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xx届桃州中学高三物理导学案第二章恒定电流2019-2020年高考物理一轮复习
2.3欧姆定律、焦耳定律导学案新人教版选修3-1【学习目标】1.了解线形元件和非线形元件;了解焦耳定律在生活、生产中的应用.2.应用欧姆定律、焦耳定律.【知识要点】
一、部分电路欧姆定律1.内容导体中的电流跟它两端的电压成,跟它的电阻成.2.公式.3.适用范围1金属导电和电解液导电对气体导电不适用;2纯电阻电路不含电动机、电解槽等的电路4.导体的伏安特性曲线1IU图线以为纵轴,为横轴画出的描述导体上的电流随电压变化的曲线,如图所示.2比较电阻的大小图线的斜率k==,图中R1R2填“>”“=”或“<”.3线性元件伏安特性曲线是的电学元件,如上图所示.线性元件适用欧姆定律.4非线性元件伏安特性曲线为曲线的电学元件,如图所示.非线性元件不适用欧姆定律
二、电功和电功率1.电功电流做功的实质是导体中的____________对____________的静电力在做功.使得电荷的__________减少,_________转化为其他形式的能,因此,电功的公式w=___________.这是计算电功普遍适用的公式.2.电功率单位时间内电流所做的功,叫电功率,其公式P=_________=__________,这是计算电功率普遍适用的公式,对于纯电阻电路,电功率还可以表示成P=________=________.3.用电器在额定电压下消耗的功率叫_____________.
三、焦耳定律1.内容对于阻值一定的导体,电流通过导体产生的热量与____________________成正比,与____________成正比,与_______________成正比.2.数学表达式__________________.3.电功和电热关系1纯电阻用电器电流通过用电器以发热为目的,例如电炉、电熨斗、电饭锅、电烙铁、白炽灯泡等.2非纯电阻用电器电流通过用电器是以转化为热能以外的形式的能为目的,发热不是目的,而是难以避免的热能损失.例如电动机、电解槽给蓄电池充电,日光灯等.在纯电阻电路中,电能全部转化为热能,电功等于电热,即是通用的,没有区别.同理也无区别.在非纯电阻电路中,电路消耗的电能,即w=UIt分为两部分,一大部分转化为其他形式的能例如电流通过电动机,电动机转动,电能转化为机械能;另一小部分不可避免地转化为电热Q=I2Rt电枢的电阻生热.W=E其他+Q.电功只能用w=UIt计算;电热只能用Q=I2Rt计算.【典型例题】【例题1】xx·衡水模拟小灯泡通电后其电流I随所加电压U变化的图线如图所示,P为图线上一点,PN为图线在P点的切线,PQ为U轴的垂线,PM为I轴的垂线,则下列说法中正确的是 A.随着所加电压的增大,小灯泡的电阻增大B.对应P点,小灯泡的电阻为R=C.对应P点,小灯泡的电阻为R=D.对应P点,小灯泡的功率为图中矩形PQOM所围面积【例题2】.如图甲所示某一热敏电阻电阻随温度的改变而改变,且对温度很敏感的I-U关系曲线.在图乙所示的电路中,电源电压为9V,电流表读数为70mA电流表内阻不计,定值电阻R1=250Ω,由热敏电阻的I-U关系曲线可知,热敏电阻两端的电压为______V,电阻R2的阻值为________Ω,此时热敏电阻的阻值为________Ω.【例题3】如图所示,A为电解槽,M为电动机,N为电炉子,恒定电压U=12V,电解槽内阻rA=2Ω,当S1闭合,S
2、S3断开时,示数为6A;当S2闭合,S
1、S3断开时,示数为5A,且电动机输出功率为35W;当S3闭合,S
1、S2断开时,示数为4A.求1电炉子的电阻及发热功率各多大?2电动机的内阻是多少?3在电解槽工作时,电能转化为化学能的功率为多少?【例题4】有一个小型直流电动机,把它接入电压为U1=
0.2V的电路中时,电机不转,测得流过电动机的电流是I1=
0.4A;若把电动机接入U2=
2.0V的电路中,电动机正常工作,工作电流是I2=
1.0A,求电动机正常工作时的输出功率多大?如果在电动机正常工作时,转子突然被卡住,此时电动机的发热功率是多大?【能力训练】1.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=U2t/R只适用于纯电阻的电路C.在不是纯电阻的电路中,UII2RD.焦耳热Q=I2Rt适用于任何电路
2.如图所示的电路中,输入电压U恒为12V,灯泡L上标有“6V12W”字样,电动机线圈的电阻RM=
0.50Ω.若灯泡恰能正常发光,以下说法中正确的是 A.电动机的输入功率为12WB.电动机的输出功率为12WC.电动机的热功率为
2.0WD.整个电路消耗的电功率为22W3.家用电器即使没有使用,只要插头插在电源上处于待机状态,就会消耗电能.根据下表提供的数据,估算这些电器待机1天耗电约为 家用电器1台台式电脑1台平板电视机1台空调1台洗衣机待机功率瓦4142A.
