高二物理電學(xué)專(zhuān)題提升專(zhuān)題18三個(gè)公式：歐姆定律、電功率和熱功率的使用

1、專(zhuān)題18三個(gè)公式：歐姆定律、電功率和熱功率的使用一：專(zhuān)題概述1 .歐姆定律i=R勺使用過(guò)壬山出陽(yáng)上西遒媚車(chē)靠LB哪曳帆兩強(qiáng)的電壓滿足.IR.2ri2r_附函耶鈍電JB滿足適於曲?<定律,因一P電=UI=P熱+P其他=IR+P其他,所以UI>IR,即非純電2 .純電阻電路與非純電阻電路的比擬W=Q1r純電|肌一用甩器純電阻-1巾=/詢(xún)=?/a,r2如電阻.電爐子、白熄燈等L“iy曲斗修：也如電風(fēng)扇,電動(dòng)機(jī).他解槽等3 .電動(dòng)機(jī)的三個(gè)功率及關(guān)系輸入功率電動(dòng)機(jī)的總功率.由電動(dòng)機(jī)電路中的電流和電壓決定,即P總=P入=UI輸出功率電動(dòng)機(jī)的有用功的功率,也叫做機(jī)械功率熱功率電動(dòng)機(jī)線圈上有電阻,

2、電流通過(guò)線圈時(shí)會(huì)發(fā)熱,熱功率P熱=Ir二百大系P總=P出+P熱效率PP出y=k><100*丁X100%PkP總特別說(shuō)明正常工作的電動(dòng)機(jī)是非純電阻元件電動(dòng)機(jī)因故障或其他原因不轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),相當(dāng)一個(gè)純電阻兀件4 .閉合電路的功率及效率問(wèn)題電源總功率任意電路：P總=EI=P出+P內(nèi)純電阻電路:P總=I2(R+r)='RR+r電源內(nèi)部消耗的功率P內(nèi)=Ir=P總一P出電源的輸任意電路：P出=UI=P總一P內(nèi)出功率純電阻電路：P出=I2E2RR(R+r)2P出與外電阻R的關(guān)系匕pd隼N,fliN電源的效率一P出任息電路：,=區(qū)*U100%=e><100%R純電阻電路：Y=-X10

3、0%R+r二：典例精講1.電功、電功率的計(jì)算典例1:一臺(tái)電動(dòng)機(jī)的線圈電阻與一只電爐的電阻相同,都通過(guò)相同的電流,在相同時(shí)間內(nèi).A.電爐放熱與電動(dòng)機(jī)放熱相等B.電爐兩端電壓小于電動(dòng)機(jī)兩端電壓C.電爐兩端電壓等于電動(dòng)機(jī)兩端電壓D.電動(dòng)機(jī)消耗的功率大于電爐的功率【答案】ABD【解析】電爐屬于純電阻,電動(dòng)機(jī)屬于非純電阻,對(duì)于電爐有；口=風(fēng)放熱0=尸電消耗功率片尸叢對(duì)于電動(dòng)機(jī)有;6鞏放熱0二廣電消耗功率P二口"及2.純電阻電路和非純電阻電路典例2:一只電飯煲和一臺(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

4、動(dòng)機(jī)的電流是0.50A,那么以下說(shuō)法中正確的選項(xiàng)是A.電飯煲的電阻為44Q,洗衣機(jī)電動(dòng)機(jī)線圈的電阻為440QB.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155.5WC.1min內(nèi)電飯煲消耗的電能為6.6X104J,洗衣機(jī)電動(dòng)機(jī)消耗的電能為6.6X103JD.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【解析】由于電飯煲是純電阻元件,所以_U-Ri=44Q,P1=U11=1100WI1其在1min內(nèi)消耗的電能W=Ul1t=6.6X104J洗衣機(jī)為非純電阻元件,所以RwUP2=UI2=110W1 2其在1min內(nèi)消耗的電能W=UI2t=6.6X103J其熱功率P熱wp2

