3国际单位瓦特符号W4大小一段电路上的电功率P等于这段电路两端的电压和电路中电流I的乘积5意义表示电流做功的快慢
二、焦耳定律 热功率1.焦耳定律1内容电流通过电阻产生的热量跟电流的二次方成正比,跟电阻值成正比,跟通电时间成正比2公式Q=I2Rt2.焦耳热电流通过电阻而产生的热量3.热功率1定义电阻通电所产生的热量与产生这些热量所用时间的比值即单位时间内电阻通电所产生的热量2公式P热==I2R4.焦耳热的应用与危害1应用利用电流的热效应来加热、烘干物体,如电烙铁、电烤箱、电暖气、电炉、电饭锅、电熨斗等2危害
①减少用电器的使用寿命
②烧坏用电器甚至引起火灾
三、电路中的能量转化1.电源内部的能量转化在电源内部,通过各种作用将其他形式的能转化为电能2.电路中的能量转化1纯电阻电路中P电=P热2在非纯电阻电路中P电=P热+P其他3.闭合电路的功率分析1公式表达由闭合电路欧姆定律可得IE=IU+I2r2物理意义电源把其他形式的能量转化为电能的功率IE,等于电源输出功率IU与电源内电路的热功率I2r之和1.自主思考——判一判1电功越大,电功率就越大×2只有纯电阻电路中,电热的表达式是Q=I2Rt×3非纯电阻电路中,电热的表达式是Q=I2Rt√4电动机工作时,消耗的电能大于产生的电热√5电源的功率越大,其输出功率越大×2.合作探究——议一议1根据我们的生活、生产经验列举一些常见的用电器,并说明电能主要转化为什么能?提示
①电灯,把电能转化为光能
②电热毯、电熨斗、电饭煲、电热水器,把电能转化为内能热能
③电动机,把电能转化为机械能
④电解槽,把电能转化为化学能2用电器铭牌上所标的功率有何意义?提示用电器铭牌上所标功率指的是用电器的额定功率,即用电器能长时间正常工作时的最大功率,用电器实际工作时,其功率不一定等于额定功率,一般要小于或等于额定功率3电功率与热功率的含义分别是什么,计算公式分别是什么?提示电功率是指某段电路的全部电功率,或这段电路上消耗的全部电功率,计算公式P=IU;热功率是指在这段电路上因发热而消耗的功率,计算公式P=I2R4对一个电动势为E和内电阻一定的电源,在对外供电的过程中,什么情况下电源的总功率最大?什么情况下电源内部的发热功率最大?提示由P总=IE,P内=I2r可知,当流过电源的电流最大时,即回路中电阻值最小时,电源的总功率和电源内部的发热功率最大电功、电功率的计算1.串、并联电路中的功率关系串联电路并联电路功率分配==功率关系P=P1+P2+…+PnP=P1+P2+…+Pn2.额定功率和实际功率1用电器正常工作时所消耗的功率叫做额定功率当用电器两端电压达到额定电压U额时,电流达到额定电流I额,电功率也达到额定功率P额,且P额=U额I额2用电器的实际功率是用电器在实际工作时消耗的电功率为了使用电器不被烧毁,要求实际功率不能大于其额定功率[典例] 额定电压都是110V,额定功率P甲=100W,P乙=40W的电灯两盏,若接在电压是220V的电路上,使两盏电灯均能正常发光,且电路中消耗功率最小的电路是 [思路点拨]⇒⇒[解析] 对灯泡有P=UI=,可知R甲R乙,对于A电路,由于R甲R乙,所以U乙U甲,且有U乙110V,乙灯被烧毁,U甲110V不能正常发光,A错误对于B电路,由于R乙R甲,甲灯又并联变阻器,并联电阻更小于R乙,所以U乙U并,乙灯被烧毁对于C电路,乙灯与变阻器并联电阻可能等于R甲,所以可能U甲=U乙=110V,两灯可以正常发光对于D电路,若变阻器的有效电阻等于甲、乙的并联电阻,则U甲=U乙=110V,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I甲-I乙×110,而D电路中变阻器功率为I甲+I乙×110,所以C电路消耗电功率最小[答案] C1.当电阻两端加上某一稳定电压时,通过该电阻的电荷量为