0.3度B.
0.6度C.
0.9度D.
1.2度4.xx·杭州模拟如图所示是某导体的IU图线,图中α=45°,下列说法正确的是 A.通过电阻的电流与其两端的电压成正比B.此导体的电阻R=2ΩC.IU图线的斜率表示电阻的倒数,所以R=cot45°=
1.0ΩD.在R两端加
6.0V电压时,每秒通过电阻截面的电荷量是
3.0C5.xx·镇江模拟如图所示,电阻R1=20Ω,电动机绕线电阻R2=10Ω,当电键S断开时,电流表的示数是I1=
0.5A;当电键S合上后,电动机转动起来,电路两端的电压不变,此时电流表的示数I和电路消耗的电功率P应满足 A.I=
1.5AB.I
1.5AC.P=15WD.P15W
6.xx·保定联考有三个用电器,分别为日光灯、电烙铁和电风扇,它们的额定电压和额定功率均为“220V60W”.现让它们在额定电压下工作相同时间,产生的热量 A.日光灯最多B.电烙铁最多C.电风扇最多D.一样多
7.电阻R和电动机M串联接到电路中,如图所示,已知电阻R跟电动机线圈的电阻值相等,电键接通后,电动机正常工作.设电阻R和电动机M两端的电压分别为U1和U2,经过时间t,电流通过电阻R做功为W1,产生热量为Q1,电流通过电动机做功为W2,产生热量为Q
2.则有 A.U1U2,Q1=Q2 B.U1=U2,Q1=Q2C.W1=W2,Q1Q2D.W1W2,Q1Q
28.某种金属导体的U-I,图象如图所示,图象上A点和原点的连线与横轴成α角,A点的切线与横轴成β角.关于该导体的叙述下列说法中正确的是 A.导体的电功率随电压U的增大而增大B.导体的电功率与电压U的平方成正比C.在A点,导体的电阻为tanβD.在A点,导体的电阻为tanα9如图所示,有一个提升重物用的直流电动机,电动机铭牌有“电机内阻r=
0.6Ω”的标志,如果已知电路中的固定电阻R=10Ω,电路两端电压U=160V,电压表的示数U′=110V.根据以上数据试计算1通过电动机的电流.2电动机的输入功率.3电功机的输出功率.
10.如图所示,电源的电动势E=12V,内阻r=
0.5Ω,将一盏额定电压为8V、额定功率为16W的灯泡与一个线圈电阻R为
0.5Ω的直流电动机并联后接在电源上,灯泡刚好正常发光,则这台电动机的输出功率是多少?机械效率是多少?例题答案
1.[答案] ABD[解析] 由于灯泡的电阻R=,结合图象知,A、B正确,C错误;小灯泡的功率P=UI,所以D正确.
2.【答案】
5.3
108.8
155.9【解析】 由图甲可以看出,热敏电阻的阻值不是定值,因此,对于本题中的两个问题,必须通过图像才能顺利求解.由图乙电路,可求得通过电阻R1的电流强度I1==A=36mA,从而得到通过R2和热敏电阻中的电流强度I2=70-36mA=34mA.再由图甲所示的I-U关系曲线,读出当通过热敏电阻中的电流强度为34mA时对应的电压值为
5.3V.可求出电阻R2的阻值为R2==Ω=
108.8Ω.此时热敏电阻的阻值为R=Ω=
155.9Ω.