5、,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.應(yīng)選項(xiàng)C正確.3 .含電動(dòng)機(jī)的非純電阻電路典例4:下表列出了某品牌電動(dòng)自行車(chē)及所用電動(dòng)機(jī)的主要技術(shù)參數(shù),不計(jì)其自身機(jī)械損耗.假設(shè)該車(chē)在額定狀態(tài)下以最大運(yùn)行速度行駛,那么()40kg額定電壓48V75kg額定電流12A最大行駛速度20km/h額定輸出功率350WA.電動(dòng)機(jī)的輸入功率為576WB,電動(dòng)機(jī)的內(nèi)電阻為4QC.該車(chē)獲得的牽引力為104ND.該車(chē)受到的阻力為63N【答案】AD【解析】由于248V,Q12A,那么P=BJ=570%,應(yīng)選項(xiàng)A正確$因八二尸肘+A,匚當(dāng)薩113行Q,應(yīng)選項(xiàng)B錯(cuò)j由產(chǎn)出二曲二野,F=6=63N,應(yīng)選項(xiàng)C錯(cuò)事D正

6、確.Jr4 .電路中的有關(guān)功率及效率典例4:如下圖,電源電動(dòng)勢(shì)為6V,內(nèi)阻為1,保護(hù)電阻R=0.5那么當(dāng)電阻箱R讀數(shù)為多少時(shí),保護(hù)電阻R消耗的電功率最大,且這個(gè)最大值為：()A.1Q4WB.1Q8WC.08WD.0.5Q8W【答案】C一,E2R口口、BBB【解析】保護(hù)電阻消耗的功率為P0=-一°d、2,因R和r是常量,而R是變量,所以R最小時(shí),P0最(r+R+R)大,即R=0時(shí),P0max=-'-2=S2W=8W.應(yīng)選項(xiàng)C正確.(r+R)1.5【拓展延伸1】在【典例】中的條件不變,那么當(dāng)電阻箱R的讀數(shù)為多少時(shí),電阻箱R消耗的功率注最大且這個(gè)最大值為()D.1.5Q6WA.1Q

7、6WB.0.5Q8WC.1Q1.5W【解析】這時(shí)要把保護(hù)電阻R與電源內(nèi)阻r算在一起,據(jù)以上結(jié)論,當(dāng)R=R)+rIPF=(1+0.5)Q=1.5Q時(shí),Pmax=E24(r+R)624X1.5W=6W.應(yīng)選項(xiàng)D正確.【拓展延伸2】在【典例】中,假設(shè)電阻箱R的最大值為3R=5那么當(dāng)電阻箱R讀數(shù)為多少時(shí),電阻箱R的功率最大且這個(gè)最大值為()A.3Q4WB.2Q4WC.3Q4WD.144W33【答案】C【解析】把扁=5C當(dāng)作電源內(nèi)阻的一局部,那么等效電源內(nèi)阻訪6Q,而電阻箱H的最大值為3小于6Q,P=Yrk,那么不能滿足尺=,/當(dāng)電阻箱無(wú)的電阻取3Q時(shí),無(wú)消耗功率最耳十二大,最大值為；：W*應(yīng)選項(xiàng)C正確

8、,【拓展延伸3】在【典例】中的條件不變,那么電源的最大輸出功率為()A.3WB.4WC.5WD.9W【答案】D【解析】由電功率公式P出=(m)2R外=7"2,當(dāng)改卜=時(shí),P出最大,即R=rR)=0.5QE+r,(Rr)-+4rR卜一E262,一一時(shí),P出max='=W=9W.應(yīng)選項(xiàng)D正確.4r4三總結(jié)提升1 .電功和電熱的處理方法(1)首先要分清所研究的電路是純電阻電路還是非純電阻電路,正確選擇計(jì)算公式.(2)處理非純電阻電路的計(jì)算問(wèn)題時(shí),要善于從能量轉(zhuǎn)化的角度出發(fā),緊緊圍繞能量守恒定律,利用“電功=電熱+其他能量尋找等量關(guān)系求解.2 .最大功率問(wèn)題的兩點(diǎn)注意2日八1解決最大

