高二物理第二章-恒定電流-焦耳定律、閉合電路的歐姆定律人教實(shí)驗(yàn)版知識(shí)精講

高二物理第二章恒定電流焦耳定律、閉合電路的歐姆定律人教實(shí)驗(yàn)版【本講教育信息】教學(xué)內(nèi)容：第二章恒定電流焦耳定律、閉合電路的歐姆定律重點(diǎn)、難點(diǎn)解析：理解電功率的概念和公式，能進(jìn)行有關(guān)的計(jì)算。電功率和熱功率的區(qū)別和聯(lián)系。推導(dǎo)閉合電路歐姆定律，應(yīng)用定律進(jìn)行有關(guān)討論。路端電壓與負(fù)載的關(guān)系知識(shí)內(nèi)容：電功、電功率〔1〕定義：電路中電場(chǎng)力對(duì)定向移動(dòng)的電荷所做的功，簡(jiǎn)稱電功，通常也說(shuō)成是電流的功。〔2〕實(shí)質(zhì)：電能通過(guò)電流做功轉(zhuǎn)化為其他形式能?！?〕表達(dá)式：W=IUt說(shuō)明：①表達(dá)式的物理意義：電流在一段電路上的功，跟這段電路兩端電壓、電路中電流和通電時(shí)間成正比。適用條件：I、U不隨時(shí)間變化 恒定電流?！?〕單位：電流單位用安培〔A〕，電壓?jiǎn)挝挥梅睼〕，時(shí)間單位用秒〔s〕，則電功的單位是焦耳〔J〕?！?〕電功率W表達(dá)式：P€ €IUt物理意義：表示電流做功的快慢。單位：功的單位用焦耳〔J〕，時(shí)間單位用秒〔S〕，功率單位為瓦特〔W〕。1W=1J/s焦耳定律——電流熱效應(yīng)〔1〕內(nèi)容：電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量，跟電流的平方、導(dǎo)體電阻和通電時(shí)間成正比?！?〕表達(dá)式：Q€I2Rt〔3〕說(shuō)明：焦耳定律說(shuō)明，純電阻電路中電流做功完全轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，同時(shí)，有電阻的電路中電流做功會(huì)引起內(nèi)能的增加，且電熱Q€12Rt?！?〕純電阻電路中的電功和電功率①電功Q€12Rt，對(duì)所有電路中電阻的生熱都適用。U2純電阻電路中：Q€W€UIt€t€PtR②熱功率P€ €I2R，對(duì)所有電路中電阻的電熱功率都適用。tU2電功率：結(jié)合純電阻電路歐姆定律U=IR,P€UI€I2R€R〔5〕非純電阻電路中的電功和電功率電功和電功率是整體和部分的關(guān)系：W€Q+E，故W>Q，即Ult,12Rt其他電功率大于熱功率，即UI,12R閉合電路的歐姆定律〔1〕內(nèi)、外電路①內(nèi)電路：電源兩極〔不含兩極〕以內(nèi)，如電池內(nèi)的溶液、發(fā)電機(jī)的線圈等。內(nèi)電路的電阻叫做內(nèi)電阻。②外電路：電源兩極，包括用電器和導(dǎo)線等。外電路的電阻叫做外電阻。〔2〕閉合電路的歐姆定律①內(nèi)容：閉合電路的電流跟電源的電動(dòng)勢(shì)成正比，與內(nèi)、外電路的電阻之和成反比②公式：適用條件：純電阻電路根據(jù)歐姆定律，外電路兩端的電勢(shì)降落為U外=IR，習(xí)慣上稱為路端電壓，內(nèi)電路的電勢(shì)外降落為U=Ir,代入E=IR+Ir,得E=U+U內(nèi) 外內(nèi)該式說(shuō)明，電動(dòng)勢(shì)等于內(nèi)外電路電勢(shì)降落之和?！?〕路端電壓跟負(fù)載的關(guān)系路端電壓：外電路的電勢(shì)降落，也就是外電路兩端的電壓。U外=己一Ir,路端電壓隨著電路中電流的增大而減??；外U一I關(guān)系圖線當(dāng)電路斷路即1=0時(shí)，縱坐標(biāo)的截距為電動(dòng)勢(shì)E；當(dāng)外電路電壓為U=0時(shí)，橫坐標(biāo)的〔4〕閉合電路的輸出功率功率關(guān)系：P=EI=UI十UI=UI＋I(xiàn)2r，總外內(nèi)電源的輸出功率與電路中電流的關(guān)系：P『EI—I2u_r%』+%

