2025年高三物理复习一轮第27讲　焦耳定律、闭合电路欧姆定律 【正文】听课手册

第27讲焦耳定律、闭合电路欧姆定律一、电功、电功率及焦耳定律1.电功(1)定义:导体中的恒定电场对自由电荷的做的功.

(2)公式:W=qU=(适用于任何电路).

(3)电流做功的实质:转化成其他形式的能的过程.

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.

(2)公式:P=Wt=(适用于任何电路)3.焦耳定律(1)内容:电流通过导体产生的热量跟成正比,跟及成正比.

(2)公式:Q=(适用于任何电路).

二、闭合电路欧姆定律和闭合电路中的功率1.闭合电路的欧姆定律(1)内容:闭合电路的电流跟成正比,跟成反比.

(2)公式:I=ER(3)意义:描述了包含电源在内的全电路中,电流与电动势以及电路总电阻之间的关系.它适用于电路.

2.闭合电路中的功率和效率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)=E电源内部消耗的功率P内=I2r=P总-P出电源的输出功率任意电路:P出=UI=P总-P内纯电阻电路:P出=I2R=E电源的效率任意电路:η=P出P总×100%=纯电阻电路:η=RR+r×【辨别明理】1.W=UIt=U2Rt=I2Rt适用于所有电路. (2.W=UIt及Q=I2Rt适用于任何电路. ()3.非纯电阻电路中,P=UI=I2R+P其他. ()4.电动势就等于电源两极间的电压. ()5.闭合电路中外电阻越大,路端电压就越小. ()6.外电阻越大,电源的输出功率就越大. ()7.电源的输出功率越大,电源的效率就越高. ()电功、电功率及焦耳定律1.电功和电热、电功率和热功率的区别与联系意义公式联系电功电流在一段电路中所做的功W=UIt对纯电阻电路,电功等于电热,即W=Q=UIt=I2Rt;对非纯电阻电路,电功大于电热,即W>Q电热电流通过导体产生的热量Q=I2Rt电功率单位时间内电流所做的功P电=UI对纯电阻电路,电功率等于热功率,即P电=P热=UI=I2R;对非纯电阻电路,电功率大于热功率,即P电>P热热功率单位时间内导体产生的热量P热=I2R2.常见的纯电阻用电器:电阻、电炉子、白炽灯等.常见的非纯电阻用电器:电风扇、电动机、电解槽等.特别说明:电动机因故障或其他原因不转动时,相当于一个纯电阻元件.考向一纯电阻电路的电功与电动率计算1[2022·江苏卷]如图所示,电路中灯泡均正常发光,阻值分别为R1=2Ω,R2=3Ω,R3=2Ω,R4=4Ω,电源电动势E=12V,内阻不计,四个灯泡中消耗功率最大的是 ()A.R1 B.R2C.R3 D.R4[反思感悟]

考向二非纯电阻电路的电功和电功率计算2[2022·福建龙岩模拟]一款儿童电动汽车的部分参数如图所示,则下列说法正确的是()适用年龄6个月~3岁家长遥控3~4岁可自驾核定载重25kg电源规格12V4.5A·h充电器12V1000mA电机RS390-12V2AA.电源规格中4.5A·h的单位A·h是能量的单位B.电机的输出功率小于24WC.电机线圈的电阻为6ΩD.行驶过程中电机突发故障,被卡住无法转动,此时通过电机的电流为2A[反思感悟]

非纯电阻电路的分析方法(1)抓住两个关键量:确定电动机的电压UM和电流IM是解决所有问题的关键.若能求出UM、IM,就能确定电动机的电功率P=UMIM,根据电流IM和电动机线圈的电阻r可求出热功率Pr=IM2r,最后求出输出功率P出=P-P(2)坚持“躲着”求解UM、IM:首先,对其他纯电阻电路部分、电源的内电路部分等,利用欧姆定律进行分析计算,确定相应的电压或电流;然后,利用闭合电路的电压关系、电流关系间接确定非纯电阻电路部分的工作电压和电流.(3)应用能量守恒定律分析: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.闭合电路欧姆定律、闭合电路中的功率和效率问题考向一闭合电路欧姆定律的理解3[2023·湖北武汉模拟]如图所示的电路中,电阻R=2Ω,电路中的电压表内阻非常大.断开S后,电压表的读数为3V;闭合S后,电压表的读数为2V,则电源的内阻r为()A.1ΩB.2ΩC.3ΩD.4Ω[反思感悟]

考向二闭合电路的功率和电源效率问题1.P出与外电阻R的关系(如图所示)(1)当R=r时,电源的输出功率最大,为P出m=E2(2)当R>r时,随着R的增大,输出功率越来越小.(3)当R<r时,随着R的增大,输出功率越来越大.(4)当P出<P出m时,每个输出功率对应两个外电阻R1和R2,且R1R2=r2.2.提高纯电阻电路电源效率的方法是增大外电阻.4[2023·湖北武汉模拟]如图甲所示的电路,其中电源电动势E=6V,内阻r=2Ω,定值电阻R=4Ω,已知滑动变阻器消耗的功率P与其接入电路的阻值RP的关系如图乙所示.下列说法中正确的是()A.图乙中滑动变阻器的最大功率P2=2WB.图乙中R1=6Ω,R2=12ΩC.滑动变阻器消耗的功率P最大时,定值电阻R消耗的功率也最大D.调整滑动变阻器的阻值,可以使电源的输出电流达到2A[反思感悟]

