高二物理电学专题提升专题18三个公式：欧姆定律、电功率和热功率的使用

1、专题18三个公式：欧姆定律、电功率和热功率的使用一：专题概述1 .欧姆定律i=R勺使用过壬山出阳上西遒媚车靠LB哪曳帆两强的电压满足.IR.2ri2r_附函耶钝电JB满足适於曲?<定律,因一P电=UI=P热+P其他=IR+P其他,所以UI>IR,即非纯电2 .纯电阻电路与非纯电阻电路的比拟W=Q1r纯电|肌一用甩器纯电阻-1巾=/询=?/a,r2如电阻.电炉子、白熄灯等L“iy曲斗修：也如电风扇,电动机.他解槽等3 .电动机的三个功率及关系输入功率电动机的总功率.由电动机电路中的电流和电压决定,即P总=P入=UI输出功率电动机的有用功的功率,也叫做机械功率热功率电动机线圈上有电阻,

2、电流通过线圈时会发热,热功率P热=Ir二百大系P总=P出+P热效率PP出y=k><100*丁X100%PkP总特别说明正常工作的电动机是非纯电阻元件电动机因故障或其他原因不转动时,相当一个纯电阻兀件4 .闭合电路的功率及效率问题电源总功率任意电路：P总=EI=P出+P内纯电阻电路:P总=I2(R+r)='RR+r电源内部消耗的功率P内=Ir=P总一P出电源的输任意电路：P出=UI=P总一P内出功率纯电阻电路：P出=I2E2RR(R+r)2P出与外电阻R的关系匕pd隼N,fliN电源的效率一P出任息电路：,=区*U100%=e><100%R纯电阻电路：Y=-X10

3、0%R+r二：典例精讲1.电功、电功率的计算典例1:一台电动机的线圈电阻与一只电炉的电阻相同,都通过相同的电流,在相同时间内.A.电炉放热与电动机放热相等B.电炉两端电压小于电动机两端电压C.电炉两端电压等于电动机两端电压D.电动机消耗的功率大于电炉的功率【答案】ABD【解析】电炉属于纯电阻,电动机属于非纯电阻,对于电炉有；口=风放热0=尸电消耗功率片尸丛对于电动机有;6巩放热0二广电消耗功率P二口"及2.纯电阻电路和非纯电阻电路典例2:一只电饭煲和一台洗衣机并联接在输出电压为220V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5.0A,通过洗衣机电

4、动机的电流是0.50A,那么以下说法中正确的选项是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1555W,洗衣机电动机消耗的电功率为155.5WC.1min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_U-Ri=44Q,P1=U11=1100WI1其在1min内消耗的电能W=Ul1t=6.6X104J洗衣机为非纯电阻元件,所以RwUP2=UI2=110W1 2其在1min内消耗的电能W=UI2t=6.6X103J其热功率P热wp2

5、,所以电饭煲发热功率不是洗衣机电动机发热功率的10倍.应选项C正确.3 .含电动机的非纯电阻电路典例4:下表列出了某品牌电动自行车及所用电动机的主要技术参数,不计其自身机械损耗.假设该车在额定状态下以最大运行速度行驶,那么()40kg额定电压48V75kg额定电流12A最大行驶速度20km/h额定输出功率350WA.电动机的输入功率为576WB,电动机的内电阻为4QC.该车获得的牵引力为104ND.该车受到的阻力为63N【答案】AD【解析】由于248V,Q12A,那么P=BJ=570%,应选项A正确$因八二尸肘+A,匚当萨113行Q,应选项B错j由产出二曲二野,F=6=63N,应选项C错事D正