0.3C,消耗的电能为
0.9J为在相同时间内使
0.6C的电荷量通过该电阻,在其两端需加的电压和消耗的电能分别是 A.3V
1.8J B.3V
3.6JC.6V
1.8JD.6V
3.6J解析选D 设两次加在电阻R上的电压分别为U1和U2,通电的时间都为t由公式W1=U1q1和W1=t可得U1=3V,=
0.1s·Ω-1再由W2=U2q2和W2=t可求出U2=6V,W2=
3.6J,故选项D正确2.一只规格为“220V 2000W”的电炉,它在正常工作时的电阻是多少?若电网电压为200V,电炉工作时的实际功率是多少?在220V电压下,如果平均每天使用电炉2h,求此电炉一个月按30天计算要消耗多少度电?解析设电炉的电阻为R,由P=得R==Ω=
24.2Ω当电压为U′=200V时,电炉的实际功率为P′==W≈1653W在220V的电压下,该电炉一个月消耗的电能为W=Pt=2×2×30kW·h=120kW·h答案
24.2Ω 1653W 120度电功与电热的区别和联系1.纯电阻电路与非纯电阻电路对比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服从欧姆定律I=不服从欧姆定律U>IR或I<能量转化电流做功全部转化为内能电流做功除转化为内能外还要转化为其他形式的能元件举例电阻、电炉丝、白炽灯等电动机、电解槽等2.电功与电热1纯电阻电路W=Q=UIt=I2Rt=t,P电=P热=UI=I2R=2非纯电阻电路电功W=UIt,电热Q=I2Rt,W>Q;电功率P=UI,热功率P热=I2R,P>P热[特别提醒] 在非纯电阻电路中,只能用W=UIt和P=UI计算电功和电功率;Q=I2Rt及P热=I2R计算电热和热功率而且W≠t,P≠,Q≠t,P热≠[典例] 规格为“220V 36W”的排气扇,线圈电阻为40Ω,求1接上220V的电压后,求排气扇转化为机械能的功率和发热的功率;2如果接上220V的电压后,扇叶被卡住,不能转动,求电动机消耗的功率和发热的功率[审题指导]第一步 抓关键点关键点获取信息排气扇规格为“220V,36W”接220V电压电压和功率均达到额定值线圈电阻40Ω可根据“220V36W”求出I,从而求出P热接上电源,电动机不转电路转化为纯电阻电路第二步 找突破口1额定电压下,电流可据I=求出2机械功率可通过P机=P电-P热求出3电动机不工作时,220V电压全加在40Ω电阻上,电动机此时即为“电阻”[解析] 1排气扇在220V的电压下正常工作时的电流为I==A≈
0.16A,发热功率为P热=I2R=
0.162×40W≈1W转化为机械能的功率为P机=P-P热=36W-1W=35W2扇叶被卡住不能转动后,电动机成为纯电阻电路,电流做功全部转化为热能,此时电动机中电流为I′==A=
5.5A,电动机消耗的功率即发热功率P电′=P热′=UI′=220×
5.5W=1210W[答案] 135W 1W 21210W 1210W电动机的功率问题1功率关系P入=P机+P热,即IU=P机+I2R2电动机的效率η=3当电动机被卡不转动时相当于一个纯电阻电路 1.一直流电动机线圈内阻一定,用手握住转轴使其不能转动,在线圈两端加电压为