9、功率問(wèn)題時(shí),要弄清是定值電阻還是可變電阻的最大功率,定值電阻的最大功率用P=i2r=U分R析,可變電阻的最大功率用等效電源法求解.2電源輸出功率最大時(shí),效率不是最大,只有50%四提升專(zhuān)練1.多項(xiàng)選擇以下關(guān)于電功、電功率和焦耳定律的說(shuō)法中正確的選項(xiàng)是.A.電功率越大,電流做功越快,電路中產(chǎn)生的焦耳熱一定越多2cU2B.W=UIt適用于任何電路,而W=IRt=-t只適用于純電阻的電路RC.在非純電阻的電路中,ui>i2rD.焦耳熱Q=|2Rt適用于任何電路【答案】BCD【解析】電功率公式亨,功率越大j表示電流做功越快,對(duì)干一段電路,有尸=了5片,焦耳熱產(chǎn)售網(wǎng),可見(jiàn)0與尸、51者造關(guān).所以,P

10、越大,.不一定祗大A不對(duì).陽(yáng)二如是電動(dòng)的定義式,適用于任何電路,而匚1只適用于純電阻的電路,B對(duì).在非觸電阻的電路中,電流所做的功二焦耳熱十其他形式的能,所以的.,即C正確,3=尸咫是焦耳熱的定義式,適用于任何電路中產(chǎn)生的焦耳熟,D正確.2.多項(xiàng)選擇有一家用電風(fēng)扇,電風(fēng)扇兩端的電壓為220V,工作電流為0.5A,那么以下說(shuō)法中,正確的選項(xiàng)是.A.電扇線圈的電阻為440QB.電扇線圈的電阻大于440QC.電扇線圈的電阻小于440QD.電風(fēng)扇線圈的電阻滿足歐姆定律【答案】CD【解析】電風(fēng)扇是非純電阻,故電風(fēng)扇兩端的電壓滿足U>IR,所以220>0.5R,所以4440Q.選CD.3.多項(xiàng)

11、選擇現(xiàn)用充電器為一電池充電,等效電路如下圖,充電器電源的車(chē)出電壓為U,輸出電流為I,電池的內(nèi)阻為r.以下說(shuō)法中正確的選項(xiàng)是A.充電器輸出的電功率為UI+I2rB.電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的功率為UI-I2rC,電池產(chǎn)生的熱功率為12rlrD.充電器的充電效率為仃X100%【答案】BC【解析】充電器輸出的電功率為",A項(xiàng)錯(cuò)誤;電胃辭專(zhuān)化為化學(xué)能的功率為輸出功率減電池的熱功率B項(xiàng)正確;電池內(nèi)阻為純電阻E項(xiàng)正確;充電器的充電效率應(yīng)為等對(duì)M加D項(xiàng)錯(cuò)誤.4.電子產(chǎn)品制作車(chē)間里常常使用電烙鐵焊接電阻器和電容器等零件,技術(shù)工人常將電烙鐵和一個(gè)燈泡串聯(lián)使用,燈泡還和一只開(kāi)關(guān)并聯(lián),然后再接到市電上如下圖,以下

12、說(shuō)法正確的選項(xiàng)是.220V電焰鐵A.開(kāi)關(guān)接通時(shí)比開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)消耗的總電功率大B.開(kāi)關(guān)接通時(shí),燈泡熄滅,只有電烙鐵通電,可使消耗的電功率減小C.開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí),燈泡發(fā)光,電烙鐵也通電,消耗的總功率增大,但電烙鐵發(fā)熱較少D.開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí),燈泡發(fā)光,可供在焊接時(shí)照明使用,消耗總功率不變【答案】A【解析】開(kāi)關(guān)接通時(shí),燈泡被短路,燈泡熄滅,電路的總電阻變小,電路的總功率P=U變大,電烙鐵的功R率變大.5 .多項(xiàng)選擇如下圖,電源電動(dòng)勢(shì)均為E=12V,內(nèi)阻均為r=3a.Ro=1Q,直流電動(dòng)機(jī)內(nèi)阻R'=1.當(dāng)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器使R=2Q時(shí),圖甲電路輸出功率最大.調(diào)節(jié)R使圖乙電路輸出功率最大,且此時(shí)電動(dòng)機(jī)剛好正常工

