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2022届高考物理一轮复习 第八章 恒定电流 第二节 电功 电热和焦耳定律学案 新人教版

2022届高考物理一轮复习 第八章 恒定电流 第二节 电功 电热和焦耳定律学案 新人教版

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第二节　电功　电热和焦耳定律

1．电路中电场力移动电荷做的功叫做电功(即通常所说的电流做功)。
2．如果一段通电导体两端的电压为U，一段时间(t)内通过导体的电流为q，电流强度为I，，则这段时间内电流做功W＝qU＝UIt. 在纯电阻电路中：W＝UIt＝I2Rt＝t。
3．单位时间内电流做的功叫做电功率(P)，P＝＝UI，这是计算电功率普遍适用的公式。
4．焦耳定律：如果一段通电导体的电流强度为I，电阻为R，通电时间为t，则在这段时间内电流通过电阻时产生的热量Q＝I2Rt。
5．如果两个电阻R1和R2串联，则这两个电阻的功率之比为P1∶P2＝R1∶R2；如果两个电阻R1和R2并联，则这两个电阻的功率之比为P1∶P2＝ R2∶R1

例1　如图，R1＝6 Ω，R2＝3 Ω，R3＝4 Ω，则接入电路后这三只电阻的实际功率之比为________。

【解析】 本题解法很多，注意灵活、巧妙。经过观察发现三只电阻的电流关系最简单，电流之比I1∶I2∶I3＝1∶2∶3；还可以发现左面两只电阻并联后总阻值为2 Ω，因此电压之比U1∶U2∶U3＝1∶1∶2；在此基础上利用P＝UI，得P1∶P2∶P3＝1∶2∶6。
【答案】 1∶2∶6
例2　有一小型直流电动机，把它接入U1＝0.3 V的电路中时，电动机不转，测得流过电动机的电流I1＝0.6 A；若把电动机接入U2＝3.0 V的电路中时，电动机正常工作，工作电流I2＝1.0 A，求：
(1)电动机正常工作时的输出功率是多少？
(2)如果电动机正常工作时，转子突然被卡住，此时电动机的发热功率是多大？
【解析】 　提示：当电动机不转时，可视为纯电阻，由欧姆定律求其内电阻；当电动机正常工作时，转子突然被卡住，其电流不等于I2＝1.0 A，此时发热功率由P＝计算。
(1)当U1＝0.3 V，I1＝0.6 A时，电动机不转，此时电动机为纯电阻，故电动机的内电阻r＝＝0.5 Ω。当U2＝3.0 V，I2＝1.0 A时，电动机正常工作，此时电动机为非纯电阻，则电动机的输出功率P出＝U2I2－Ir＝2.5 W。
(2)当电动机正常工作被卡住时，电动机又为纯电阻，其热功率P热＝＝18 W。
【答案】 　(1)2.5 W　(2)18 W

1．(多选)把标有“220 V　40 W”和“220 V　15 W”的甲、乙两盏灯串联接在220 V电压下，则下面分析正确的是(　　)
A．两盏灯的总功率等于55 W
B．两盏灯的总功率小于15 W
C．甲灯的实际功率大于乙灯的实际功率
D．乙灯的实际功率大于甲灯的实际功率

2．如图所示为均匀的长方形薄片合金电阻板abcd，ab边长为L1，ad边长为L2。当端点Ⅰ、Ⅱ或Ⅲ、Ⅳ接入电路时，导体的电阻分别为R1、R2，则R1∶R2为(　　)
A．L1∶L2　　　　　　 B．L2∶L1
C．L∶L D．L∶L
3．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，开关接通后，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＝Q2 B．U1＝U2，Q1＝Q2
C．W1＝W2，Q1>Q2 D．W1<W2，Q1<Q2
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5.0 A，通过洗衣机电动机的电流是0.50 A，则下列说法中正确的是(　　)
A．电饭煲的电阻为44 Ω，洗衣机电动机线圈的电阻为440 Ω
B．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 W
C. 1 min内电饭煲消耗的电能为6.6×104 J，洗衣机电动机消耗的电能为6.6×103 J
D．电饭煲发热功率是洗衣机电动机发热功率的10倍
5．(多选)如图所示，一直流电动机与阻值R＝9 Ω的电阻串联在电源上，电源电动势E＝30 V，内阻r＝1 Ω，用理想电压表测出电动机两端电压U＝10 V，已知电动机线圈的电阻RM＝1 Ω，则下列说法中正确的是(　　)