0.3V时,电流为
0.3A松开转轴,在线圈两端加电压为2V时,电流为
0.8A,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?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==Ω=1Ω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=I1U1=
0.8×2W=
1.6W电动机的机械功率P机=P入-Ir=
1.6-
0.82×1W=
0.96W答案
1.6W
0.96W
2.如图261所示,一台直流电动机所加电压为110V,通过的电流为5A该电动机在10s内把一个质量为50kg的物体匀速提高了9m,求电动机的电功率和电动机线圈的电阻不计摩擦,g取10m/s2图261解析电功率P=UI=110×5W=550W电动机做功的过程就是把电能转化为机械能和内能的过程机械能E=mgh=50×10×9J=4500J内能Q=W-E=Pt-E=550×10-4500J=1000J由焦耳定律Q=I2Rt,得R==Ω=4Ω答案550W 4Ω闭合电路中的功率问题1.电源的有关功率和电源的效率1电源的总功率P总=IE2电源的输出功率P出=IU3电源内部的发热功率P内=I2r4三者关系P总=P出+P内5电源的效率η==,对于纯电阻电路,η=2.纯电阻电路中输出功率与外电阻的关系P出=I2R=R==1当R=r时,电源有最大输出功率P出max=2输出功率P出与外电阻R的图像分析图262
①当R=r时,输出功率最大,P出=
②当Rr时,若R增大,P出增大,当Rr时,若R增大,则P出减小
③除R=r外,图像上总有两点输出功率P出相等,如图中R1与R2,则有2×R1=2×R2整理得R1R2=r2[典例] 如图263所示,已知电源的电动势为E,内阻r=2Ω,定值电阻R1=
0.5Ω,滑动变阻器的最大阻值为5Ω,求图2631当滑动变阻器的阻值为多大时,电阻R1消耗的功率最大?2当滑动变阻器的阻值为多大时,电源的输出功率最大?3当滑动变阻器的阻值为多大时,滑动变阻器消耗的功率最大?[思路点拨]1R1为定值电阻,其功率P1=I2R1,欲使P1最大,需使I最大2外电路是可变电阻,当外电阻等于内电阻时,电源输出功率最大3R2是可变电阻,欲使P2最大,可将R1归为电源内阻,新电源内阻r′=R1+r=
2.5Ω,当R2=r′时,P2最大[解析] 1因为电路是纯电阻电路,则满足闭合电路欧姆定律,有PR1=R1当R2=0时,电阻R1消耗的功率最大,PR1m=R12由电源输出功率最大的条件当R1+R2=r,即R2=r-R1=
1.5Ω时,电源输出的功率最大,Pm=3方法一极值法PR2=R2=R2=当R2=R1+r=
2.5Ω时,滑动变阻器消耗的功率最大,即PR2m=方法二等效电源法如果把电源和R1的电路等效为一个新电源,则整个电路等效为一个新电源和滑动变阻器组成的闭合电路,“外电路”仅一个滑动变阻器R2,这个等效电源的E′和r′可以这样计算把新电源的两端断开,电源电动势E等于把电源断开时电源两端的电压,则新电源的电动势E′=E,而等效电源的内阻r′=R1+r,即两个电阻的串联根据电源的输出功率随外电阻变化的规律,在R2上消耗的功率随外电阻R2的增大而先变大后变小,当R2=r′=R1+r=
