学年高中物理人教版必修二讲义第二章 恒定电流 5Word版含答案Word格式文档下载.docx

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P＝

＝UI.

（3）单位：

瓦特，符号为W.

（4）意义：

表示电流做功的快慢.

二、焦耳定律

1.焦耳定律

（1）内容：

电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻及通电时间成正比.

（2）表达式：

Q＝I2Rt.

2.热功率

单位时间内的发热量称为热功率.

P＝I2R.

（3）物理意义：

表示电流发热快慢的物理量.

1.判断下列说法的正误.

（1）电功率越大，表示电流做功越多.（　×

　）

（2）电功W＝UIt可以用来计算所有电路中电流所做的功.（　√　）

（3）电热Q＝I2Rt可以用来计算所有含有电阻的电路中产生的焦耳热.（　√　）

（4）任何情况下电功都等于电热.（　×

（5）电动机消耗的电能，一部分转化为机械能，一部分转化为线圈内阻上的电热.（　√　）

2.通过电阻R的电流为I时，在时间t内产生的热量为Q，若电阻为2R，电流为

，则在时间t内产生的热量为.

答案　

解析　根据Q＝I2Rt得，若电阻变为原来的2倍，电流变为原来的

，时间不变，则Q′＝

2·

2R·

t＝

I2Rt＝

Q.

一、电功和电热的理解

电吹风工作时，将电能转化为什么能？

电熨斗工作时，将电能转化为什么能？

答案　电吹风工作时，把电能转化为内能和机械能.电熨斗工作时，将电能转化为内能.

1.纯电阻电路与非纯电阻电路

（1）纯电阻电路：

电流通过纯电阻电路做功时，电能全部转化为导体的内能.

（2）非纯电阻电路：

含有电动机或电解槽等的电路称为非纯电阻电路.在非纯电阻电路中，电流做的功将电能除了转化为内能外，还转化为机械能或化学能等其他形式的能.

2.W＝UIt是电功的计算式，P＝UI是电功率的计算式，适用于任何电路.

Q＝I2Rt是电热的计算式，可以计算任何电路中电流I通过电阻R时在t时间内产生的热量，P热＝I2R是热功率的计算式，可以计算任何电路的热功率.

3.纯电阻电路和非纯电阻电路的比较

纯电阻电路

非纯电阻电路

能量转化情况

电功和电热的关系

W＝Q即IUt＝I2Rt＝

t

W＝Q＋E其他

UIt＝I2Rt＋E其他

电功率和热功率的关系

P＝P热，即IU＝I2R＝

P＝P热＋P其他

即IU＝I2R＋P其他

欧姆定律是否成立

U＝IR　I＝

成立

U＞IR　I＜

不成立

例1

　（多选）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＝

t只适用于纯电阻电路

C.在非纯电阻电路中，UI>

I2R

D.焦耳热Q＝I2Rt适用于任何电路

答案　BCD

解析　电功率公式P＝

，表示电功率越大，电流做功越快.对于一段电路，有P＝IU，I＝

，焦耳热Q＝（

）2Rt，可见Q与P、U、t、R都有关，所以P越大，Q不一定越大，A错.

W＝UIt是电功的定义式，适用于任何电路，而I＝

只适用于纯电阻电路，B对.

在非纯电阻电路中，电流做的功＝焦耳热＋其他形式的能，所以W>

Q，即UI>

I2R，C对.

Q＝I2Rt是焦耳热的定义式，适用于任何电路，D对.

1.只有在纯电阻电路中才有W＝Q，P电＝P热，而在非纯电阻电路中W＞Q，P电＞P热.

2.在纯电阻电路中，由UIt＝I2Rt得I＝

，即欧姆定律成立；

在非纯电阻电路中，由UIt＞I2Rt知U＞IR，即欧姆定律不成立.

二、纯电阻电路中的功率分配及计算

例2

　额定电压都是110V，额定功率PA＝100W、PB＝40W的两盏灯泡，若接在电压为220V的电路上，使两盏灯泡均能正常发光，且消耗功率最小的电路是（　　）

答案　C

解析　判断灯泡能否正常发光，就要判断灯泡两端的电压是否是额定电压，或流过灯泡的电流是否是额定电流，对灯泡有P＝UI＝

，可知RA＜RB.

对于A电路，由于RA＜RB，所以UB＞UA，且有UB＞110V，B灯可能被烧毁，UA＜110V，A灯不能正常发光.

对于B电路，由于RB＞RA，A灯又并联滑动变阻器，并联电阻小于RB，所以UB＞U并，B灯可能被烧毁，A灯不能正常发光.

对于C电路，B灯与滑动变阻器并联，并联电阻可能等于RA，所以可能UA＝UB＝110V，两灯可以正常发光.

对于D电路，若滑动变阻器的有效电阻等于A、B的并联电阻，则UA＝UB＝110V，两灯可以正常发光.

比较C、D两个电路，由于C电路中滑动变阻器功率为（IA－IB）×

110V，而D电路中滑动变阻器功率为（IA＋IB）×

110V，所以C电路消耗电功率最小.

1.串联、并联电路的功率分配（纯电阻电路）

（1）串联电路：

＝

，

（由P＝I2R可得），电阻越大，功率越大.

（2）并联电路：

（由P＝

可得），电阻越大，功率越小.

2.计算纯电阻电路的功率时，可以用P＝UI，也可以用P＝I2R或P＝

.做题时要根据题目灵活选用.