13、作額定功率為6W,那么此時(shí)R的阻值和電動(dòng)機(jī)的熱功率P為A.R=2QB.R=1.5C. P=6WD. P=4W【答案】BD【解析】?jī)蓤D中的電源相同,它們的最大輸出功率相同由圖甲得電流鼻匚上A時(shí)輸出功率最大,且最大值為尸尸典-我=12W;對(duì)圖乙電動(dòng)機(jī)的功率為6W&的功率=艮的=6W,故電阻尼,5RA錯(cuò)誤.B正確;電動(dòng)機(jī)的熱功率PNJHWC錯(cuò)誤Q正確6 .將一電源與一電阻箱連接成閉合回路,測(cè)得電阻箱所消耗功率P與電阻箱讀數(shù)R變化的曲線如下圖,由此可知A.電源最大輸出功率可能大于45WB.電源內(nèi)阻一定等于5QC.電源電動(dòng)勢(shì)為45VD.電阻箱所消耗功率P最大時(shí),電源效率大于50%【答案】B【解析

14、】由于題述將一電源與一電阻箱連接成閉合回路,電阻箱所消耗功率P等于電源輸出功率.由電阻箱所消耗功率P與電阻箱讀數(shù)R變化的曲線可知,電阻箱所消耗功率P最大為45W,所以電源最大輸出功率為45W,選項(xiàng)A錯(cuò)誤；由電源輸出功率最大的條件可知,電源輸出功率最大時(shí),外電路電阻等于電源內(nèi)阻,所以電源內(nèi)阻一定等于5,選項(xiàng)B正確；由電阻箱所消耗功率P最大值為45W可知,此時(shí)電阻箱讀數(shù)為R=5Q,電流1=、器=3A,電源電動(dòng)勢(shì)E=IR+r=30V,選項(xiàng)C錯(cuò)誤；電阻箱所消耗功率P最大時(shí),電源效率為50%選項(xiàng)D錯(cuò)誤.7 .如下圖,電源電動(dòng)勢(shì)E=8V,內(nèi)阻為r=0.5Q,“3V,3W'的次T泡L與電動(dòng)機(jī)M串聯(lián)接

15、在電源上,燈泡剛好正常發(fā)光,電動(dòng)機(jī)剛好正常工作,電動(dòng)機(jī)的線圈電阻R=1.5.以下說(shuō)法中正確的選項(xiàng)是.L甘®A.通過(guò)電動(dòng)機(jī)的電流為1.6A8 .電源的輸出功率是8WC.電動(dòng)機(jī)消耗白電功率為3WD.電動(dòng)機(jī)的輸出功率為3W【答案】D【解析】FY3M的燈泡L與電動(dòng)機(jī)M串聯(lián)說(shuō)明通過(guò)燈泡與電動(dòng)機(jī)的電流相等,其電流大小為五二強(qiáng)二3WA;路端電壓在匕五一Ji/=gU-1AxQ50=73Vj電源的輸出功率P出二班二工5VRLA=7.5W；電動(dòng)機(jī)消耗的功率為Pm=PlPi=75W-3W=4.5電動(dòng)機(jī)的熱功率為P正肋q=L5A¥=L5Wj；電動(dòng)機(jī)的輸出功率為PlP44$WL5W=3W一8.多項(xiàng)選

16、擇如下圖,電源電動(dòng)勢(shì)E=3V,小燈泡L標(biāo)有“2V0.4W,開(kāi)關(guān)S接1,當(dāng)滑動(dòng)變阻器調(diào)到R=4Q時(shí),小燈泡L正常發(fā)光.現(xiàn)將開(kāi)關(guān)S接2,小燈泡L和電動(dòng)機(jī)M均正常工作.那么A.電源內(nèi)阻為1QB,電動(dòng)機(jī)的內(nèi)阻為4QC.電動(dòng)機(jī)正常工作電壓為1VD.電源效率約為93.3%【答案】ADU2PI4I【解析】小燈泡正常工作時(shí)的電阻FL=-=10Q,流過(guò)小燈泡的電流I=0.2A.當(dāng)開(kāi)關(guān)S接1時(shí),R總=E=15Q,電源內(nèi)阻=RlRR=1Q,A正確；當(dāng)開(kāi)關(guān)S接2時(shí),電動(dòng)機(jī)M兩端的電壓gE-Ir-U=0.8V,C錯(cuò)誤；電動(dòng)機(jī)對(duì)外功率未知,不能求出電動(dòng)機(jī)的內(nèi)阻,選項(xiàng)B錯(cuò)誤；電源的效率刀=E-IrX100%93.3%,D正