2.5Ω时,在R2上消耗的功率达到最大值,即PR2m=[答案] 10
21.5Ω
32.5Ω纯电阻电路中1当变阻器阻值为零时,定值电阻的功率最大2在可变电阻阻值等于等效电源内阻时,可变电阻功率最大,若二者不可能相等,则是在二者最接近时,可变电阻的功率最大 1.多选如图264所示,已知电源内阻为r,定值电阻R0的阻值也为r,滑动变阻器R的总电阻为2r若滑动变阻器的滑片P由A向B滑动,则 图264A.电源的输出功率由小变大B.定值电阻R0上获得的功率由小变大C.电源内部电势降落由小变大D.滑动变阻器消耗的功率变大解析选ABC 由题图可知,当滑动变阻器的滑片P由A向B滑动时,滑动变阻器的有效电阻在减小,外电路电阻由3r逐渐减小为r,由电源的输出功率与外电阻的关系可知,电源的输出功率由小变到最大,故选项A正确;定值电阻R0消耗的功率为PR0=I2R0,而电流在不断增大,则R0消耗的功率也由小变大,电源内部的电压降Ir也由小变大,所以选项B、C正确;对于滑动变阻器消耗的功率的变化情况,可把R0+r=2r看做是新电源的内阻,则可知当R=2r时滑动变阻器消耗的功率最大,当R变小时,其消耗的功率变小,选项D错误
2.如图265所示,R为电阻箱,为理想电压表当电阻箱读数为R1=2Ω时,电压表读数为U1=4V;当电阻箱读数为R2=5Ω时,电压表读数为U2=5V图2651求电源的电动势E和内阻r2当电阻箱R的读数为多少时,电源的输出功率最大?最大输出功率为多少?解析1根据闭合电路欧姆定律有E=U1+r,E=U2+r即E=4+2r,E=5+r解得E=6V,r=1Ω2电源的输出功率为P出=R==,由数学知识可知,当R=r=1Ω时,电源的输出功率最大,最大输出功率为P出m==9W答案16V 1Ω 21Ω 9W1.xx·浙江高考下列说法正确的是 A.电流通过导体的热功率与电流大小成正比B.力对物体所做的功与力的作用时间成正比C.电容器所带电荷量与两极间的电势差成正比D.弹性限度内,弹簧的劲度系数与弹簧伸长量成正比解析选C 在导体电阻一定的条件下,由P=I2R知热功率与电流的二次方成正比,选项A错误根据功的公式可知其大小与力的作用时间无关,选项B错误由电容的定义式可得Q=CU,即电荷量与两极间的电势差成正比,选项C正确弹簧的劲度系数只跟弹簧本身有关,与弹簧伸长量无关,选项D错误2.把两根电阻相同的电热丝先串联后并联分别接在同一电源上,若要产生相等的热量,则两种方法所需的时间之比t串∶t并为 A.1∶1 B.2∶1C.4∶1D.1∶4解析选C 串联后电阻为R1=2r,产生的热量为Q1=·t串=·t串;并联后电阻为R2=,产生的热量为Q2=·t并=·t并,若要Q1=Q2,所以有t串∶t并=4∶13.把六个相同的小灯泡接成如图1甲、乙所示的电路,调节变阻器使灯泡正常发光,甲、乙两电路所消耗的功率分别用P甲和P乙表示,则下列结论中正确的是 图1A.P甲=P乙B.P甲=3P乙C.P乙=3P甲D.P乙3P甲解析选B 设每个灯泡正常工作时的电流为I,则甲图中电路的总电流为3I,P甲=12×3I=36I,乙图中电路的总电流为I,P乙=12×I=12I,故有P甲=3P乙,B正确4.一台电动机的线圈电阻与一只电炉的电阻相同,当二者通过相同的电流且均正常工作时,在相同的时间内
①电炉放出的热量与电动机放出的热量相等
②电炉两端电压小于电动机两端电压
③电炉两端电压等于电动机两端电压
④电动机消耗的功率大于电炉消耗的功率A.
①②④B.
①③C.
②④D.
