江苏省桃州中学高考物理一轮复习 2.3 欧姆定律、焦耳定律导学案 新人教版选修31

2013届桃州中学高三物理导学案第二章 恒定电流【课 题】§2.3 欧姆定律、焦耳定律【学习目标】1．了解线形元件和非线形元件；了解焦耳定律在生活、生产中的应用．2．应用欧姆定律、焦耳定律．【知识要点】一、部分电路欧姆定律1．内容：导体中的电流跟它两端的电压成 ，跟它的电阻成．2．公式： .3．适用范围(1)金属导电和电解液导电(对气体导电不适用)；(2)纯电阻电路(不含电动机、电解槽等的电路)4．导体的伏安特性曲线(1)IU 图线以 为纵轴， 为横轴画出的描述导体上的电流随电压变化的曲线，如图所示．(2)比较电阻的大小 图线的斜率k ＝I U ＝1R，图中R 1 R 2(填“＞”“＝”或“＜”)． (3)线性元件：伏安特性曲线是 的电学元件，如上图所示．线性元件适用欧姆定律．(4)非线性元件：伏安特性曲线为曲线的电学元件，如图所示．非线性元件不适用欧姆定律二、电功和电功率1．电功：电流做功的实质是导体中的____________对____________的静电力在做功．使得电荷的__________减少，_________转化为其他形式的能，因此，电功的公式w=___________．这是计算电功普遍适用的公式．2．电功率：单位时间内电流所做的功，叫电功率，其公式P=_________=__________，这是计算电功率普遍适用的公式，对于纯电阻电路，电功率还可以表示成P=________=________．3．用电器在额定电压下消耗的功率叫_____________．三、焦耳定律1．内容：对于阻值一定的导体，电流通过导体产生的热量与____________________成正比，与____________成正比，与_______________成正比．2．数学表达式：__________________．3．电功和电热关系(1)纯电阻用电器：电流通过用电器以发热为目的，例如电炉、电熨斗、电饭锅、电烙铁、白炽灯泡等．(2)非纯电阻用电器：电流通过用电器是以转化为热能以外的形式的能为目的，发热不是目的，而是难以避免的热能损失．例如电动机、电解槽给蓄电池充电，日光灯等．在纯电阻电路中，电能全部转化为热能，电功等于电热，即22/W UIt I Rt U t R ===是通用的，没有区别．同理22/P UI I R U R ===也无区别．在非纯电阻电路中，电路消耗的电能，即w=UIt 分为两部分，一大部分转化为其他形式的能(例如电流通过电动机，电动机转动，电能转化为机械能)；另一小部分不可避免地转化为电热Q=I 2Rt(电枢的电阻生热)．W=E 其他+Q ．电功只能用w=UIt 计算；电热只能用Q=I 2Rt 计算．【典型例题】【例题1】(2011·衡水模拟)小灯泡通电后其电流I 随所加电压U 变化的图线如图所示，P 为图线上一点，PN 为图线在P 点的切线，PQ 为U 轴的垂线，PM 为I 轴的垂线，则下列说法中正确的是( )A ．随着所加电压的增大，小灯泡的电阻增大B ．对应P 点，小灯泡的电阻为R ＝U 1I 2C ．对应P 点，小灯泡的电阻为R ＝U 1I 2－I 1D ．对应P 点，小灯泡的功率为图中矩形PQOM 所围面积【例题2】.如图甲所示某一热敏电阻(电阻随温度的改变而改变，且对温度很敏感)的I －U 关系曲线．在图乙所示的电路中，电源电压为9 V ，电流表读数为70 mA(电流表内阻不计)，定值电阻R 1＝250 Ω，由热敏电阻的I －U 关系曲线可知，热敏电阻两端的电压为______ V ，电阻R 2的阻值为________ Ω，此时热敏电阻的阻值为________ Ω.【例题3】如图所示，A 为电解槽，M 为电动机，N 为电炉子，恒定电压U ＝12 V ，电解槽内阻r A ＝2 Ω，当S 1闭合，S 2、S 3断开时，示数为6 A ；当S 2闭合，S 1、S 3断开时，示数为5 A ，且电动机输出功率为35 W ；当S 3闭合，S 1、S 2断开时，示数为4 A ．求：(1)电炉子的电阻及发热功率各多大？(2)电动机的内阻是多少？(3)在电解槽工作时，电能转化为化学能的功率为多少？【例题4】有一个小型直流电动机，把它接入电压为U1＝0.2 V的电路中时，电机不转，测得流过电动机的电流是I1＝0.4 A；若把电动机接入U2＝2.0 V的电路中，电动机正常工作，工作电流是I2＝1.0 A，求电动机正常工作时的输出功率多大？如果在电动机正常工作时，转子突然被卡住，此时电动机的发热功率是多大？【能力训练】1．