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

1、專題18三個公式：歐姆定律、電功率和熱功率的使用一：專題概述1 .歐姆定律i=R勺使用過壬山出陽上西遒媚車靠LB哪曳帆兩強的電壓滿足.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=?/a,r2如電阻.電爐子、白熄燈等L“iy曲斗修：也如電風(fēng)扇,電動機.他解槽等3 .電動機的三個功率及關(guān)系輸入功率電動機的總功率.由電動機電路中的電流和電壓決定,即P總=P入=UI輸出功率電動機的有用功的功率,也叫做機械功率熱功率電動機線圈上有電阻,

2、電流通過線圈時會發(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總特別說明正常工作的電動機是非純電阻元件電動機因故障或其他原因不轉(zhuǎn)動時,相當(dāng)一個純電阻兀件4 .閉合電路的功率及效率問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、電功率的計算典例1:一臺電動機的線圈電阻與一只電爐的電阻相同,都通過相同的電流,在相同時間內(nèi).A.電爐放熱與電動機放熱相等B.電爐兩端電壓小于電動機兩端電壓C.電爐兩端電壓等于電動機兩端電壓D.電動機消耗的功率大于電爐的功率【答案】ABD【解析】電爐屬于純電阻,電動機屬于非純電阻,對于電爐有；口=風(fēng)放熱0=尸電消耗功率片尸叢對于電動機有;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洗衣機并聯(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,均正常工作.用電流表分別測得通過電飯煲的電流是5.0A,通過洗衣機電

4、動機的電流是0.50A,那么以下說法中正確的選項是A.電飯煲的電阻為44Q,洗衣機電動機線圈的電阻為440QB.電飯煲消耗的電功率為1555W,洗衣機電動機消耗的電功率為155.5WC.1min內(nèi)電飯煲消耗的電能為6.6X104J,洗衣機電動機消耗的電能為6.6X103JD.電飯煲發(fā)熱功率是洗衣機電動機發(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)熱功率不是洗衣機電動機發(fā)熱功率的10倍.應(yīng)選項C正確.3 .含電動機的非純電阻電路典例4:下表列出了某品牌電動自行車及所用電動機的主要技術(shù)參數(shù),不計其自身機械損耗.假設(shè)該車在額定狀態(tài)下以最大運行速度行駛,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.電動機的輸入功率為576WB,電動機的內(nèi)電阻為4QC.該車獲得的牽引力為104ND.該車受到的阻力為63N【答案】AD【解析】由于248V,Q12A,那么P=BJ=570%,應(yīng)選項A正確$因八二尸肘+A,匚當(dāng)薩113行Q,應(yīng)選項B錯j由產(chǎn)出二曲二野,F=6=63N,應(yīng)選項C錯事D正

6、確.Jr4 .電路中的有關(guān)功率及效率典例4:如下圖,電源電動勢為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,保護(hù)電阻R消耗的電功率最大,且這個最大值為：()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,P0最(r+R+R)大,即R=0時,P0max=-'-2=S2W=8W.應(yīng)選項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,電阻箱R消耗的功率注最大且這個最大值為()D.1.5Q6WA.1Q

7、6WB.0.5Q8WC.1Q1.5W【解析】這時要把保護(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,Pmax=E24(r+R)624X1.5W=6W.應(yīng)選項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,電阻箱R的功率最大且這個最大值為()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)電阻箱無的電阻取3Q時,無消耗功率最耳十二大,最大值為；：W*應(yīng)選項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,P出最大,即R=rR)=0.5QE+r,(Rr)-+4rR卜一E262,一一時,P出max='=W=9W.應(yīng)選項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,正確選擇計算公式.(2)處理非純電阻電路的計算問題時,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 .最大功率問題的兩點注意2日八1解決最大

9、功率問題時,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,效率不是最大,只有50%四提升專練1.多項選擇以下關(guān)于電功、電功率和焦耳定律的說法中正確的選項是.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,對干一段電路,有尸=了5片,焦耳熱產(chǎn)售網(wǎng),可見0與尸、51者造關(guān).所以,P

10、越大,.不一定祗大A不對.陽二如是電動的定義式,適用于任何電路,而匚1只適用于純電阻的電路,B對.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,那么以下說法中,正確的選項是.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

11、選擇現(xiàn)用充電器為一電池充電,等效電路如下圖,充電器電源的車出電壓為U,輸出電流為I,電池的內(nèi)阻為r.以下說法中正確的選項是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項錯誤;電胃辭專化為化學(xué)能的功率為輸出功率減電池的熱功率B項正確;電池內(nèi)阻為純電阻E項正確;充電器的充電效率應(yīng)為等對M加D項錯誤.4.電子產(chǎn)品制作車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燈泡串聯(lián)使用,燈泡還和一只開關(guān)并聯(lián),然后再接到市電上如下圖,以下