③④解析选A 由P热=I2R知
①正确因电动机消耗的功率有热功率和机械功率两部分,
④正确对电炉UI=I2R,而电动机U′I=I2R+P机,所以U′>U,
②正确5.多选如图2所示,R
1、R2为定值电阻,L为小灯泡,R3为可变电阻,当R3的阻值减小时 图2A.电压表的示数增大B.R2中的电流减小C.小灯泡的功率减小D.电源路端电压降低解析选ABD 当R3的阻值减小时,总电阻减小,则由闭合电路欧姆定律可得,电路中总电流增大,则由U=E-Ir可知,路端电压减小,故D正确;因干路电流增大,则R1两端的电压增大,故电压表示数增大,故A正确;因路端电压减小,电压表示数增大,则并联部分电压减小,故R2中的电流减小,故B正确;由以上分析可知,通过小灯泡L的电流增大,由P=I2R可知灯泡功率增大,故C错误6.多选现有甲、乙、丙三个电源,电动势E相同,内阻不同,分别为r甲,r乙,r丙用这三个电源分别给定值电阻R供电,已知R=r甲r乙r丙,则将R先后接在这三个电源上的情况相比较,下列说法正确的是 A.接在甲电源上时,电源内阻消耗的功率最大B.接在甲电源上时,定值电阻R两端的电压最大C.接在乙电源上时,电源的输出功率最大D.接在丙电源上时,电源的输出功率最大解析选AD 根据Pr=I2r==,由数学知识可知,当R=r时,Pr最大,故接在甲电源上时,电源内阻消耗的功率最大,选项A正确;因为UR=,故接在甲电源上时,定值电阻R两端的电压最小,选项B错误;电源的输出功率为PR=I2R=,故当内阻r最小时,R上的功率最大,即接在丙电源上时,电源的输出功率最大,故选项D正确,C错误7.如图3所示,直线A为某电源的UI图线,曲线B为某小灯泡的UI图线,用该电源和小灯泡组成闭合电路时,电源的输出功率和电源的总功率分别是 图3A.4W8W B.2W4WC.2W3W D.4W6W解析选D 用该电源和小灯泡组成闭合电路时,电源的输出功率是UI=2×2W=4W,电源的总功率是EI=3×2W=6W选项D正确8.额定电压为
4.0V的直流电动机的线圈电阻为
1.0Ω,正常工作时,电动机线圈每秒产生的热量为
4.0J,下列计算结果正确的是 A.电动机正常工作时的电流强度为
4.0AB.电动机正常工作时的输出功率为
8.0WC.电动机每分钟将电能转化成机械能为
240.0JD.电动机正常工作时的输入功率为
4.0W解析选C 电动机正常工作时的电流强度为I==A=2A,选项A错误;电动机正常工作时的输出功率为P出=IU-P内=2×4W-4W=4W,选项B错误;电动机每分钟将电能转化成机械能为E机=P出t=4×60J=240J,选项C正确;电动机正常工作时的输入功率为P=UI=2×4W=8W,选项D错误9.如图4所示,a、b分别表示一个电池组和一只电阻R的伏安特性曲线用该电池组直接与电阻R连接成闭合电路,则以下说法正确的是 图4A.电池组的内阻是
0.33ΩB.电阻的阻值为1ΩC.电池组的输出功率将是4WD.改变电阻R的阻值时,该电池组的最大输出功率为4W解析选D 根据图线a可得图线a的斜率表示电源内阻,故r==Ω=1Ω,A错误;图线b的斜率表示电阻的大小,故R==Ω=3Ω,故B错误;两图线的交点表示将该电阻接在该电池组两端时电路的工作状态,由图读出路端电压为U=3V,电流为I=1A,电池组的输出功率是P=UI=3W,故C错误;根据数学知识得知,当外电阻等于电池的内阻时,即外电阻R=r=1Ω时,电池组的最大输出功率P出=2R=4W,故D正确10.多选如图5所示,电源的电动势和内阻分别为E、r滑动变阻器的滑片P由a向b缓慢移动的过程中,下列各物理量变化情况为 图5A.电容器所带电荷量一直增加B.电容器所带电荷量先减少后增加C.电源的总功率先减少后增加D.