【物理】2018届一轮复习人教版专题7-2串并联电路焦耳定律学案

【物理】2018届一轮复习人教版专题7-2串并联电路焦耳定律学案

专题7.2 串并联电路 焦耳定律 ‎1.熟练掌握串、并联电路的特点，并能分析、计算 ‎2.会计算电功、电功率、电热与热功率 ‎ ‎ 一、电功、电功率、电热与热功率 ‎1．电功 ‎(1)定义：导体中的恒定电场对自由电荷的电场力做的功．‎ ‎(2)公式：W＝qU＝IUt(适用于任何电路)．‎ ‎(3)电流做功的实质：电能转化成其他形式能的过程．‎ ‎2．电功率 ‎(1)定义：单位时间内电流所做的功，表示电流做功的快慢．‎ ‎(2)公式：P＝＝IU(适用于任何电路)．‎ ‎3．焦耳定律 ‎(1)电热：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻及通电时间成正比．‎ ‎(2)公式：Q＝I2Rt.‎ ‎4．电功率P＝IU和热功率P＝I2R的应用 ‎(1)不论是纯电阻还是非纯电阻，电流的电功率均为P电＝UI，热功率均为P热＝I2R.‎ ‎(2)对于纯电阻而言：P电＝P热＝IU＝I2R＝.‎ ‎(3)对于非纯电阻而言：P电＝IU＝P热＋P其他＝I2R＋P其他≠＋P其他．‎ 二、电路中的功率及效率问题 ‎1．电源的总功率 ‎(1)任意电路：P总＝IE＝IU外＋IU内＝P出＋P内．‎ ‎(2)纯电阻电路：P总＝I2(R＋r)＝.‎ ‎2．电源内部消耗的功率：P内＝I2r＝IU内＝P总－P出．‎ ‎3．电源的输出功率 ‎(1)任意电路：P出＝IU＝IE－I2r＝P总－P内．‎ ‎(2)纯电阻电路：P出＝I2R＝＝.‎ ‎(3)纯电阻电路中输出功率随R的变化关系 ‎①当R＝r时，电源的输出功率最大为Pm＝.‎ ‎②当R>r时，随着R的增大输出功率越来越小．‎ ‎③当RQ.电功只能用公式W＝UIt来计算，焦耳热只能用公式Q＝I2Rt来计算．对于非纯电阻电路，欧姆定律不再适用．‎ 高频考点二　电路中的功率及效率问题 例2、如图6所示，已知电源电动势E＝5V，内阻r＝2Ω，定值电阻R1＝0.5Ω，滑动变阻器R2的阻值范围为0～10Ω.求：‎ 图6‎ ‎(1)当滑动变阻器R2的阻值为多大时，电阻R1消耗的功率最大？最大功率是多少？‎ ‎(2)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？最大功率是多少？‎ ‎(3)当滑动变阻器的阻值为多大时，电源的输出功率最大？最大功率是多少？‎ 答案　(1)0　2W　(2)2.5Ω　2.5W　(3)1.5Ω 3．125W ‎【变式探究】直流电路如图7所示，在滑动变阻器的滑片P向右移动时，电源的(　　)‎ 图7‎ A．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 答案　ABC 解析　当滑动变阻器的滑片P向右移动时，接入电路的电阻变大，整个回路的电流变小，电源内部损耗的功率P内＝I2r一定减小，C正确；总功率P＝EI一定减小，A正确；而内电压降低，外电压升高，电源的效率增大，B正确；当内电阻等于外电阻时，输出功率最大，此题中无法知道内、外电阻的大小关系，因此D错误．‎ 高频考点三　电路故障问题 例3、如图8是某同学连接的实验实物图，开关闭合后A、B灯都不亮，他采用以下方法进行故障检查．‎ 图8‎ 选用量程为10V的已校准的电压表进行检查，测试结果如表1所示．根据测试结果，可判定故障是________．‎ A．灯A短路B．灯B短路 C．cd段断路D．df段断路 表1‎ 测试点 电压示数 a、b 有示数 b、c 有示数 c、d 无示数 d、f 有示数 答案　D ‎【变式探究】如图9所示的电路中，电源的电动势为6V，当开关S接通后，灯泡L1、L2都不亮，用电压表测得各部分的电压是Uab＝6V，Uad＝0V，Ucd＝6V，由此可判定(　　)‎ 图9‎ A．L1和L2的灯丝都烧断了 B．L1的灯丝烧断了 C．L2的灯丝烧断了 D．变阻器R断路 答案　C 解析　由Uab＝6V可知，电源完好，灯泡都不亮，说明电路中出现断路故障，且在a、b之间．由Ucd＝6V可知，灯泡L1与滑动变阻器R是接通的，断路故障出现在c、d之间，故灯L2断路，所以选项C正确．‎ ‎【举一反三】在如图10所示的电路中，由于某一电阻发生短路或断路，A灯变暗，B灯变亮，则故障可能是(　　)‎ 图10‎ A．R1短路 B．