6、确.Jr4 .电路中的有关功率及效率典例4:如下图,电源电动势为6V,内阻为1,保护电阻R=0.5那么当电阻箱R读数为多少时,保护电阻R消耗的电功率最大,且这个最大值为：()A.1Q4WB.1Q8WC.08WD.0.5Q8W【答案】C一,E2R口口、BBB【解析】保护电阻消耗的功率为P0=-一°d、2,因R和r是常量,而R是变量,所以R最小时,P0最(r+R+R)大,即R=0时,P0max=-'-2=S2W=8W.应选项C正确.(r+R)1.5【拓展延伸1】在【典例】中的条件不变,那么当电阻箱R的读数为多少时,电阻箱R消耗的功率注最大且这个最大值为()D.1.5Q6WA.1Q

7、6WB.0.5Q8WC.1Q1.5W【解析】这时要把保护电阻R与电源内阻r算在一起,据以上结论,当R=R)+rIPF=(1+0.5)Q=1.5Q时,Pmax=E24(r+R)624X1.5W=6W.应选项D正确.【拓展延伸2】在【典例】中,假设电阻箱R的最大值为3R=5那么当电阻箱R读数为多少时,电阻箱R的功率最大且这个最大值为()A.3Q4WB.2Q4WC.3Q4WD.144W33【答案】C【解析】把扁=5C当作电源内阻的一局部,那么等效电源内阻访6Q,而电阻箱H的最大值为3小于6Q,P=Yrk,那么不能满足尺=,/当电阻箱无的电阻取3Q时,无消耗功率最耳十二大,最大值为；：W*应选项C正确

8、,【拓展延伸3】在【典例】中的条件不变,那么电源的最大输出功率为()A.3WB.4WC.5WD.9W【答案】D【解析】由电功率公式P出=(m)2R外=7"2,当改卜=时,P出最大,即R=rR)=0.5QE+r,(Rr)-+4rR卜一E262,一一时,P出max='=W=9W.应选项D正确.4r4三总结提升1 .电功和电热的处理方法(1)首先要分清所研究的电路是纯电阻电路还是非纯电阻电路,正确选择计算公式.(2)处理非纯电阻电路的计算问题时,要善于从能量转化的角度出发,紧紧围绕能量守恒定律,利用“电功=电热+其他能量寻找等量关系求解.2 .最大功率问题的两点注意2日八1解决最大

9、功率问题时,要弄清是定值电阻还是可变电阻的最大功率,定值电阻的最大功率用P=i2r=U分R析,可变电阻的最大功率用等效电源法求解.2电源输出功率最大时,效率不是最大,只有50%四提升专练1.多项选择以下关于电功、电功率和焦耳定律的说法中正确的选项是.A.电功率越大,电流做功越快,电路中产生的焦耳热一定越多2cU2B.W=UIt适用于任何电路,而W=IRt=-t只适用于纯电阻的电路RC.在非纯电阻的电路中,ui>i2rD.焦耳热Q=|2Rt适用于任何电路【答案】BCD【解析】电功率公式亨,功率越大j表示电流做功越快,对干一段电路,有尸=了5片,焦耳热产售网,可见0与尸、51者造关.所以,P

10、越大,.不一定祗大A不对.阳二如是电动的定义式,适用于任何电路,而匚1只适用于纯电阻的电路,B对.在非触电阻的电路中,电流所做的功二焦耳热十其他形式的能,所以的.,即C正确,3=尸咫是焦耳热的定义式,适用于任何电路中产生的焦耳熟,D正确.2.多项选择有一家用电风扇,电风扇两端的电压为220V,工作电流为0.5A,那么以下说法中,正确的选项是.A.电扇线圈的电阻为440QB.电扇线圈的电阻大于440QC.电扇线圈的电阻小于440QD.电风扇线圈的电阻满足欧姆定律【答案】CD【解析】电风扇是非纯电阻,故电风扇两端的电压满足U>IR,所以220>0.5R,所以4440Q.选CD.3.多项