电压表的读数先减少后增加解析选BC 对电路分析可知滑动变阻器两部分是并联,再与另一电阻串连接入电源中所以当两部分电阻相等时,此时的电阻最大,电流最小随着滑动变阻器的滑片P由a向b缓慢移动的过程中,总电阻先增大后减小,导致电流先减小后增大而电容器与电阻R0并联,所以电压先减小后增大,则电容器所带电荷量先减少后增加,故选项A错误、B正确;因电动势不变,则电源的总功率先减少后增加,故选项C正确;因电流先减小后增大,内电压先减小后增大,外电压先增大后减小,由于电压表是测得外电压,所以路端电压是先增加后减少,故选项D错误11.xx·北京高考真空中放置的平行金属板可以用作光电转换装置,如图6所示光照前两板都不带电用光照射A板,则板中的电子可能吸收光的能量而逸出假设所有逸出的电子都垂直于A板向B板运动,忽略电子之间的相互作用保持光照条件不变a和b为接线柱图6已知单位时间内从A板逸出的电子数为N,电子逸出时的最大动能为Ekm元电荷为e1求A板和B板之间的最大电势差Um,以及将a、b短接时回路中的电流I短2图示装置可看作直流电源,求其电动势E和内阻r3在a和b之间连接一个外电阻时,该电阻两端的电压为U外电阻上消耗的电功率设为P;单位时间内到达B板的电子,在从A板运动到B板的过程中损失的动能之和设为ΔEk请推导证明P=ΔEk注意解题过程中需要用到、但题目没有给出的物理量,要在解题中做必要的说明解析1由动能定理得Ekm=eUm,可得Um=短路时所有逸出的电子都到达B板,故短路电流I短=Ne2电源的电动势等于断路时的路端电压,即上面求出的Um,所以E=Um=电源内阻r==3设电阻两端的电压为U,则电源两端的电压也是U由动能定理知,一个电子经电源内部电场后损失的动能ΔEke=eU设单位时间内有N′个电子到达B板,则损失的动能之和ΔEk=N′ΔEke=N′eU根据电流的定义,此时电源内部的电流I=N′e此时流过外电阻的电流也是I=N′e,外电阻上消耗的电功率P=IU=N′eU所以P=ΔEk答案1 Ne 2 3见解析12.如图7所示,一电荷量q=3×10-5C带正电的小球,用绝缘细线悬于竖直放置足够大的平行金属板中的O点开关S合上后,当小球静止时,细线与竖直方向的夹角α=37°已知两板相距d=
0.1m,电源电动势E=15V,内阻r=
0.5Ω,电阻R1=3Ω,R2=R3=R4=8Ωg取10m/s2,已知sin37°=
0.6,cos37°=
0.8求图71电源的输出功率;2两板间的电场强度的大小;3带电小球的质量解析1R2与R3并联后的电阻值R23==4Ω由闭合电路欧姆定律得I==A=2A电源的输出功率P出=IE-Ir=28W2两板间的电压UC=IR1+R23=2×3+4V=14V两板间的电场强度E==140N/C3小球处于静止状态,所受电场力为F,又F=qE由平衡条件得竖直方向Tcosα-mg=0水平方向Tsinα-qE=0带电小球的质量m=
5.6×10-4kg答案128W 2140N/C
35.6×10-4kg 闭合电路的综合问题1.多选直流电路如图1所示,在滑动变阻器的滑片P向右移动时,电源的 图1A.总功率一定减小B.效率一定增大C.内部损耗功率一定减小D.输出功率一定先增大后减小解析选ABC 滑动变阻器的滑片P向右移动时电路的总电阻变大,根据I=可知总电流变小,电源的总功率P总=IE减小,选项A正确;电源的效率η==,又U=IR,E=IR+r,所以η==,当R增大时,电源的效率增大,选项B正确;电源内部损耗功率P损=I2r减小,选项C正确;电源的输出功率P=IU,经推导可知当外电路电阻等于电源内阻时输出功率最大,由于电源内阻未知,故不能确定电源输出功率的变化情况,选项D错误
2.如图2所示,E为内阻不能忽略的电池,R
1、R
2、R3为定值电阻,S