A．通过电动机的电流为10 A
B．电动机的输入功率为20 W
C．电动机的热功率为4 W
D．电动机的输出功率为16 W
6．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，则下列说法中错误的是(　　)

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R＝
C．对应P点，小灯泡的电阻R＝
D．对应P点，小灯泡的功率为图中矩形PQOM所围的面积
7．如图所示的电路中，电源电压保持不变，当S断开时，电流表的示数为2 A，这时电阻R1消耗的电功率为12 W，当S闭合后，电流表的示数为3 A，问：
(1)电阻R1、R2的阻值是多少？
(2)当开关S闭合后，电阻R2在5 min内产生的热量是多少？

8．如图所示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＝0.8 Ω，电路中另一电阻R＝10 Ω，直流电压U＝160 V，电压表示数UV＝110 V。试求：
(1)通过电动机的电流；
(2)输入电动机的电功率。

1．下列情况中，能判定电路两端电压为220 V的是(　　)
A．每通过1 C的电荷量，电流做功220 J
B．通电时间为1 s时，通过电荷量220 C
C．通电时间为1 s时，电流做功为220 J
D．每通过220 C电荷量，电流做功为1 J
2．把两根电阻相同的电热丝先串联后并联分别接在同一电源上，若要产生相等的热量，则两种方法所需的时间之比t串∶t并为(　　)
A．1∶1　　　 B．2∶1　　　
C．4∶1　　　 D．1∶4
3．如图所示，电压U保持不变，当开关断开时，R1消耗的电功率为P1，当开关闭合时R1消耗的电功率为P1′，则(　　)

A．P1′＝P1 B．P1′>P1
C．P1′<P1 D．无法比较
4．(多选)我国已经于2012年10月1日起禁止销售100 W及以上的白炽灯，以后将逐步淘汰白炽灯，假设某同学研究白炽灯得到某白炽灯的伏安特性曲线如图所示，图象上A点与原点的连线与横轴成α角，A点的切线与横轴成β角，则(　　)

A．白炽灯的电阻随电压的增大而减小
B．在A点，白炽灯的电阻可表示为tan β
C．在A点，白炽灯的电功率可表示为U0I0
D．在A点，白炽灯的电阻可表示为
5．如图所示，a、b分别表示由相同材料制成的两条长度相同、粗细均匀电阻丝的伏安特性曲线，下列判断中正确的是(　　)

A．a代表的电阻丝较粗
B．b代表的电阻丝较粗
C．a电阻丝的阻值小于b电阻丝的阻值
D．图线表示的电阻丝的阻值与电压成正比
6．如图的电路，当变阻器的滑片P向b移动过程中(　　)

A．灯L功率变大，电表的示数都变小
B．灯L功率变大，电表的示数变小的示数变大
C．灯L功率变小，电表示数都变大
D．灯L功率变小，电表的示数变小，示数变大
7．(多选)现有充电器为一手机电池充电，等效电路如图11所示，充电器电源的输出电压为U，输出电流为I，手机电池的内阻为r，下列说法正确的是(　　)

A．充电器输出的电功率为UI＋I2r
B．电能转化为化学能的功率为UI－I2r
C．电池产生的热功率为I2r
D．充电器的充电效率为×100%
8．如图为一种服务型机器人，其额定功率为48 W，额定工作电压为24 V。机器人的锂电池容量为20 A·h，则机器人(　　)

