2017-2018學(xué)年高中物理 第2章 直流電路 第6節(jié) 焦耳定律 電路中的能量轉(zhuǎn)化練習(xí) 教科版選修3-1.doc
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第6節(jié)焦耳定律電路中的能量轉(zhuǎn)化1電流做功的公式為_,適用于_電功率的公式為_,適用于_2電流通過電阻產(chǎn)生的熱量跟電流的_成正比,跟電阻值成_,跟通電時(shí)間成_,這一規(guī)律叫焦耳定律,表達(dá)式為_,適用于_焦耳定律是電流熱效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)定律,凡計(jì)算電熱都要用該規(guī)律電熱功率是描述電流做功產(chǎn)生電熱的_程度的物理量,公式為_,適用于_3只含有電阻的電路稱為純電阻電路,當(dāng)有電流通過時(shí),電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,即電功_電熱,用公式表示為WQI2RtUIt.含有電動(dòng)機(jī)等非純電阻元件的電路稱為非純電阻電路,電路中的電能除一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能外,其他部分轉(zhuǎn)化為機(jī)械能、化學(xué)能等,此時(shí)電功_電熱,電功表達(dá)式WUIt,電熱表達(dá)式為_4根據(jù)能量守恒定律,電源消耗的總功率、內(nèi)電阻消耗的功率和外電阻消耗的功率滿足關(guān)系式P總_,當(dāng)外電路為純電阻R時(shí),上式也可寫為:_,當(dāng)外電路短路時(shí)有_5兩個(gè)繞線電阻分別標(biāo)有“100 10 W”和“20 40 W”則它們?cè)试S通過的額定電流之比是()A./5 B./20 C./10 D1/2 0006兩個(gè)電阻分別標(biāo)有“1 A4 W”和“2 A1 W”,則它們的電阻之比為()A21 B161 C41 D1167關(guān)于電功,下列說法中正確的有()A電功的實(shí)質(zhì)是電場(chǎng)力所做的功B電功是電能轉(zhuǎn)化為其他形式能量的量度C電場(chǎng)力做功使金屬導(dǎo)體內(nèi)的自由電子運(yùn)動(dòng)的速率越來越大D電流通過電動(dòng)機(jī)時(shí)的電功率和熱功率相等【概念規(guī)律練】知識(shí)點(diǎn)一電功、電功率的計(jì)算1關(guān)于四個(gè)公式PUI;PI2R;P;P,下列敘述正確的是()A公式適用于任何電路的電功率的計(jì)算B公式適用于任何電路的電熱功率的計(jì)算C公式適用于任何電路電功率的計(jì)算D以上均不正確2一個(gè)用半導(dǎo)體材料制成的電阻器D,其電流I隨它兩端的電壓U變化的關(guān)系圖象如圖1(a)所示,將它與兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電阻R1、R2并聯(lián)后接在電壓恒為U的電源上,如圖(b)所示,三個(gè)用電器消耗的電功率均為P.現(xiàn)將它們連接成如圖(c)所示的電路,仍然接在該電源的兩端,設(shè)電阻器D和電阻R1、R2消耗的電功率分別為PD、P1、P2,它們之間的大小關(guān)系為()圖1AP14P2BPDP/9CP1P2知識(shí)點(diǎn)二焦耳定律3下列關(guān)于電功、電功率和焦耳定律的說法中正確的是()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BWUIt適用于任何電路,而WI2Rtt只適用于純電阻電路C在非純電阻電路中,UII2RD焦耳熱QI2Rt適用于任何電路4.如圖2所示,有一提升重物用的直流電動(dòng)機(jī),內(nèi)阻RM0.6 ,R10 ,U160 V,電壓表的讀數(shù)為110 V則:圖2(1)通過電動(dòng)機(jī)的電流是多少?(2)輸入到電動(dòng)機(jī)的電功率是多少?(3)電動(dòng)機(jī)工作1 h所產(chǎn)生的熱量是多少?【方法技巧練】一、純電阻電路中電功和電功率的計(jì)算方法5.有四盞燈,接入如圖3所示的電路中,L1和L2都標(biāo)有“200 V100 W”字樣,L3和L4都標(biāo)有“220 V40 W”字樣,把電路接通后,最暗的燈是哪一盞?最亮的燈是哪一盞?