3.【答案】 12Ω 72W 21Ω 316W解析 电解槽、电动机为非纯电阻电路,电炉子为纯电阻.不论哪一种电路都遵守能量守恒定律.即满足电功=电热+其他能量的关系.1电炉子为纯电阻,由欧姆定律I=得R==Ω=2Ω其发热功率为PR=UI1=12×6W=72W.2电动机为非纯电阻,由能量守恒定律得UI2=IrM+P输出所以rM==Ω=1Ω.3电解槽工作时,由能量守恒定律得P化=UI3-IrA所以P化=12×4-42×2W=16W.
4.[答案] P出=
1.5W P热=8W[尝试解答] U1=
0.2V时,电动机不转,此时电动机为纯电阻.故电动机线圈内阻r==Ω=
0.5ΩU2=
2.0V时,电动机正常工作.此时电动机为非纯电阻,则由电功率与热功率各自的定义式,得P电=U2I2=2×1W=2W.P热=Ir=12×
0.5W=
0.5W.所以由能量守恒,电动机的输出功率.P出=P电-P热=2W-
0.5W=
1.5W.此时若电动机突然被卡住,则电动机又为纯电阻,其热功率P热==W=8W.反馈训练能力训练答案
1.
2.解析 AC 灯泡L能正常发光,则电动机两端电压为6V,通过电动机的电流IM=IL==A=2A,则电动机的输入功率P入=UIM=6×2W=12W,A对;整个电路消耗的电功率P总=PL+PM=24W,D错;电动机的热功率P热=IRM=4×
0.50W=
2.0W,C对;电动机的输出功率P出=P入-P热=12-
2.0W=10W,B错.
3.解析 A 1度=103×3600J=
3.6×106J,这些用电器一天耗电W=Pt=4+1+4+2×24×3600J=
9.5×105J=
0.3度.故A正确,B、C、D错误.
4.解析 ABD 由IU图线知图线为过原点的斜线,故A正确;图线的斜率为电阻的倒数,故R==Ω=2Ω,B对.由于两坐标轴的物理意义及标度不同,故图线的斜率k不能用三角函数表示,C错误;由I==A=
3.0A,故q=It=
3.0×1C=
3.0C,D项正确.
5.解析 BD 当电键S断开时,电动机没有通电,欧姆定律成立,所以电路两端的电压U=I1R1=10V;当电键S合上后,电动机转动起来,电路两端的电压U=10V,通过电动机的电流应满足UI2IR2,故I21A,所以电流表的示数I
1.5A,电路消耗的电功率P=UI15W,故B、D正确,A、C错误.
6.[答案] B[解析] 因三种用电器的额定电压、额定功率都相同,它们在相同时间内消耗的电能也都相同.电烙铁为纯电阻用电器,消耗的电能全部转化为热量,而日光灯、电风扇为非纯电阻用电器,消耗的电能仅有一小部分转化为热量,故只有B正确.
7.答案A.[解析] 电动机是非纯电阻,其两端电压U2IR=U1,B错;电流做的功W1=IU1t,W2=IU2t,因此W1W2,C错;产生的热量由Q=I2Rt可判断Q1=Q2,A对D错.
8.答案A.[正确解答] 由图象知,U增大,电流I也增大,该导体的电功率在数值上等于横纵坐标确定的矩形面积,则电功率增大,故选项A正确;由欧姆定律知,导体的电阻R=,随U增大,I增大得越来越慢,故导体的电阻R随U的增大而增大.由P=知导体的电功率与电压U的平方不成正比,故选项B错误.在物理图象上,图线的倾角决定于标度的选取,不能用倾角的正切求斜率,所以C、D选项都不正确.
9.[答案] 15A 2550W 3535W[解析] 1电阻R与电动机串联,所以电流相等,对电阻R根据欧姆定律由串并联的规律可得I===5A2电动机的输入功率P入=IU′=5×110W=550W3电动机的发热功率Pr=I2r=52×
0.6W=15W电动机的输出功率P出=P入-Pr=535W
10.[答案] 30W
62.5%[解析] 设电路的总电流为I,则电源的总功率为EI,电源内阻的热功率为I2r,灯泡正常发光消耗的功率为PL,路端电压U与通过电动机的电流I′的乘积为电动机的输入功率.由能量守恒定律有EI=I2r+PL+UI′灯泡的额定电流为IL==2A,所以I′=I-IL,由以上两式可得I=8A,I′=6A电动机的输出功率为P出=UI′-I′2R=30W电动机的机械效率为η=×100%=×100%=
62.5%选修3-1。