③電源的輸出功率與外電路電阻的關(guān)系：P出當(dāng)R=r時(shí)，也即I=E/2r時(shí)，電源的輸出功率最大，P=m由圖象還可以看出：當(dāng)R<r時(shí)，假設(shè)R增大，則P出增大；當(dāng)R>r時(shí)，假設(shè)R增大，則P出減小。出出應(yīng)注意：對(duì)于內(nèi)外電路上的固定電阻，其消耗的功率僅取決于電路中的電流大小電源的供電效率，?，?x100%，外x100%，x100%R?r【典型例題】［例1］將A、B兩個(gè)白熾燈接入電路，關(guān)于這兩只燈泡的發(fā)光情況，正確的說(shuō)法是〔 〕假設(shè)A燈中的電流比B燈大，則A燈一定比B燈亮假設(shè)A燈兩端的電壓比B燈大，則A燈一定比B燈亮假設(shè)電流對(duì)A燈做的功比B燈多，則A燈一定比B燈亮假設(shè)A燈消耗的電功率比B燈大，則A燈一定比B燈亮分析與解答：白熾燈是利用電流的熱效應(yīng)工作的，而燈泡的亮度取決于燈泡的實(shí)際功率，只有通過(guò)燈泡的電流大，燈泡兩端的電壓大，不能得到燈泡實(shí)際功率大這一結(jié)論，電流做功多，同樣不能確認(rèn)實(shí)際功率大。答案：D［例2］如下圖，電源電動(dòng)勢(shì)為E=30V，內(nèi)阻為r=lQ，電燈上標(biāo)有“6V12W”字樣，直流電動(dòng)機(jī)線圈電阻R=2Q，假設(shè)電燈恰能正常發(fā)光，求電動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械功率？

P12分析與解答：因?yàn)殡姛羟∧苷０l(fā)光，所以閉合電路中的電流為I€-燈€12A€2AU6電源的總功率為Pe=IE=2x30W=60wU6電燈、電動(dòng)機(jī)線圈電阻、電源內(nèi)阻可作為純電阻處理，它們消耗的電能全部轉(zhuǎn)化為電熱，電路中總的熱功率為：Pq=P+I2〔R+r〕=［12+22X〔2+1〕］W=24wQ燈 」由能量守恒定律有pE=pq+p機(jī)EQ機(jī)則電機(jī)輸出的機(jī)械功率為P機(jī)=PE-Pq=(60-24)W=36W［例3］某商場(chǎng)安裝了一臺(tái)傾角為30°的自動(dòng)扶梯，該扶梯在電壓為380V的電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)下以/s的恒定速度向斜上方運(yùn)動(dòng)。電動(dòng)機(jī)的最大輸出功率為4.9kW，不載人時(shí)測(cè)得電動(dòng)機(jī)中的電流為5A,假設(shè)載人時(shí)扶梯的移動(dòng)速率和不載人時(shí)相同，則這臺(tái)自動(dòng)扶梯可同時(shí)乘載的最多人數(shù)是多少？〔設(shè)人的平均質(zhì)量為60kg,g=10m/s2〕分析與解答：因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)有最大輸出功率，這就決定了自動(dòng)扶梯載人也有最大限額。從功率關(guān)系來(lái)看，電動(dòng)機(jī)的輸出功率，〔1〕提供扶梯自身運(yùn)動(dòng)所需功率；〔2〕轉(zhuǎn)化為扶梯上的人以恒定速率向上所需的功率。設(shè)：可同時(shí)乘載的最多人數(shù)為n人，此時(shí)電動(dòng)機(jī)處于最大輸出功率狀態(tài)，扶梯本身向上運(yùn)動(dòng)所需功率為：P1=IU=5X電動(dòng)機(jī)的最大輸出功率為P，n個(gè)人以恒定速率v=/s隨扶梯向上運(yùn)動(dòng)所需功率為：P2=P-P1注意：扶梯對(duì)人的支持力豎直向上，而人的運(yùn)動(dòng)方向與水平面有一夾角0，故克服重力的功率為P€mgvsin,，而不是P=mgv［例4］如下圖，當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸點(diǎn)向上端移動(dòng)時(shí)〔 〕R11R3電壓表的讀數(shù)增大，電流表的讀數(shù)減小電壓表和電流表的讀數(shù)都增大