圖36額定電壓都是110 V,額定功率PA100 W,PB40 W的電燈兩盞,若接在電壓是220 V的電路上,兩盞電燈均能正常發(fā)光,且電路中消耗功率最小的電路是下圖中的哪一個(gè)()二、純電阻電路與非純電阻電路中能量轉(zhuǎn)化問題的分析7一臺(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消耗的功率8有一個(gè)直流電動(dòng)機(jī),把它接入0.2 V電壓的電路時(shí),電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn),測(cè)得流過電動(dòng)機(jī)的電流是0.4 A;若把電動(dòng)機(jī)接入2 V電壓的電路中,電動(dòng)機(jī)正常工作,工作電流是1.0 A則:(1)電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)的輸出功率為多大?(2)如果在電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí),轉(zhuǎn)子突然被卡住,電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱功率是多大?三、閉合電路功率問題的分析9.如圖4所示,直線A為電源的路端電壓U與電流I關(guān)系的圖象,直線B是電阻R的兩端電壓U與電流I的關(guān)系圖象用該電源與電阻R組成閉合電路,電源的輸出功率和效率分別為()圖4A4 W,33% B2 W,33%C2 W,67% D4 W,67%10.如圖5所示的電路中,電池的電動(dòng)勢(shì)E5 V,內(nèi)電阻r10 ,固定電阻R90 ,R0是可變電阻在R0由0增加到400 的過程中,求:圖5(1)可變電阻R0上消耗熱功率最大的條件和最大熱功率;(2)電池的內(nèi)電阻r和固定電阻R上消耗的最小熱功率之和1不考慮溫度對(duì)電阻的影響,對(duì)一個(gè)“220 V40 W”的燈泡,下列說法正確的是()A接在110 V的電路中時(shí)的功率為20 WB接在110 V的電路中時(shí)的功率為10 WC接在440 V的電路中時(shí)的功率為160 WD接在220 V的電路中時(shí)的功率為40 W2通過電阻R的電流為I時(shí),在時(shí)間t內(nèi)產(chǎn)生的熱量為Q;若電阻為2R,電流為I/2時(shí),則在時(shí)間t內(nèi)產(chǎn)生的熱量為()A4Q B2QCQ/2 DQ/43關(guān)于電功和電熱,下面說法正確的是()A任何電路中的電功WUIt,電熱QI2Rt且WQB任何電路中的電功WUIt,電熱QI2Rt但W有時(shí)不等于QC電功WUIt在任何電路中都適用,QI2Rt只在純電阻電路中適用D電功WUIt,電熱QI2Rt,只適用于純電阻電路4一臺(tái)額定電壓為U的電動(dòng)機(jī),它的電阻為R,正常工作時(shí)通過的電流為I,則()A電動(dòng)機(jī)t秒內(nèi)產(chǎn)生的熱量是QUItB電動(dòng)機(jī)t秒內(nèi)產(chǎn)生的熱量是QI2RtC電動(dòng)機(jī)的功率為PI2RD電動(dòng)機(jī)的功率為PU2/R5如圖6所示,電源電動(dòng)勢(shì)E10 V,內(nèi)阻r0.2 ,標(biāo)有“8 V16 W”的燈泡L恰好正常發(fā)光,電動(dòng)機(jī)線圈電阻R00.15 ,則電源的輸出功率為()圖6A16 W B440 WC80 W D400 W6.如圖7所示,三個(gè)電阻R1、R2、R3的阻值相同,允許消耗的最大功率分別為10 W、10 W、4 W,此電路中允許消耗的最大功率為()圖7A24 W B16 W C12 W D15 W7下面是某電熱水壺的銘牌,由此可知該電熱水壺正常加熱1 min 產(chǎn)生的熱量為()電熱水壺型號(hào)SP356 A額定電壓220 V額定功率1 800 W額定頻率50 Hz額定容量1.5 LA.1.80103 J B1.10104 JC1.32104 J D1.08105 J8有A、B兩個(gè)電阻,它們的伏安特性曲線如圖8所示,從圖線可以判斷()圖8A電阻A的阻值大于電阻BB電阻A的阻值小于電阻BC電壓相同時(shí),流過電阻A的電流強(qiáng)度較大D兩電阻串聯(lián)時(shí),電阻A消耗的功率較小9理發(fā)用的電吹風(fēng)機(jī)中有電動(dòng)機(jī)和電熱絲,電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)風(fēng)葉轉(zhuǎn)動(dòng),電熱絲給空氣加熱,直到熱風(fēng)將頭發(fā)吹干設(shè)電動(dòng)機(jī)線圈電阻為R1,它與電熱絲的電阻R2串聯(lián)后接到直流電源上,電吹風(fēng)機(jī)兩端電壓為U,電流為I,消耗的電功率為P,則有()PIUPI2(R1R2)PIUP I2(R1R2)ABCD10如圖9所示,直線OAC為某一直流電源的總功率隨電流I變化的圖線,曲線OBC表示同一直流電源內(nèi)部的熱功率隨電流I變化的圖線若A、B點(diǎn)的橫坐標(biāo)均為1 A,那么AB線段表示的功率為()圖9A1 W B6 W C2 W D2.5 W題號(hào)12345678910答案11.