11、选择现用充电器为一电池充电,等效电路如下图,充电器电源的车出电压为U,输出电流为I,电池的内阻为r.以下说法中正确的选项是A.充电器输出的电功率为UI+I2rB.电能转化为化学能的功率为UI-I2rC,电池产生的热功率为12rlrD.充电器的充电效率为仃X100%【答案】BC【解析】充电器输出的电功率为",A项错误;电胃辞专化为化学能的功率为输出功率减电池的热功率B项正确;电池内阻为纯电阻E项正确;充电器的充电效率应为等对M加D项错误.4.电子产品制作车间里常常使用电烙铁焊接电阻器和电容器等零件,技术工人常将电烙铁和一个灯泡串联使用,灯泡还和一只开关并联,然后再接到市电上如下图,以下

12、说法正确的选项是.220V电焰铁A.开关接通时比开关断开时消耗的总电功率大B.开关接通时,灯泡熄灭,只有电烙铁通电,可使消耗的电功率减小C.开关断开时,灯泡发光,电烙铁也通电,消耗的总功率增大,但电烙铁发热较少D.开关断开时,灯泡发光,可供在焊接时照明使用,消耗总功率不变【答案】A【解析】开关接通时,灯泡被短路,灯泡熄灭,电路的总电阻变小,电路的总功率P=U变大,电烙铁的功R率变大.5 .多项选择如下图,电源电动势均为E=12V,内阻均为r=3a.Ro=1Q,直流电动机内阻R'=1.当调节滑动变阻器使R=2Q时,图甲电路输出功率最大.调节R使图乙电路输出功率最大,且此时电动机刚好正常工

13、作额定功率为6W,那么此时R的阻值和电动机的热功率P为A.R=2QB.R=1.5C. P=6WD. P=4W【答案】BD【解析】两图中的电源相同,它们的最大输出功率相同由图甲得电流鼻匚上A时输出功率最大,且最大值为尸尸典-我=12W;对图乙电动机的功率为6W&的功率=艮的=6W,故电阻尼,5RA错误.B正确;电动机的热功率PNJHWC错误Q正确6 .将一电源与一电阻箱连接成闭合回路,测得电阻箱所消耗功率P与电阻箱读数R变化的曲线如下图,由此可知A.电源最大输出功率可能大于45WB.电源内阻一定等于5QC.电源电动势为45VD.电阻箱所消耗功率P最大时,电源效率大于50%【答案】B【解析

14、】由于题述将一电源与一电阻箱连接成闭合回路,电阻箱所消耗功率P等于电源输出功率.由电阻箱所消耗功率P与电阻箱读数R变化的曲线可知,电阻箱所消耗功率P最大为45W,所以电源最大输出功率为45W,选项A错误；由电源输出功率最大的条件可知,电源输出功率最大时,外电路电阻等于电源内阻,所以电源内阻一定等于5,选项B正确；由电阻箱所消耗功率P最大值为45W可知,此时电阻箱读数为R=5Q,电流1=、器=3A,电源电动势E=IR+r=30V,选项C错误；电阻箱所消耗功率P最大时,电源效率为50%选项D错误.7 .如下图,电源电动势E=8V,内阻为r=0.5Q,“3V,3W'的次T泡L与电动机M串联接

15、在电源上,灯泡刚好正常发光,电动机刚好正常工作,电动机的线圈电阻R=1.5.以下说法中正确的选项是.L甘®A.通过电动机的电流为1.6A8 .电源的输出功率是8WC.电动机消耗白电功率为3WD.电动机的输出功率为3W【答案】D【解析】FY3M的灯泡L与电动机M串联说明通过灯泡与电动机的电流相等,其电流大小为五二强二3WA;路端电压在匕五一Ji/=gU-1AxQ50=73Vj电源的输出功率P出二班二工5VRLA=7.5W；电动机消耗的功率为Pm=PlPi=75W-3W=4.5电动机的热功率为P正肋q=L5A¥=L5Wj；电动机的输出功率为PlP44$WL5W=3W一8.多项选