12、說法正確的選項是.220V電焰鐵A.開關(guān)接通時比開關(guān)斷開時消耗的總電功率大B.開關(guān)接通時,燈泡熄滅,只有電烙鐵通電,可使消耗的電功率減小C.開關(guān)斷開時,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.開關(guān)斷開時,燈泡發(fā)光,可供在焊接時照明使用,消耗總功率不變【答案】A【解析】開關(guān)接通時,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 .多項選擇如下圖,電源電動勢均為E=12V,內(nèi)阻均為r=3a.Ro=1Q,直流電動機內(nèi)阻R'=1.當(dāng)調(diào)節(jié)滑動變阻器使R=2Q時,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,且此時電動機剛好正常工

13、作額定功率為6W,那么此時R的阻值和電動機的熱功率P為A.R=2QB.R=1.5C. P=6WD. P=4W【答案】BD【解析】兩圖中的電源相同,它們的最大輸出功率相同由圖甲得電流鼻匚上A時輸出功率最大,且最大值為尸尸典-我=12W;對圖乙電動機的功率為6W&的功率=艮的=6W,故電阻尼,5RA錯誤.B正確;電動機的熱功率PNJHWC錯誤Q正確6 .將一電源與一電阻箱連接成閉合回路,測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.電源電動勢為45VD.電阻箱所消耗功率P最大時,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A錯誤；由電源輸出功率最大的條件可知,電源輸出功率最大時,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B正確；由電阻箱所消耗功率P最大值為45W可知,此時電阻箱讀數(shù)為R=5Q,電流1=、器=3A,電源電動勢E=IR+r=30V,選項C錯誤；電阻箱所消耗功率P最大時,電源效率為50%選項D錯誤.7 .如下圖,電源電動勢E=8V,內(nèi)阻為r=0.5Q,“3V,3W'的次T泡L與電動機M串聯(lián)接

15、在電源上,燈泡剛好正常發(fā)光,電動機剛好正常工作,電動機的線圈電阻R=1.5.以下說法中正確的選項是.L甘®A.通過電動機的電流為1.6A8 .電源的輸出功率是8WC.電動機消耗白電功率為3WD.電動機的輸出功率為3W【答案】D【解析】FY3M的燈泡L與電動機M串聯(lián)說明通過燈泡與電動機的電流相等,其電流大小為五二強二3WA;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；電動機消耗的功率為Pm=PlPi=75W-3W=4.5電動機的熱功率為P正肋q=L5A¥=L5Wj；電動機的輸出功率為PlP44$WL5W=3W一8.多項選

16、擇如下圖,電源電動勢E=3V,小燈泡L標(biāo)有“2V0.4W,開關(guān)S接1,當(dāng)滑動變阻器調(diào)到R=4Q時,小燈泡L正常發(fā)光.現(xiàn)將開關(guān)S接2,小燈泡L和電動機M均正常工作.那么A.電源內(nèi)阻為1QB,電動機的內(nèi)阻為4QC.電動機正常工作電壓為1VD.電源效率約為93.3%【答案】ADU2PI4I【解析】小燈泡正常工作時的電阻FL=-=10Q,流過小燈泡的電流I=0.2A.當(dāng)開關(guān)S接1時,R總=E=15Q,電源內(nèi)阻=RlRR=1Q,A正確；當(dāng)開關(guān)S接2時,電動機M兩端的電壓gE-Ir-U=0.8V,C錯誤；電動機對外功率未知,不能求出電動機的內(nèi)阻,選項B錯誤；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 .多項選擇一輛電動觀光車蓄電池的電動勢為E,內(nèi)阻不計,當(dāng)空載的電動觀光車以大小為v的速度勻速行駛時,流過電動機的電流為I,電動車的質(zhì)量為解電動車受到的阻力是車重的k倍,忽略電動觀光車內(nèi)部A.電動機的內(nèi)阻為R=彳B,電動機的內(nèi)阻為R=E罕vC.電動車的工作效率Ykmgv"ETD.電動機的發(fā)熱效率EIkmgv,=-Ei-【答案】BCD【解析】根據(jù)能量守恒定律,EI=|2R+kmgv所以電動機的

19、內(nèi)阻為R=jE-岑群,選項A錯誤、B正確；電動車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；電動機的發(fā)熱效率Y=EI;：嗎D正確.11 .有一提升重物的直流電動機,工作時電路如下圖,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,那么通過電動機的電流是多少？電動機的輸入功率為多少？電動機在1h內(nèi)產(chǎn)生的熱量是多少?【答案】5A550W5.4X104J【解析】電動機正常工作時,電動機兩端的電壓不滿足歐姆定律,故不能直接用歐姆定律來求流過電動機的電流,因電動機和電阻串聯(lián),所以流過電動機的電流等于流過電阻的電流.10A=5AP110x5W=550W52

20、x0.6x3600J=5.4x101J12.如下圖是一提升重物用的直流電動機工作時的電路圖.電動機內(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:通過電動機的電流;(2)輸入電動機的電功率;(3)假設(shè)電動機以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,流過電阻R的電流Ir=-=A=5A,即通過電動機的電流IM=IR=5A.(2)電動機的分壓UM=U/=110V,輸入電動機的功率P電=|mUM=550W.(3)電動機的發(fā)熱功率P熱=Imt=20W