下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法中正确的是( )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B．W＝UIt适用于任何电路，而W=I2Rt=U2t/R只适用于纯电阻的电路C．在不是纯电阻的电路中，UI>I2RD．焦耳热Q=I2Rt适用于任何电路2. 如图所示的电路中，输入电压U恒为12 V，灯泡L上标有“6 V,12 W”字样，电动机线圈的电阻R M＝0.50 Ω.若灯泡恰能正常发光，以下说法中正确的是( )A．电动机的输入功率为12 WB．电动机的输出功率为12 WC．电动机的热功率为2.0 WD．整个电路消耗的电功率为22 W3．家用电器即使没有使用，只要插头插在电源上处于待机状态，就会消耗电能．根据下表提C．0.9度D．1.2度4．(2011·杭州模拟)如图所示是某导体的IU图线，图中α＝45°，下列说法正确的是( )A．通过电阻的电流与其两端的电压成正比B．此导体的电阻R＝2 ΩC．IU图线的斜率表示电阻的倒数，所以R＝cot 45°＝1.0 ΩD．在R两端加6.0 V电压时，每秒通过电阻截面的电荷量是3.0 C5．(2011·镇江模拟)如图所示，电阻R1＝20 Ω，电动机绕线电阻R2＝10 Ω，当电键S断开时，电流表的示数是I1＝0.5 A；当电键S合上后，电动机转动起来，电路两端的电压不变，此时电流表的示数I和电路消耗的电功率P应满足( )A．I＝1.5 A B．I<1.5 AC．P＝15 W D．P<15 W6.(2011·保定联考)有三个用电器，分别为日光灯、电烙铁和电风扇，它们的额定电压和额定功率均为“220 V,60 W”．现让它们在额定电压下工作相同时间，产生的热量( ) A．日光灯最多B．电烙铁最多C．电风扇最多D．一样多7.电阻R和电动机M串联接到电路中，如图所示，已知电阻R跟电动机线圈的电阻值相等，电键接通后，电动机正常工作. 设电阻R和电动机M两端的电压分别为U1和U2，经过时间t，电流通过电阻R做功为W1，产生热量为Q1，电流通过电动机做功为W2，产生热量为Q2.则有( )A．U1<U2，Q1＝Q2B．U1＝U2，Q1＝Q2C．W1＝W2，Q1>Q2 D．W1<W2，Q1<Q28.某种金属导体的U－I，图象如图所示，图象上A点和原点的连线与横轴成α角，A点的切线与横轴成β角．关于该导体的叙述下列说法中正确的是( )A．导体的电功率随电压U的增大而增大B．导体的电功率与电压U的平方成正比C．在A点，导体的电阻为tanβD．在A点，导体的电阻为tan α9,如图所示，有一个提升重物用的直流电动机，电动机铭牌有“电机内阻r＝0.6 Ω”的标志，如果已知电路中的固定电阻R＝10 Ω，电路两端电压U＝160 V，电压表的示数U′＝110 V．根据以上数据试计算：(1)通过电动机的电流．(2)电动机的输入功率．(3)电功机的输出功率．10.如图所示，电源的电动势E＝12 V，内阻r＝0.5 Ω，将一盏额定电压为8 V、额定功率为16 W的灯泡与一个线圈电阻R为0.5 Ω的直流电动机并联后接在电源上，灯泡刚好正常发光，则这台电动机的输出功率是多少？机械效率是多少？例题答案：1. [答案] ABD[解析] 由于灯泡的电阻R ＝U I ，结合图象知，A 、B 正确，C 错误；小灯泡的功率P ＝UI ，所以D 正确．2. 【答案】 5.3 108.8 155.9【解析】 由图甲可以看出，热敏电阻的阻值不是定值，因此，对于本题中的两个问题，必须通过图像才能顺利求解．由图乙电路，可求得通过电阻R 1的电流强度I 1＝U R 1＝9250A ＝36 mA ，从而得到通过R 2和热敏电阻中的电流强度I 2＝(70－36) mA ＝34 mA.再由图甲所示的I －U 关系曲线，读出当通过热敏电阻中的电流强度为34 mA 时对应的电压值为5.3 V.可求出电阻R 2的阻值为R 2＝U 2I 2＝－34×10－3Ω＝108.8 Ω. 此时热敏电阻的阻值为R ＝ 5.334×10－3 Ω＝155.9 Ω. 3. 【答案】 (1)2 Ω 72 W (2)1 Ω (3)16 W解析 电解槽、电动机为非纯电阻电路，电炉子为纯电阻．不论哪一种电路都遵守能量守恒定律．即满足电功＝电热＋其他能量的关系．(1)电炉子为纯电阻，由欧姆定律：I ＝U R得R ＝U I 1＝126Ω＝2 Ω 其发热功率为：P R ＝UI 1＝12×6 W＝72 W.(2)电动机为非纯电阻，由能量守恒定律得UI 2＝I 22r M ＋P 输出所以r M ＝UI 2－P 输出I 22＝12×5－3552 Ω＝1 Ω.