0、S为开关,与分别为电压表与电流表初始时S0与S均闭合,现将S断开,则 图2A.的读数变大,的读数变小B.的读数变大,的读数变大C.的读数变小,的读数变小D.的读数变小,的读数变大解析选B 将S断开,则电路的总电阻变大,总电流变小,由U=E-Ir知,路端电压变大,故电压表的示数变大;R1两端的电压IR1变小,则R3两端的电压变大,流过R3的电流变大,电流表的示数变大选项B正确
3.在某控制电路中,需要连成如图3所示的电路,它主要由电动势为E、内阻为r的电源与定值电阻R
1、R2及电位器滑动变阻器R连接而成,L
1、L2分别是红、绿指示灯,当电位器的触头由弧形碳膜的中点逆时针滑向a端时,下列说法中正确的是 图3A.L
1、L2两个指示灯都变亮B.L
1、L2两个指示灯都变暗C.L1变亮,L2变暗D.L1变暗,L2变亮解析选B 当电位器的触头由弧形碳膜的中点逆时针滑向a端时,电位器接入电路的电阻减小,根据串联、并联电路的特点可知电路中的总电阻减小,由闭合电路欧姆定律可得干路电流增大,内电压增大,路端电压减小,L1变暗,通过L1的电流减小,故通过R1的电流增大,R1两端的电压增大,L2及R2两端的电压减小,L2的功率减小,L2变暗,选项B正确
4.在如图4所示的电路中,电源的负极接地,其电动势为E、内阻为r,R
1、R2为定值电阻,R3为滑动变阻器,C为电容器,、为理想电流表和理想电压表在滑动变阻器滑片P自a端向b端滑动的过程中,下列说法中正确的是 图4A.a点的电势降低B.电压表示数变小C.电流表示数变小D.电容器C所带电荷量增多解析选A 在滑动变阻器滑片P自a端向b端滑动的过程中,外电路电阻减小,电源输出电流变大,路端电压减小,R1两端电压升高,故a点的电势降低,电压表示数变大,通过R2的电流减小,电流表示数变大;因R2与R3并联,R2两端电压降低,故电容器C两端电压降低,电容器C所带电荷量减少,选项A正确,B、C、D错误
5.如图5所示的电路中,灯泡A和灯泡B原来都是正常发光的,现在突然灯泡A比原来变暗了些,灯泡B比原来变亮了些,则电路中出现的故障可能是 图5A.R3断路B.R2断路C.R1短路D.R
1、R2同时短路解析选B 由电路图可知,通过灯泡A的电流等于通过灯泡B的电流与通过R2的电流之和灯泡A比原来变暗了些,灯泡B比原来变亮了些,说明通过灯泡B的电流变大,而通过灯泡A的电流变小,因此通过R1的电流变小,所以B正确R3断路或R1短路都会使两灯泡都比原来变亮;R
1、R2同时短路会使灯泡A比原来变亮,灯泡B熄灭6.电源的效率η定义为外电路电阻消耗的功率与电源的总功率之比在测电源电动势和内电阻的实验中得到的实验图线如图6所示,图中U为路端电压,I为干路电流,a、b为图线上的两点,相应状态下电源的效率分别为ηa、ηb由图可知ηa、ηb的值分别为 图6A.、 B.、C.、D.、解析选D 由UI图像可知,若电源的电动势为6U0,则a、b两点对应的路端电压分别为4U
0、2U0,电源的效率η==,所以ηa==,ηb==,选项D正确
7.如图7所示电路,电源内阻不可忽略开关S闭合后,在滑动变阻器R0的滑动端向下滑动的过程中 图7A.电压表与电流表的示数都减小B.电压表与电流表的示数都增大C.电压表的示数增大,电流表的示数减小D.电压表的示数减小,电流表的示数增大解析选A 滑动变阻器R0的滑动端向下滑动的过程中,R0接入电路的电阻变小,电路的总电阻变小,总电流变大,电源的内电压变大,路端电压变小,电压表的示数变小,R1两端的电压变大,R2两端的电压变小,电流表的示数变小选项A正确