電壓表和電流表的讀數(shù)都減小電流表的讀數(shù)增大，電壓表的讀數(shù)減小分析與解答：當(dāng)滑動(dòng)觸頭向上滑動(dòng)時(shí)，有R3T€R23并t€R外f,I總J€U端T〔即電壓表示數(shù)增大〕uT—IrIi3=i總-i2=〔Ij——端 總^—〕j〔即電流表示數(shù)減小〕3 ■/總 2 ■/總R2R?R?蟲3 2分析與解答：外電路的總電阻為R=——?jiǎng)?wù)?RR1R+—3 2根據(jù)閉合電路歐姆定律可知,電路中的總電流為E6U2=I?并=/?6…6= QQQ6?6I= = A=1.5AR+r3.8+0.2即電流表A1的讀數(shù)為1.5A對(duì)于R2與r3組成的并聯(lián)電路，根據(jù)部分電路歐姆定律，并聯(lián)部分的電壓為R?R3 2X3V=4.5VRR+—■3 2即電壓表V2的讀數(shù)為4.5V對(duì)于含有R2的支路，根據(jù)部分電路歐姆定律，通過(guò)R2的電流為U4.5I2=RT2飛EA2即電流表A2的讀數(shù)為0.75A電壓表V測(cè)量電源的路端電壓，根據(jù)E=U外+U內(nèi)得1 外內(nèi)

U]=E—IrX0.2V=5.7V即電壓表V]的讀數(shù)為5.7V的電壓，故R23.2V的電壓，故R23.2V0.8A=4€R1斷開前，R2上電壓為0.75x4V=3V,而此時(shí)電壓表示數(shù)為2V，故R3上的電壓為1V,U1V U2VI二3二二0.25A,R=—二一-二8€3R 4€ -I0.25A33由E=U+Ir可得外R1斷開前：E=3V+〔〕r①R1 ②解①、②兩式可得E=4V，r=lQTOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"A.VB. C. D.一電源〔電動(dòng)勢(shì)為E,內(nèi)阻為r〕，當(dāng)它和一標(biāo)有“6V3W”的小燈泡構(gòu)成閉合回路時(shí)，小燈泡恰好正常發(fā)光。如果該電源與一標(biāo)有“6V6W”的小燈泡構(gòu)成一閉合回路，該燈泡〔 〕A.正常發(fā)光 B.比正常發(fā)光暗C.比正常發(fā)光亮 D.不知電源內(nèi)阻的大小，無(wú)法確定如下圖電路中，A、B兩燈均正常發(fā)光，R為一滑動(dòng)變阻器，P為滑動(dòng)片，假設(shè)將滑動(dòng)片向下滑動(dòng)，則〔 〕

R2越大，R2上消耗功率越大R2越大，R1上消耗功率越大當(dāng)R]=R2+r時(shí)，比上消耗的電功率最大當(dāng)R2=R1+r時(shí)，R2上消耗的電功率最大如下圖電路中，電動(dòng)勢(shì)為E,內(nèi)阻為r的電源與一滑動(dòng)變阻器構(gòu)成閉合電路，當(dāng)滑動(dòng)觸片移動(dòng)時(shí)，滑動(dòng)變阻器兩端電壓和電路中電流的關(guān)系圖象如下列圖中的〔〕1.B解析：試題答案I1.B解析：試題答案I€I,U€IR二1.6V,U二E2R—,U二2VR+r12BCD解析：“12解析：“12R=(er)2R2=12U2(R+r一R)212-R2―4(R+r)1D解析：由U二E—Ir可知，當(dāng)E、r一定時(shí)，U與I間的圖線如圖D所示外外解析：電動(dòng)機(jī)電路為非純電阻電路，輸出電動(dòng)機(jī)的電功率，一方面轉(zhuǎn)化為機(jī)械功率輸出，另一方面轉(zhuǎn)化為線圈電阻的發(fā)熱功率，正常工作時(shí)，通過(guò)線圈的電流即為正常工作電流，由焦耳定律Q=l2Rt得1280=12x0.8x1解得