A．额定工作电流为20 A
B．充满电后最长工作时间为2 h
C．电池充满后总电荷量为7.2×104 C
D．以额定电流工作时每秒消耗能量为20 J
9．如图所示电路，当滑动变阻器滑片P滑至A点时，电流表的示数为0.5 A，当P滑至中点C时，电流表的示数为0.4 A，若此时电源消耗的总电功率为5 W。求：

(1)电源的电压是多少？
(2)电阻R1的阻值是多少？
(3)滑动变阻器的最大阻值是多少？

10．一辆电动自行车的铭牌上给出了如下的技术参数表。
规　格
后轮驱动直流电动机
车型
26″电动自行车
额定电压下的输出功率
110 W
整车质量
30 kg
额定电压
36 V
最大载重
120 kg
额定电流
3.5 A
质量M＝70 kg的人骑此电动自行车沿平直公路行驶，所受阻力f恒为车和人总重的0.02倍。若取g＝10 m/s2，那么在此人行驶的过程中，求：(结果保留两位有效数字)
(1)此车电动机在额定电压下正常工作的效率有多高？
(2)在电动机以额定功率提供动力的情况下，此人骑车行驶的最大速度为多大？(3)假设电动机正常工作时，损失的功率有80%是由于电机绕线电阻生热而产生的，则电动机的绕线电阻为多大？

第二节　电功　电热和焦耳定律
课堂练习
1．BD　2.C　3.A　4.C　5.BCD　6.C　
7．【答案】(1)R1＝3 Ω，R2＝6 Ω　(2)1 800 J
【解析】(1)当S断开时，由P1＝IR1得R1＝＝ Ω＝3 Ω，电源的电压U＝I1R1＝2×3 V＝6 V。 当S闭合后会有I1′＝＝2 A, 则I2＝I－I1′＝(3－2)A＝1 A，R2＝＝ Ω＝6 Ω。
(2)当开关S闭合后，电阻R2在5 min内产生的热量Q＝IR2t＝12×6×300 J＝1 800 J。
8．【答案】(1)5 A　(2)550 W
【解析】(1)R两端电压UR＝U－UV＝160 V－110 V＝50 V，则通过电阻R的电流I＝＝＝5 A。电动机与电阻R串联，则通过电动机的电流也为5 A。
(2)电动机的输入功率P＝IUV＝5×110 W＝550 W。
课后练习
1．A　2.C　3.A　4.CD　5.B　6.D　7.BC　8.C
9．【答案】(1)12.5 V　(2)25 Ω　(3)12.5 Ω
【解析】(1)当P在中点C时，R1与滑动变阻器串联，串联电路电流处处相等，由公式P＝UI可得，电源电压U＝＝＝12.5 V。
(2)当P在A点时，电路中只有R1接入，则R1＝＝＝25 Ω。
(3)当P在中点C时，电路中总电阻R总＝R1＋RC＝＝＝ 31.25 Ω，所以RC＝R总－R1＝31.25 Ω－25 Ω＝6.25 Ω，所以滑动变阻器最大阻值R＝2RC＝6.25 Ω×2＝12.5 Ω。
10．【答案】(1)87%　(2)5.5 m/s　(3)1.0 Ω
【解析】(1)电动机的总的功率的大小P总＝UI＝36×3.5 W＝126 W，由题图表可以知道，电动机的输出功率为110 W，所以电动机在额定电压下正常工作的效率η＝×100%＝×100%＝87%。
(2)当电动自行车的牵引力和受到的阻力的大小相等时，电动自行车的速度到达最大，电动自行车受到的阻力的大小f＝0.020mg＝0.020×(30＋70)×10 N＝20 N，所以由P＝Fv可的自行车的最大的速度v＝＝＝ m/s＝5.5 m/s。
(3)电动机正常工作时，损失的功率为126 W－110 W＝16 W，电动机绕线电阻发热的功率P热＝16×80% W＝12.8 W，根据P＝I2r可得，电动机的绕线电阻r＝＝ Ω≈1.0 Ω。