16、择如下图,电源电动势E=3V,小灯泡L标有“2V0.4W,开关S接1,当滑动变阻器调到R=4Q时,小灯泡L正常发光.现将开关S接2,小灯泡L和电动机M均正常工作.那么A.电源内阻为1QB,电动机的内阻为4QC.电动机正常工作电压为1VD.电源效率约为93.3%【答案】ADU2PI4I【解析】小灯泡正常工作时的电阻FL=-=10Q,流过小灯泡的电流I=0.2A.当开关S接1时,R总=E=15Q,电源内阻=RlRR=1Q,A正确；当开关S接2时,电动机M两端的电压gE-Ir-U=0.8V,C错误；电动机对外功率未知,不能求出电动机的内阻,选项B错误；电源的效率刀=E-IrX100%93.3%,D正

17、确.9.额定电压都是110V,额定功率FA=100W,FB=40W的电灯两盏,假设接入电压是220V的以下电路上,那么使两盏电灯均能正常发光,且电路中消耗的电功率最小的电路是.【答案】C【解析】判断灯泡能否正常发光,就要判断电压是否为额定电压,或电流是否为额定电流.rfi由夕=竟和条件可知,比不A对于A电路,由于几所以函110V,5灯被烧坏,两灯不能正常发光.对于B电路,由于山加丹,d灯与变阻器并联,并联电阻更小于心,311.V,E灯被烧坏：两灯不能正常发光.对于C电路,B灯与变阻器并联电阻可能等于R,所以可能U=UB=110V,两灯可以正常发光.对于D电路,假设变阻器的有效电阻等于A、B的并

18、联电阻,那么LA=UB=110V,两灯可以正常发光.比拟C、D两个电路,由于C电路中变阻器功率为Ia|bX110V,而D电路中变阻器功率为|a+|bX110V,所以C电路消耗的功率最小.选C.10 .多项选择一辆电动观光车蓄电池的电动势为E,内阻不计,当空载的电动观光车以大小为v的速度匀速行驶时,流过电动机的电流为I,电动车的质量为解电动车受到的阻力是车重的k倍,忽略电动观光车内部A.电动机的内阻为R=彳B,电动机的内阻为R=E罕vC.电动车的工作效率Ykmgv"ETD.电动机的发热效率EIkmgv,=-Ei-【答案】BCD【解析】根据能量守恒定律,EI=|2R+kmgv所以电动机的

19、内阻为R=jE-岑群,选项A错误、B正确；电动车的工作效率等于输出功率与总功率之比,即y=kmgv所以c正确；电动机的发热效率Y=EI;：吗D正确.11 .有一提升重物的直流电动机,工作时电路如下图,内阻为r=0.6Q,R=10直流电压为U=160V,电压表两端的示数为110V,那么通过电动机的电流是多少？电动机的输入功率为多少？电动机在1h内产生的热量是多少?【答案】5A550W5.4X104J【解析】电动机正常工作时,电动机两端的电压不满足欧姆定律,故不能直接用欧姆定律来求流过电动机的电流,因电动机和电阻串联,所以流过电动机的电流等于流过电阻的电流.10A=5AP110x5W=550W52

20、x0.6x3600J=5.4x101J12.如下图是一提升重物用的直流电动机工作时的电路图.电动机内电阻r=0.8Q,电路中另一电阻R=10Q,直流电压U=160V,电压表示数U/=110V.试求:通过电动机的电流;(2)输入电动机的电功率;(3)假设电动机以v=1m/s匀速竖直向上提升重物,求该重物的质量?(g取10m/s2)【答案】(1)5A(2)550W(3)53kg【解析】(1)由电路中的电压关系可得电阻R的分压UR=UR50UU/=(160-110)V=50V,流过电阻R的电流Ir=-=A=5A,即通过电动机的电流IM=IR=5A.(2)电动机的分压UM=U/=110V,输入电动机的功率P电=|mUM=550W.(3)电动机的发热功率P热=Imt=20W