17、確.9.額定電壓都是110V,額定功率FA=100W,FB=40W的電燈兩盞,假設(shè)接入電壓是220V的以下電路上,那么使兩盞電燈均能正常發(fā)光,且電路中消耗的電功率最小的電路是.【答案】C【解析】判斷燈泡能否正常發(fā)光,就要判斷電壓是否為額定電壓,或電流是否為額定電流.rfi由夕=竟和條件可知,比不A對(duì)于A電路,由于幾所以函110V,5燈被燒壞,兩燈不能正常發(fā)光.對(duì)于B電路,由于山加丹,d燈與變阻器并聯(lián),并聯(lián)電阻更小于心,311.V,E燈被燒壞：兩燈不能正常發(fā)光.對(duì)于C電路,B燈與變阻器并聯(lián)電阻可能等于R,所以可能U=UB=110V,兩燈可以正常發(fā)光.對(duì)于D電路,假設(shè)變阻器的有效電阻等于A、B的并

18、聯(lián)電阻,那么LA=UB=110V,兩燈可以正常發(fā)光.比擬C、D兩個(gè)電路,由于C電路中變阻器功率為Ia|bX110V,而D電路中變阻器功率為|a+|bX110V,所以C電路消耗的功率最小.選C.10 .多項(xiàng)選擇一輛電動(dòng)觀光車(chē)蓄電池的電動(dòng)勢(shì)為E,內(nèi)阻不計(jì),當(dāng)空載的電動(dòng)觀光車(chē)以大小為v的速度勻速行駛時(shí),流過(guò)電動(dòng)機(jī)的電流為I,電動(dòng)車(chē)的質(zhì)量為解電動(dòng)車(chē)受到的阻力是車(chē)重的k倍,忽略電動(dòng)觀光車(chē)內(nèi)部A.電動(dòng)機(jī)的內(nèi)阻為R=彳B,電動(dòng)機(jī)的內(nèi)阻為R=E罕vC.電動(dòng)車(chē)的工作效率Ykmgv"ETD.電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱效率EIkmgv,=-Ei-【答案】BCD【解析】根據(jù)能量守恒定律,EI=|2R+kmgv所以電動(dòng)機(jī)的

19、內(nèi)阻為R=jE-岑群,選項(xiàng)A錯(cuò)誤、B正確；電動(dòng)車(chē)的工作效率等于輸出功率與總功率之比,即y=kmgv所以c正確；電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱效率Y=EI;：?jiǎn)酓正確.11 .有一提升重物的直流電動(dòng)機(jī),工作時(shí)電路如下圖,內(nèi)阻為r=0.6Q,R=10直流電壓為U=160V,電壓表兩端的示數(shù)為110V,那么通過(guò)電動(dòng)機(jī)的電流是多少？電動(dòng)機(jī)的輸入功率為多少？電動(dòng)機(jī)在1h內(nèi)產(chǎn)生的熱量是多少?【答案】5A550W5.4X104J【解析】電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí),電動(dòng)機(jī)兩端的電壓不滿足歐姆定律,故不能直接用歐姆定律來(lái)求流過(guò)電動(dòng)機(jī)的電流,因電動(dòng)機(jī)和電阻串聯(lián),所以流過(guò)電動(dòng)機(jī)的電流等于流過(guò)電阻的電流.10A=5AP110x5W=550W52

20、x0.6x3600J=5.4x101J12.如下圖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=0.8Q,電路中另一電阻R=10Q,直流電壓U=160V,電壓表示數(shù)U/=110V.試求:通過(guò)電動(dòng)機(jī)的電流;(2)輸入電動(dòng)機(jī)的電功率;(3)假設(shè)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10m/s2)【答案】(1)5A(2)550W(3)53kg【解析】(1)由電路中的電壓關(guān)系可得電阻R的分壓UR=UR50UU/=(160-110)V=50V,流過(guò)電阻R的電流Ir=-=A=5A,即通過(guò)電動(dòng)機(jī)的電流IM=IR=5A.(2)電動(dòng)機(jī)的分壓UM=U/=110V,輸入電動(dòng)機(jī)的功率P電=|mUM=550W.(3)電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱功率P熱=Imt=20W