(3)电解槽工作时，由能量守恒定律得：P 化＝UI 3－I 23r A所以P 化＝(12×4－42×2) W＝16 W.4. [答案] P 出＝1.5 W P 热＝8 W[尝试解答] U 1＝0.2 V 时，电动机不转，此时电动机为纯电阻．故电动机线圈内阻 r ＝U 1I 1＝0.20.4Ω＝0.5 Ω U 2＝2.0 V 时，电动机正常工作. 此时电动机为非纯电阻，则由电功率与热功率各自的定义式，得P 电＝U 2I 2＝2×1 W＝2 W.P 热＝I 22r ＝12×0.5 W＝0.5 W.所以由能量守恒，电动机的输出功率．P 出＝P 电－P 热＝2 W －0.5 W ＝1.5 W.此时若电动机突然被卡住，则电动机又为纯电阻，其热功率P 热＝U 22r ＝220.5W ＝8 W.反馈训练能力训练答案1.2. 解析 AC 灯泡L 能正常发光，则电动机两端电压为6 V ，通过电动机的电流I M ＝I L ＝P U ＝126A ＝2 A ，则电动机的输入功率P 入＝UI M ＝6×2 W＝12 W ，A 对；整个电路消耗的电功率P 总＝P L ＋P M ＝24 W ，D 错；电动机的热功率P 热＝I 2M R M ＝4×0.50 W＝2.0 W ，C 对；电动机的输出功率P出＝P 入－P 热＝(12－2.0) W ＝10 W ，B 错．3. 解析 A 1度＝103×3 600 J ＝3.6×106 J ，这些用电器一天耗电W ＝Pt ＝(4＋1＋4＋2)×24×3 600 J ＝9.5×105 J ＝0.3 度．故A 正确，B 、C 、D 错误．4. 解析 ABD 由I ­U 图线知：图线为过原点的斜线，故A 正确；图线的斜率为电阻的倒数，故R ＝U I ＝105Ω＝2 Ω，B 对．由于两坐标轴的物理意义及标度不同，故图线的斜率k 不能用三角函数表示，C 错误；由I ＝U R ＝6.02A ＝3.0 A ，故q ＝It ＝3.0×1 C＝3.0 C ，D 项正确． 5. 解析 BD 当电键S 断开时，电动机没有通电，欧姆定律成立，所以电路两端的电压U ＝I 1R 1＝10 V ；当电键S 合上后，电动机转动起来，电路两端的电压U ＝10 V ，通过电动机的电流应满足UI 2>I 22R 2，故I 2<1 A ，所以电流表的示数I <1.5 A ，电路消耗的电功率P ＝UI <15 W ，故B 、D 正确，A 、C 错误．6. [答案] B[解析] 因三种用电器的额定电压、额定功率都相同，它们在相同时间内消耗的电能也都相同．电烙铁为纯电阻用电器，消耗的电能全部转化为热量，而日光灯、电风扇为非纯电阻用电器，消耗的电能仅有一小部分转化为热量，故只有B 正确．7. 答案A.[ 解析 ] 电动机是非纯电阻，其两端电压U 2>IR ＝U 1，B 错；电流做的功W 1＝IU 1t ，W 2＝IU 2t ，因此W 1<W 2，C 错；产生的热量由Q ＝I 2Rt 可判断Q 1＝Q 2，A 对D 错．8. 答案A.[正确解答] 由图象知，U 增大，电流I 也增大，该导体的电功率在数值上等于横纵坐标确定的矩形面积，则电功率增大，故选项A 正确；由欧姆定律知，导体的电阻R ＝U I，随U 增大，I 增大得越来越慢，故导体的电阻R 随U 的增大而增大．由P ＝U 2R知导体的电功率与电压U 的平方不成正比，故选项B 错误．在物理图象上，图线的倾角决定于标度的选取，不能用倾角的正切求斜率，所以C 、D 选项都不正确．9. [答案] (1)5 A (2)550 W (3)535 W[解析] (1)电阻R 与电动机串联，所以电流相等，对电阻R 根据欧姆定律由串并联的规律可得：I ＝U －U ′R ＝－10 Ω＝5 A (2)电动机的输入功率P 入＝IU ′＝5×110 W＝550 W(3)电动机的发热功率P r ＝I 2r ＝52×0.6 W＝15 W电动机的输出功率P 出＝P 入－P r ＝535 W10. [答案] 30 W 62.5%[解析] 设电路的总电流为I ，则电源的总功率为EI ，电源内阻的热功率为I 2r ，灯泡正常发光消耗的功率为P L ，路端电压U 与通过电动机的电流I ′的乘积为电动机的输入功率． 由能量守恒定律有：EI ＝I 2r ＋P L ＋UI ′灯泡的额定电流为：I L ＝P L U ＝2 A ，所以I ′＝I －I L ，由以上两式可得：I ＝8 A ，I ′＝6 A 电动机的输出功率为：P 出＝UI ′－I ′2R ＝30 W电动机的机械效率为：η＝P 出P 入×100%＝P 出UI ′×100%＝62.5%。