R2断路 C．R3断路 D．R4短路 答案　BC 高频考点四　电源和电阻U－I图象的比较 图象上的特征 物理意义 电源U－I图象 电阻U－I图象 图形 图象表述的物理量变化关系 电源的路端电压随电路电流的变化关系 电阻两端电压随电阻中的电流的变化关系 图线与坐标轴交点 与纵轴交点表示电源电动势E ‎，与横轴交点表示短路电流 过坐标轴原点，表示没有电压时电流为零 图线上每一点坐标的乘积UI 表示电源的输出功率 表示电阻消耗的功率 图线上每一点对应的U、I比值 表示外电阻的大小，不同点对应的外电阻大小不同 每一点对应的比值均等大，表示此电阻的大小不变 图线斜率的 绝对值大小 内电阻r 电阻大小 例4、在如图11所示的U－I图象中，直线Ⅰ为某一电源的路端电压与电流的关系图线，直线Ⅱ为某一电阻R的U－I图线．用该电源直接与电阻R相连组成闭合电路，由图象可知(　　)‎ 图11‎ A．电源的电动势为3V，内阻为0.5Ω B．电阻R的阻值为1Ω C．电源的输出功率为4W D．电源的效率为50%‎ 答案　ABC ‎【变式探究】如图12所示，直线A为某电源的U－I图线，曲线B为某小灯泡的U－I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12‎ A．4W,8WB．2W,4W C．2W,3WD．4W,6W 答案　D 解析　用该电源和小灯泡组成闭合电路时，电源的输出功率P出＝UI＝2×2W＝4W，电源的总功率P总＝EI＝3×2W＝6W，选项D正确．‎ ‎【举一反三】如图13所示，图中直线①表示某电源的路端电压与电流的关系图象，图中曲线②表示该电源的输出功率与电流的关系图象，则下列说法正确的是(　　)‎ 图13‎ A．电源的电动势为50V B．电源的内阻为Ω C．电流为‎2.5A时，外电路的电阻为15Ω D．输出功率为120W时，输出电压是30V 答案　ACD ‎1．(2015·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：　电流通过导体的热功率为P＝I2R ‎，与电流的平方成正比，A项错误；力作用在物体上，如果物体没有在力的方向上发生位移，作用时间再长，做功也为零，B项错误；由C＝可知，电容器的电容由电容器本身的性质决定，因此电容器的带电量与两极间的电势差成正比，C项正确；弹簧的劲度系数与弹簧的伸长量无关，D项错误。‎ 答案：　C ‎1．(2014·天津·2)如图17所示，电路中R1、R2均为可变电阻，电源内阻不能忽略，平行板电容器C的极板水平放置，闭合电键S，电路达到稳定时，带电油滴悬浮在两板之间静止不动．如果仅改变下列某一个条件，油滴仍能静止不动的是(　　)‎ 图17‎ A．增大R1的阻值B．增大R2的阻值 C．增大两板间的距离D．断开电键S 答案　B ‎2．(2014·上海·18)如图18所示，电路中定值电阻阻值R大于电源内阻阻值r.将滑动变阻器滑片向下滑动，理想电压表V1、V2、V3示数变化量的绝对值分别为ΔU1、ΔU2、ΔU3，理想电流表A示数变化量的绝对值为ΔI，则(　　)‎ 图18‎ A．A的示数增大 B．V2的示数增大 C．ΔU3与ΔI的比值大于r D．ΔU1大于ΔU2‎ 答案　ACD ‎1．如图7所示，电源内阻不可忽略，电路中接有一小灯泡和一电动机．小灯泡L上标有“6 V　12 W”字样，电动机的线圈电阻RM＝0.5 Ω.若灯泡正常发光时，电源的输出电压为12 V，此时(　　)‎ 图7‎ A．整个电路消耗的电功率为24 W B．电动机的热功率为12 W C．电动机的输出功率为12 W D．电动机的输入功率为12 W 答案　D 解析　灯泡正常发光，则电路电流I＝IL＝＝‎2 A．已知电路电流，由于不知电源电动势，无法求出整个电路消耗的电功率，故A错误；电动机的热功率PQ＝I2RM＝22×0.5 W＝2 W，故B错误；灯泡正常发光时，电动机电压UM＝U－UL＝12 V－6 V＝6 V，电动机的输入功率P＝UMI＝6×2 W＝12 W，电动机的输出功率P出＝P－PQ＝12 W－2 W＝10 W，故C错误，D正确．‎ ‎2．汽车电动机启动时车灯会瞬时变暗，如图4所示，在打开车灯的情况下，电动机未启动时电流表读数为‎10 A，电动机启动时电流表读数为‎58 A．若电源电动势为12.5 V，内阻为0.05 Ω，电流表内阻不计，则因电动机启动，车灯的电功率降低了(　　)‎ 图4‎ A．35.8 W B．