如圖10所示,電源電壓恒為U14 V,小燈泡L標(biāo)有“4 V8 W”,電動(dòng)機(jī)的線圈電阻rM1.0 ,當(dāng)變阻器調(diào)到2 時(shí),小燈泡與電動(dòng)機(jī)均正常工作,求電動(dòng)機(jī)的機(jī)械效率圖1012一直流電動(dòng)機(jī)線圈內(nèi)阻一定,用手握住轉(zhuǎn)動(dòng)軸使其不能轉(zhuǎn)動(dòng),在線圈兩端加電壓為0.3 V時(shí),電流為0.3 A松開轉(zhuǎn)動(dòng)軸,在線圈兩端加電壓為2 V時(shí),電流為0.8 A,電動(dòng)機(jī)正常工作則:該電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí),輸入的電功率是多少?電動(dòng)機(jī)的機(jī)械功率是多少?第6節(jié)焦耳定律電路中的能量轉(zhuǎn)化答案課前預(yù)習(xí)練1WUIt任何電路PUI任何電路2二次方正比正比QI2Rt任何電路快慢PI2R任何電路3等于大于QI2Rt4P內(nèi)P出IEIUI2rIEI2r5C6.B7.AB課堂探究練1ABPUI、P適用于任何電路的電功率的計(jì)算,而PI2R、P只適用于純電阻電路的電功率的計(jì)算,故A正確,C錯(cuò)誤PI2R適用于任何電路的熱功率的計(jì)算,PUI、P只適用于純電阻電路的熱功率的計(jì)算,故B正確2C從電阻器D的IU圖線可以得出,電阻器的阻值隨所加電壓的增大而減小,在題圖(b)中,三個(gè)電阻消耗的功率相等,都為P,說明三個(gè)電阻的阻值相等,即R1R2RD.連接成圖(c)所示的電路時(shí),電阻器D兩端的電壓小于U,電阻器D的阻值RDRD,這時(shí)電阻器RD兩端的電壓UD,電阻R1兩端的電壓U1,由電功率計(jì)算式綜合比較得出,A、B、D錯(cuò)誤,C正確3BCD電功率公式P,表示功率越大,電流做功越快對(duì)于一段電路,有PIU,I,焦耳熱Q()2Rt,可見Q與P、U、t都有關(guān)所以,P越大,Q不一定越大,A不對(duì)WUIt是電功的定義式,適用于任何電路而I只適用于純電阻電路,B對(duì)在非純電阻電路中,電流做的功焦耳熱其他形式的能,所以WQ,即UII2R,C對(duì)QI2Rt是焦耳熱的定義式,適用于任何電路中產(chǎn)生的焦耳熱,D正確4(1)5A(2)550W(3)5.4104J解析(1)電動(dòng)機(jī)是非純電阻,不能用公式來求電路中的電流R兩端的電壓為URUUM160V110V50V,IA5A.(2)P入U(xiǎn)MI1105 W550 W.(3)QI2RMt5.4104 J5L3最暗,L4最亮解析由它們的額定電壓、額定功率判斷出R1R2R1R23并,由串聯(lián)電路的功率分配可得P4P1(P2P3),由并聯(lián)電路的功率分配可得P2P3,所以L3最暗,L4最亮方法總結(jié)在比較兩個(gè)燈泡的功率大小時(shí),可先比較有相同量的兩個(gè)燈泡,L1與L4電流相同,利用PI2R比較功率大?。籐2與L4電壓相同,利用P比較功率大??;L1與L2電阻相同,利用PI2R比較功率大小6C判斷燈泡能否正常發(fā)光,就要判斷電壓是否是額定電壓,或電流是否是額定電流由P和已知條件可知RARB.對(duì)于A電路,由于RA110V,B燈被燒毀,兩燈不能正常發(fā)光對(duì)于B電路,由于RBRA,A燈又并聯(lián)變阻器,并聯(lián)電阻更小于RB,所以UBU并,A燈若正常發(fā)光,則B燈燒毀對(duì)于C電路,B燈與變阻器并聯(lián)電阻可能等于RA,所以可能UAUB110V,兩燈可以正常發(fā)光對(duì)于D電路,若變阻器的有效電阻等于A、B的并聯(lián)電阻,則UAUB110V,兩燈可以正常發(fā)光比較C、D兩個(gè)電路,由于C電路中變阻器功率為(IAIB)110,而D電路中變阻器功率為(IAIB)110,所以C電路消耗電功率最小方法總結(jié)解此類問題的思路分兩步:先分清哪個(gè)電路的A、B燈能正常發(fā)光,這里可以從電壓、電流、電功率三個(gè)量中任一個(gè)達(dá)到其額定值,其余兩個(gè)也達(dá)到額定值方面分析確定了正常發(fā)光的電路后,再比較哪一個(gè)的實(shí)際功率小,可以用計(jì)算的方法去比較,也可以用定性分析法比較7ABD電爐屬于純電阻用電器,電動(dòng)機(jī)屬于非純電阻用電器對(duì)于電爐有:UIR,放熱QI2Rt,消耗功率PI2R.