式1(多选)[2023·浙江嘉兴模拟]某同学将一直流电源的总功率PE、电源内部的发热功率Pr和输出功率PR随电流I变化的图线画在了同一坐标系中,如图中的a、b、c所示.以下判断正确的是 ()A.在a、b、c三条图线上分别取横坐标相同的A、B、C三点,这三点的纵坐标一定满足PA=PB+PCB.b、c图线的交点与a、b图线的交点的横坐标之比一定为1∶2,纵坐标之比一定为1∶4C.电源的最大输出功率Pm=9WD.电源的电动势E=3V,内阻r=1Ω[反思感悟]

把含有电源、电阻的部分电路等效为新的“电源”,其“电动势”“内阻”如下:(1)两点间断路时的电压等效为电动势E'.(2)两点短路时的电流为等效短路电流I'短,等效内阻r'=E'常见电路等效电源如下:电路的动态分析1.动态电路的特点断开或闭合开关、滑动变阻器的滑片移动、电阻增大或减小,导致电路中电压、电流、功率等的变化.2.动态分析常用方法(1)程序法:遵循“局部—整体—局部”的思路.①分析步骤(如图所示):②分析时:串联电路注意分析电压关系,并联电路注意分析电流关系.(2)结论法:“串反并同”,应用条件为电源内阻不为零.①所谓“串反”,即某一电阻的阻值增大时,与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小,反之则增大.②所谓“并同”,即某一电阻的阻值增大时,与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大,反之则减小.考向一一般的电路动态分析5如图所示电路,电源内阻不可忽略.开关S闭合后,在滑动变阻器R0的滑片向下滑动的过程中()A.电压表与电流表的示数都减小B.电压表与电流表的示数都增大C.电压表的示数增大,电流表的示数减小D.电压表的示数减小,电流表的示数增大[反思感悟]

6(多选)[2023·湖南衡阳模拟]如图所示,电路中定值电阻阻值R大于电源内阻阻值r.闭合开关S,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()A.A的示数增大B.V2的示数增大C.ΔU3与ΔI的比值大于rD.ΔU1大于ΔU2考向二含容电路的处理1.含容电路的简化:不分析电容器的充、放电过程时,把电容器所处的支路视为断路,简化电路时可以去掉此支路,求电荷量时再在相应位置补上.2.电路稳定时电容器的处理方法:电路稳定后,与电容器串联的电路中没有电流,同支路的电阻相当于导线,即电阻不起降低电压的作用,与电容器串联的电阻视为等势体.电容器的电压等于与之并联的电阻两端的电压.3.电容器所带电荷量的变化的计算:如果变化前后极板带电的电性相同,那么通过所连导线的电荷量等于初、末状态电容器所带电荷量之差;如果变化前后极板带电的电性相反,那么通过所连导线的电荷量等于初、末状态电容器所带电荷量之和.7[2023·河北石家庄模拟]如图所示,电源内阻不可忽略且电源电动势和内阻保持不变.当滑动变阻器的滑片向下滑动时,关于电灯L的亮度及电容器C所带电荷量Q的变化判断正确的是 ()A.L变暗,Q增大 B.L变暗,Q减小C.L变亮,Q增大 D.L变亮,Q减小[反思感悟]

式2[2023·安徽合肥一中月考]如图所示,电路中定值电阻R的阻值大于电源内阻r的阻值,开关S闭合,平行板电容器中带电质点P处于静止状态.现将滑动变阻器滑片向下滑动,理想电压表V1、V2、V3的示数变化量的绝对值分别为ΔU1、ΔU2、ΔU3,理想电流表A1的示数变化量的绝对值为ΔI1,下列说法正确的是()A.质点将向下运动,理想电流表A2中有从b流向a的瞬间电流B.ΔU3ΔIC.电源的输出功率减小D.电源的效率变大考向三电路故障检测方法1.电压表检测:如果电压表示数为零,则说明可能在并联路段之外有断路,或并联部分短路.2.电流表检测:当电路中接有电源时,可用电流表测量各部分电路上的电流,通过对电流值的分析,可以确定故障的位置.在运用电流表检测时,一定要注意电流表的极性和量程.3.欧姆表检测:当测量值很大时,表示该处断路;当测量值很小或为零时,表示该处短路.在用欧姆表检测时,应断开电源.8如图所示的电路中,电源的电动势为6V,当开关S闭合后,灯泡L1和L2都不亮,用电压表测得各部分的电压分别为Uab=6V,Uad=0V,Ucd=6V,则下列判断可能正确的是()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.滑动变阻器R断路电源与电阻的U-I图线两类U-I图像的比较电源的U-I图像电阻的U-I图像图形物理意义电源的路端电压随电路中电流的变化关系电阻两端的电压随电阻中电流的变化关系截距①纵截距表示电源电动势E②横截距表示电源短路电流E过坐标原点,表示电流为零时电阻两端的电压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纵横坐标的比值U表示外电阻的大小,不同点对应的外电阻大小不同表示电阻的大小,每一点对应的比值均等大斜率的绝对值电源内阻r电阻大小9[2023·江苏南京模拟]在如图甲所示的电路中,R1为定值电阻,R2为滑动变阻器,闭合开关S,将滑动变阻器的滑片P从最右端滑到最左端,两个电压表(内阻极大)的示数随电路中电流变化的完整过程图线如图乙所示.以下说法正确的是 ()A.定值电阻R1的阻值为5ΩB.电源的电动势是4VC.电源的内阻为10ΩD.图线A是电压表V1的示数随电流变化的图线[反思感悟]

式3[2023·广东佛山模拟]电源的效率定义为外电路电阻消耗的功率与电源的总功率之比.直线A、B和C分别是电源a、电源b和电阻R的U-I图线.