8.多选如图8所示,闭合开关S后,A灯与B灯均发光,当滑动变阻器的滑片P向左滑动时,以下说法中正确的是 图8A.A灯变亮B.B灯变亮C.电源的输出功率可能减小D.电源的总功率可能增大解析选AC 当滑动变阻器的滑片P向左滑动时,电阻变大,则总电阻变大,总电流变小,电源的总功率变小,选项D错误;当外电路的电阻等于内阻时,输出功率最大,滑片P向左滑动时,电源的输出功率可能减小,选项C正确;因总电流减小,所以B灯变暗,选项B错误;总电流减小引起内电压和B灯两端的电压减小,所以A灯两端的电压变大,A灯变亮,选项A正确9.某同学将一直流电源的总功率PE、输出功率PR和电源内部的发热功率Pr随电流I变化的图线画在了同一坐标内,如图9所示,求图91电源内阻r;2当电流为
1.5A时,外电路的电阻及此时电源的效率解析1电源的总功率PE=EI,则电源的电动势E==V=8V;电源的输出功率P出=IE-I2r;电源内部的发热功率Pr=I2r,由图像知,当I=1A时,Pr=4W,则r==Ω=4Ω2当电流为
1.5A时,P出=IE-I2r=
1.5×8W-
1.52×4W=3W,则R==Ω=Ω此时电源的效率η=×100%=25%答案14Ω 4Ω 25%10.如图10所示,电灯L标有“4V1W”,滑动变阻器R1的总电阻为50Ω当滑片P滑至某位置时,L恰好正常发光,此时电流表示数为
0.45A由于外电路发生故障,电灯L突然熄灭,此时电流表示数变为
0.5A,电压表示数为10V若导线连接完好,电路中各处接触良好试问图101发生的故障是短路还是断路?发生在何处?2发生故障前,滑动变阻器接入电路的阻值为多大?3电源的电动势和内电阻为多大?解析1电路发生故障后,电流表读数增大,路端电压U=U2=I2R2也增大,因此外电路总电阻增大,一定在外电路某处发生断路由于电流表有读数,R2不可能断路,电压表也有读数,滑动变阻器R1也不可能断路,只可能是电灯L发生断路2L断路后,外电路只有R2,因无电流流过R1,电压表示数即为路端电压U2=U端=10V,R2==Ω=20ΩL未断路时恰好正常发光,UL=4V,IL==
0.25A,U端′=U2′=I2′R2=
0.45×20V=9V,R1===Ω=20Ω3根据闭合电路欧姆定律E=U+Ir,故障前E=9+
0.45+
0.25r,故障后E=10+
0.5r,得E=
12.5V,r=5Ω答案1断路 灯L 220Ω
312.5V 5Ω
11.如图11所示的电路中,直流发电机的电动势E=250V,内电阻r=3Ω,R1=R2=1Ω,电热器组中装有50只完全相同的电热器,每只电热器的额定电压为200V,额定功率为1000W,其他电阻不计,并且不计电热器电阻随温度的变化问图111当接通几只电热器时,实际使用的电热器都能正常工作?2当接通几只电热器时,发电机输出的功率最大?3当接通几只电热器时,电热器组加热物体最快?4当接通几只电热器时,电阻R
1、R2上消耗的功率最大?5当接通几只电热器时,实际使用的每只电热器中电流最大?解析不计电热器电阻随温度的变化,则每只电热器的电阻R0==Ω=40Ω每只电热器的额定电流I0==A=5A1要使用电器正常工作,必须使电热器两端的实际电压等于额定电压200V,因此干路电流I==A=10A而每只电热器额定电流为5A,则电热器的数量n1==2只2要使电源输出功率最大,必须使外电阻等于内电阻,因此可得电热器总电阻R=r-R1+R2=3Ω-1+1Ω=1Ω,所以n2===40只3要使电热器组加热物体最快,就必须使电热器组得到的电功率最大,R
1、R2视为等效电源内阻,要使电热器的总功率最大,必须使其总电阻R′=R1+R2+r=1Ω+1Ω+3Ω=5Ω所以n3===8只4要使R
1、R2上消耗的功率最大,必须使其电流为最大,由此电路中总电阻必须最小,即当50只电热器全接通,可满足要求,所以n4=50只5I总==,每只电热器的电流I=I总=,n=1时,I最大,所以n5=1只答案12只 240只 38只450只 51只。