對(duì)于電動(dòng)機(jī)有:UIR,放熱QI2Rt,消耗功率PUII2R.8(1)1.5W(2)8W解析(1)接U0.2V電壓,電機(jī)不轉(zhuǎn),電能全部轉(zhuǎn)化成內(nèi)能,故可視為純電阻電路電流I0.4A,根據(jù)歐姆定律,線圈電阻R0.5.當(dāng)接U2.0V電壓時(shí),電流I1.0A,故輸入電功率P電UI2.01.0W2.0W,熱功率P熱I2R120.5W0.5W.故輸出功率即機(jī)械功率P機(jī)P電P熱(2.00.5) W1.5W.(2)如果正常工作時(shí),轉(zhuǎn)子被卡住,則電能全部轉(zhuǎn)化成內(nèi)能,故其發(fā)熱功率P熱W8W.方法總結(jié)(1)電動(dòng)機(jī)是非純電阻用電器,要注意區(qū)分電功率和熱功率,電功率用P總UI計(jì)算,熱功率P熱I2R,機(jī)械功率P機(jī)P總P熱(2)注意搞清楚電動(dòng)機(jī)電路中的能量轉(zhuǎn)化關(guān)系,用能量守恒定律來分析問題9D10(1)R0100時(shí),PmW(2)0.01W解析(1)可變電阻R0上消耗的熱功率P1I2R0()2R0由上式可得:當(dāng)R0100時(shí),P1有最大值PmWW.(2)r和R上消耗的熱功率之和P2I2(Rr)100由上式可知,R0最大時(shí),P2最小,即當(dāng)R0400時(shí),P2有最小值P2min100W0.01W.方法總結(jié)電源的輸出功率P與外電阻R的關(guān)系P出UII2R()2R由上式可知:當(dāng)Rr時(shí),P出有最大值,且最大值Pm.根據(jù)電源的輸出功率與外電阻的關(guān)系可知,二者關(guān)系如圖所示課后鞏固練1BD由P額得,燈泡的電阻R1210,當(dāng)電壓為110V時(shí),PW10W;電壓為440V時(shí),超過燈泡的額定電壓一倍,故燈泡燒壞,P0.2C由電熱公式QI2Rt可得Q(I)22RtI2RtQ.3B4B電動(dòng)機(jī)工作時(shí),是非純電阻電路,輸入的總電能為UIt,它轉(zhuǎn)化為兩部分:一是電動(dòng)機(jī)內(nèi)阻上產(chǎn)生的熱能QI2Rt,二是電動(dòng)機(jī)對(duì)外輸出的機(jī)械能EUItI2Rt.5C電路的總電流IA10A,則電源的輸出功率為PIU額108W80W6D7D由銘牌可知,電熱水壺的功率為1 800 W,所以正常加熱1分鐘產(chǎn)生的熱量為QPt1 80060 J1.08105 J8BCD9.B10C由圖象中不難看出,在C點(diǎn),電源的總功率等于電源內(nèi)部的熱功率,所以電源的電動(dòng)勢(shì)為E3V,短路電流為I3A,所以電源的內(nèi)阻為r1.圖象上AB段所表示的功率為PABP總I2r(13121) W2W故正確選項(xiàng)為C.1166.7%解析小燈泡正常工作I2A電動(dòng)機(jī)的輸入功率P入I(UU1IR)12W線圈電阻消耗的功率P內(nèi)I2rM4W所以電動(dòng)機(jī)的機(jī)械效率66.7%.121.6W0.96W解析電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),其消耗的電功全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,故可視為純電阻電路,由歐姆定律得電動(dòng)機(jī)線圈內(nèi)阻:r1.電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),消耗的電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能和機(jī)械能,其輸入的電功率為P入I1U10.82 W1.6 W,電動(dòng)機(jī)的機(jī)械功率為P機(jī)P入Ir1.6 W0.821 W0.96 W.- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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