43.2 W C．48.2 W D．76.8 W 答案　B ‎3．如图9所示是某款理发用的电吹风的电路图，它主要由电动机M和电热丝R构成．当闭合开关S1、S2后，电动机驱动风叶旋转，将空气从进风口吸入，经电热丝加热，形成热风后从出风口吹出．已知电吹风的额定电压为220 V，吹冷风时的功率为120 W，吹热风时的功率为1 000 W．关于该电吹风，下列说法正确的是(　　)‎ 图9‎ A．电热丝的电阻为55 Ω B．电动机的电阻为 Ω C．当电吹风吹热风时，电热丝每秒钟消耗的电能为1 000 J D．当电吹风吹热风时，电动机每秒钟消耗的电能为1 120 J 答案　A 解析　电吹风吹热风时电热丝消耗的功率为P＝1 000 W－120 W＝880 W，对电热丝，由P＝可得电热丝的电阻为R＝＝ Ω＝55 Ω，选项A正确；由于不知道电动机线圈的发热功率，所以电动机线圈的电阻无法计算，选项B错误；当电吹风吹热风时，电热丝每秒消耗的电能为880 J，选项C错误；当电吹风吹热风时，电动机每秒钟消耗的电能为120 J，选项D错误．‎ ‎4．一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 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．‎ ‎5.(多选)如图4所示，用输出电压为1.4 V、输出电流为100 mA的充电器对内阻为2 Ω的镍－氢电池充电．下列说法正确的是(　　)‎ 图4‎ A．电能转化为化学能的功率为0.12 W B．充电器输出的电功率为0.14 W C．充电时，电池消耗的热功率为0.02 W D．充电器把0.14 W的功率储存在电池内 答案　ABC 解析　充电器对电池的充电功率为P总＝UI＝0.14 W，电池充电时的热功率为P热＝I2r＝0.02 W，所以转化为化学能的功率为P化＝P总－P热＝0.12 W，因此充电器充电功率为0.12 W，故A、B、C正确，D错误．‎ ‎6．如图5所示为一玩具起重机的电路示意图．电源电动势为6 V，内阻为0.5 Ω，电阻R＝2.5 Ω，当电动机以‎0.5 m/s的速度匀速提升一质量为‎320 g的物体时(不计一切摩擦阻力，g＝‎10 m/s2)，标有“3 V　0.6 W”的灯泡恰好正常发光，则电动机的内阻为(　　)‎ 图5‎ A．1.25 Ω B．3.75 Ω C．5.625 Ω D．1 Ω 答案　A ‎7．如图10所示，A为电解槽，为电动机，N为电炉子，恒定电压U＝12 V，电解槽内阻RA＝2 Ω，当S1闭合，S2、S3断开时，示数为‎6 A；当S2闭合，S1、S3断开时，示数为‎5 A，且电动机输出功率为35 W；当S3闭合，S1、S2断开时，示数为‎4 A．求：‎ 图10‎ ‎(1)电炉子的电阻及发热功率；‎ ‎(2)电动机的内阻；‎ ‎(3)在电解槽工作时，电能转化为化学能的功率为多少．‎ 答案　(1)2 Ω　72 W　(2)1 Ω　(3)16 W 解析　(1)电炉子为纯电阻元件，由欧姆定律得：‎ R＝＝ Ω＝2 Ω 其发热功率为：P＝UI1＝12×6 W＝72 W.‎ ‎(2)电动机为非纯电阻元件，由能量守恒定律得：‎ UI2＝IRM＋P输出 所以：RM＝＝ Ω＝1 Ω.‎ ‎(3)电解槽为非纯电阻元件，由能量守恒定律得：‎ P化＝UI3－IRA 所以P化＝(12×4－42×2) W＝16 W.‎ ‎8．如图12所示的电路中，电源的电动势E＝6V，内阻r＝1Ω，电阻R1＝3Ω，R2‎ ‎＝6Ω，电容器的电容C＝3.6μF，二极管D具有单向导电性，开始时，开关S1闭合，S2断开．‎ 图12‎ ‎(1)合上S2，待电路稳定以后，求电容器上电荷量变化了多少？‎ ‎(2)合上S2，待电路稳定以后再断开S1，求断开S1后流过R1的电荷量是多少？‎ 答案　(1)减少了1.8×10－‎6C　(2)9.6×10－‎‎6C ‎9．如图8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，S2、S3断开时，示数为‎6A；当S2闭合，S1、S3断开时，示数为‎5A，且电动机输出功率为35W；当S3闭合，S1、S2断开时，示数为‎4A．求：‎ 图8‎ ‎(1)电炉子的电阻及发热功率；‎ ‎(2)电动机的内阻；‎ ‎(3)在电解槽工作时，电能转化为化学能的功率为多少．‎ 答案　(1)2Ω　72W　(2)1Ω　(3)16W