2018年高考物理一轮复习专题7.2串并联电路焦耳定律教学案

1、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、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.公式：WqU= IUt(适用于任何电路).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.公式：P=WIU(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=|2Rt.4 .电功率P= IU和热功率P=|2R的应用(1) 不论是纯电阻还是非纯电

2、阻，电流的电功率均为P电=UI，热功率均为P热=I2R2U(2) 对于纯电阻而言：P电=P热=IU=I2R=.R亠2U2(3) 对于非纯电阻而言：P电=IU=P热+P其他=I R+P其他工 +P其他.R、电路中的功率及效率问题1.电源的总功率(1)任意电路：戸总=IE=IU外+IU内=P出+P内.2E2纯电阻电路：戸总=I (斑 r)=.R+r考情解重点知识鶴理22 .电源内部消耗的功率：P内=I r=IU内=P总一P出.3.电源的输出功率(1)任意电路：P出=IU=IEI2r=P总一P内.纯电阻电路:2E2RE2P出=1 R=R+r2=R- r2R+4r(3)纯电阻电路中输出功率随R的变化关

3、系、E21当R= r时，电源的输出功率最大为Pn= 4.2当Fr时，随着R的增大输出功率越来越小.3当Fr时，随着R的增大输出功率越来越大.4当P出I2Rt.(1) 纯电阻电路：如电炉等构成的电路，电流做功将电能全部转化为内能，此时有WQ2U2计算时可任选一公式：WQ= Pt=I2Rt=IUt=t.R(2) 非纯电阻电路：如含有电动机、电解槽等的电路，电流做功除将电能转化为内能外，还转化为机械能、化学能等，此时有VQ电功只能用公式WUIt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=

4、 5V,内阻r= 2Q,定值电阻R= 0.5Q，滑动变阻器 R的阻值范围为 010Q.求:中无法知道内、外电阻的大小关系，因此D 错误.(1)当滑动变阻器R2的阻值为多大时，电阻R消耗的功率最大？最大功率是多少?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?解析 定值电阻局消耗的电功率为丹丹= =朋朋= =见覺J弘消耗的功率最大，最大功率为f亍琢将定值电阻圧看俶电源內阻的一却分，则电源的等效內阻严=川+/=2,故当滑动变阻器的阻值肪=2皿时，滑动变阻器消耗的功率最大，最大功率为P2m=2.SW.由电源

5、的输出功率与外电阻的关系可知，当妣+局二打BP/T1=(2-0.5)1.SO.电源有最大输出功率，最大功率为P出-=芬=”25匹答案(1)0 2W (2)2.5Q2.5W (3)1.5Q3 . 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()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,可见当渭动变阻器的阻值出=0时图 6中无法知道内、外电阻的大小关系，因此D 错误.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=l2r定减小，C 正确；总功

6、率P=El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.+干电池A(2.5 V.l W) B(25 V,1 W)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有示数解折 由表1条件可知，感/间有示数，则干电池间无断路，又因为

7、6小小间无示数, 故丛丁段断路，选项D正确：若灯A短路或灯B短路，不会造成A、B灯都不亮，选项乩B错误若皿 段断路，则& &、间不会有示数，选项C错误.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 Li、L2都不亮，用电压表测得各部分的电压是Ub= 6V,Ud= 0V,Ud= 6V,由此可判定()Ltdi-dA.Li和 L2的灯丝都烧断了B. Li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Ub= 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 Li与

8、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 10A.R短路B. F2断路C. R 断路D. R 短路答案 BC解析 由于必灯串联于干路中，且故障发生后，赴灯变暗，故知电路中总电浇娈小即电路总电阻变大大, ,由此推知，故障应为某一电阻断踣，排除选项扎D假设出断路，贝惧断路后电踣总电阻变大总 电流变小，A灯变暗，同时局断略必弓|起与之并联的B灯中电流变大，使B灯变亮，推理结果与现象相符, 故选项E正确假设凡断路，则也引起总电阻变大，总电流变小，使A灯

9、变暗,同时凡断路也必引起与 之并联的电踣很卩粘所在支路）中电流噌大，B灯中分得的电流也变大B灯变亮，故选项C正确.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q1|作/I图形LKJ匕图象表述的物理量电源的路端电压随电路电流的电阻两端电压随电阻中的H&变化关系变化关系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,过坐标轴原点，表示没有电直线n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C. 电源的输出功率为 4WD. 电源的效率为 50%解析 由图线I可知，电源的电动势为3V,内阻为戶=0鱼 由图线I

10、I可知，电阻丘的阻值为 g 该电源与电阻丘直接相连组成的闭合电路的电凌为路端电压 （可由题图读出） ， 电 源的输出功率为P=U!二備二備, ,电源的效率为二铮価沧心一7儿 故选项人B. C正确，D错误.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，不冋点对应 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电阻大小与横

11、轴交点表示短路电流E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,压时电流为零A.3V,内阻为 0.5QB.电阻R的阻值为电源的电动势为A. 4W,8WB 2W,4WC. 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= 2X2W=4W电源图 13A. 电源的电动势为 50V、,25B. 电源的内阻为QC. 电流为 2.5A 时，外电路的电阻为 15QD. 输出功率为 120W 时，输出电压是 30V答案 ACD解析 电源的输出电圧和电流的关系为：显燃直线的斜率的绝对值等于心纵轴的截距为 电源的电动势，从

12、题團中看出r=聲二器G=5见A正龜B错误；当电济为人=2.弘时，由回 路中电浇人二急；，解得外电路的电陌仏=1仇C正确；当输出功率为L20W时，由题图中关系 图线看出对应干路电溢为4A,再从H圉线读取对应的输出电压为30V, D正确-1 . （2015浙江高考）下列说法正确的是（）图 12324 6A.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

13、时间再长，做功也为零，B 项错误；由C=帥知，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： C1.（2014天津2）如图 17 所示，电路中R、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 17A.增大R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解析 根据闭合电路除姆左律分析电容器两板间的电压如何变化，进而分析带电油滴的运动情况.A.

14、増大凤的阳值，稳走后电容器两板间的电压升高，带电油滴所受电场力増大，将向上运动，A 错误.E_电 路稳定后：电容器相当于斷路，无电流通过电阻金，故局两端无电压，所以増大局的阻值电容器两板间 的电压不变，带电油滴仍处于静止状态/正确、C 増犬两扳间的距鼠两桢间的电压不垂电场强度减小， 带电油滴所受电场力濟卜将向下运动，C 错误.D 断幵电键后，两板间的电势差为專带电油滴只受 重力作用）将向下运动，D 错误.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 U、U、U3, 理想电流表

15、A 示数变化量的绝对值为 I，则（）图 18A. A 的示数增大B. V2的示数增大C. 13与I的比值大于rD. U大于U2答案 ACD解析 本题由于各表是理想电压表与理想电流花 可把电压表看成断路，则左与渭动变阻器串联，电 路图可简化为如團所示，当渭片向下滑动吋，可判断出v鮎V$示数减小，W示数増大,电流表A示数増 大，A正确：B错误；5 二皿皿= =期期,贝U券二丘十尸犬于门C正确,设通过电源的电流为几为几则l=h,普二心黑=兀在山相同的情况下，WAd D正确，故选A、C. D1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

16、的线圈电阻R.= 0.5Q.若灯泡正常发光时，电源的输出电压为12 V，此时（） LE十广隔-图 7A.整个电路消耗的电功率为24 WB. 电动机的热功率为 12 WC. 电动机的输出功率为 12 WD. 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=pL= 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=|2FM= 22X0.5 W = 2 W,故B 错误；灯泡正常发光时，电动机电压UM= U-LL= 12 V 6 V= 6 V,电动机的输入功率P=UMI=6X2 W= 12 W,电动机的输出功率P出=P

17、FQ= 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0.05Q,电流表内阻不计，则因电动机启动，车灯的电功率降低了（）A. 35.8 W B . 43.2 W C . 48.2 W D . 76.8 W 答案 B解折 电动机不启动时，灯泡的电压为电源路端电压，设为 g 电动机启动后灯泡电压仍为路端电压, 设为血-电动机不启动时，由欧拇定律得片黠;求得血=1.2 2灯泡消耗功率为氏二因-尸C12QM电动机启

18、动后路端电压狙二E丹=9$可，灯泡消耗电功率为吐二瓷=乜弋弋=1&E 科科. .所以灯泡功 率降低了=120 W - 76.8 W=43.2 W.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 S、S 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（）A. 电热丝的电阻为 55Q1 210B. 电动机的电阻为 V0QC.当电吹风吹热风时，电热丝每秒钟消耗的电能为1000 JD.当

19、电吹风吹热风时，电动机每秒钟消耗的电能为1120 J 答案 AR= UP= 签Q= 55Q，选项 A 正确；由于不知道电动机线圈的发P880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=U可得电热丝的电阻为R5.0 A，

20、通过洗衣机电动机的电图 9流是 0.50 A，则下列说法中正确的是（）A.电饭煲的电阻为 44Q,洗衣机电动机线圈的电阻为440QB.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 WC.1 min 内电饭煲消耗的电能为6.6x104J， 洗衣机电动机消耗的电能为6.6x103JD.电饭煲发热功率是洗衣机电动机发热功率的10 倍答案 C解析由于电饭煲是纯电阻元件*所以厲二赏=440,PiL7i=l100W其在 1 min内消耗的电能洗衣机为非纯电阻元件，所以P2=t=110W其在 1 mki内消耗的电能昭二凹f二氐12 J其热功率P热工F2,所以电饭煲发热功率不是洗衣

21、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 2Q的镍一氢电池充电下列说法正确的是（）图 4A.电能转化为化学能的功率为0.12 WB.充电器输出的电功率为 0.14 WC.充电时，电池消耗的热功率为0.02 WD. 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戸总=Ul= 0.14 W，电池充电时的热功率为P热=12r= 0.02 W，所以转化为化学能的功率为P化=戸总一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

22、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 0.5Q,电阻R=2.5Q,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“ 3V 0.6 W ”的灯泡恰好正常发光，则电动机的内阻为（）A.1.25QB.3.75Q C.5.625QD.1Q答案 A解析 通过并联电路求通过电动机的电流是本题的关键.电动机输出功率P尸呻灯泡中电E-U*渣丘=式=0.2入,干路电渣片77才=1z 电动机中电流/M=Z-A=0,8A；电动机的功率卩卩= =廿血廿血= =聪聪RM+ P时时计算得血=13 0所以A正确.7.如图 10 所

23、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 Rx= 2Q,当 S 闭合，S2、S3断开时，爲示数为 6 A ;当 S2闭合，S、S 断开时，示数为 5 A，且电动机输出功率为 35 W;当 S3闭合，S、S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)2Q72 W (2)1Q(3)16 W解析(1)电炉子为纯电阻元件，由欧姆定律得：U12R=1Q = 2 Q其发热功率为：P=UI1= 12X6 W= 72 W.(2)电动机为非纯电阻元件，由能量守恒定律得:2Ub=I2RM+P输出所以：UI2R俞出12X535Ri=. 2=_2Q =1Q.I25电解槽为非纯电阻元件，由能量守恒定律得:P化=UI3-|32R2所以P化=(12X4- 4X2) W= 16 W.8.如图 12 所示的电路中，