三、非纯电阻电路功率的分析与计算

例3

　小型直流电动机（其线圈内阻为r＝1Ω）与规格为“4V　4W”的小灯泡并联，再与阻值为R＝5Ω的电阻串联，然后接至U＝12V的电源上，如图1所示，小灯泡恰好正常发光，电动机正常工作，求：

图1

（1）通过电动机的电流；

（2）电动机的输出功率P出；

（3）电动机的效率.

答案　

（1）0.6A　

（2）2.04W　（3）85%

解析　

（1）流经灯泡的电流

IL＝

A＝1A

流经电阻R的电流

IR＝

A＝1.6A

流经电动机的电流I＝IR－IL＝0.6A.

（2）电动机消耗的总功率P′＝ULI＝4×

0.6W＝2.4W

电动机的热功率

P热＝I2r＝（0.6）2×

1W＝0.36W

电动机的输出功率P出＝P′－P热＝2.4W－0.36W＝2.04W

（3）电动机的效率：

η＝

×

100%＝

100%＝85%.

针对训练1　规格为“220V　36W”的排气扇，线圈电阻为40Ω，求：

（1）接220V的电源后，排气扇转化为机械能的功率和发热的功率；

（2）如果接上

（1）中电源后，扇叶卡住，不能转动，假设线圈未被烧断，求电动机消耗的功率和发热的功率.

答案　

（1）35W　1W　

（2）1210W　1210W

解析　

（1）排气扇在220V的电压下正常工作时的电流为I＝

A≈0.16A.

发热的功率为P热＝I2R＝（0.16）2×

40W≈1W.

转化为机械能的功率为

P机＝P－P热＝（36－1）W＝35W.

（2）扇叶被卡住不能转动后，电动机所在电路成为纯电阻电路，电流做的功全部转化为电热，此时电动机中电流为I′＝

A＝5.5A.

电动机消耗的功率即电功率等于发热功率：

P电′＝P热′＝UI′＝220×

5.5W＝1210W.

1.电动机的功率和效率

（1）电动机的输入功率是电动机消耗的总功率，P入＝UI.

（2）电动机的热功率是线圈上电阻的发热功率，P热＝I2r.

（3）电动机的输出功率是电动机将电能转化为机械能的功率，P出＝IU－I2r.

（4）电动机的效率：

100%.

2.串、并联电路的总功率

P总＝U总I＝（U1＋U2＋U3＋…）I＝P1＋P2＋P3＋…

P总＝UI总＝U（I1＋I2＋I3＋…）＝P1＋P2＋P3＋…

即无论是串联电路还是并联电路，无论是纯电阻电路还是非纯电阻电路，电路消耗的总功率均等于电路中各电阻消耗的功率之和.

针对训练2　如图2所示，有一内电阻为4.4Ω的电解槽和一盏标有“110V　60W”的灯泡串联后接在电压为220V的直流电路两端，灯泡正常发光，则（　　）

图2

A.电解槽消耗的电功率为120W

B.电解槽的发热功率为60W

C.电解槽消耗的电功率为60W

D.电路消耗的总功率为60W

解析　灯泡正常发光，说明电解槽和灯泡均分得110V电压，且干路电流I＝I灯＝

A，则电解槽消耗的电功率P＝P灯＝60W，A错，C对；

电解槽的发热功率P热＝I2R内≈1.3W，B错；

整个电路消耗的总功率P总＝220×

W＝120W，D错.

1.（对电功率的理解）如图3所示，一幢居民楼里住着生活水平各不相同的24户居民，所以整幢居民楼里有各种不同的电器，例如电炉、电视机、微波炉、电风扇等.停电时，用欧姆表测得A、B间电阻为R；

供电后，各家电器同时使用，测得A、B间电压为U，进线电流为I，则计算该幢居民楼用电的总功率可以用的公式是（　　）

图3

A.P＝I2RB.P＝

C.P＝IUD.P＝I2R＋

解析　家用电器中有纯电阻也有非纯电阻，故总电功率只能用P＝UI来计算，C正确.

2.（对焦耳定律的理解）（多选）一台电动机的线圈电阻与一只电炉的电阻相同，都通过相同的电流且正常工作，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消耗的功率

答案　ABD

3.（纯电阻电路中功率的分配及计算）把6个相同的电灯接成如图4甲、乙所示两电路，通过调节供电电压与变阻器R1、R2的阻值，使两组电灯均能正常发光，并且两电路消耗的总电功率也相同，则R1、R2大小满足（　　）

图4

A.R2＝9R1B.R2＝6R1

C.R2＝3R1D.R1＝R2

答案　A

解析　设每个灯泡正常发光时其电流为I，则题图甲中总电流为3I，题图乙中总电流为I；

要使两电路消耗的总电功率也相同，需使PR1＝PR2，即（3I）2R1＝I2R2，故R2＝9R1，所以选项A正确.

4.（非纯电阻电路中功率的分析与计算）一台小型电动机在380V电压下正常工作时，能将30kg的货物在30s内匀速提升30m，通过它的电流是1A.除电动机线圈生热，其他能量损失不计，求在此过程中：

（g取10N/kg）

（1）拉力对货物做功的功率；

（2）电动机的输出功率；

（3）电动机线圈所产生的热量.

答案　

（1）300W　

（2）300W　（3）2400J

解析　

（1）货物匀速上升，故拉力等于重力，故有F＝mg＝30×

10N＝300N，

上升的速度为v＝

m/s＝1m/s，

故拉力的功率为P＝Fv＝300×

1W＝300W.

（2）电动机的输出功率为P输出＝P＝300W.

（3）由能量守恒定律可知

Q＝IUt－P输出t＝（1×

380×

30－300×

30）J＝2400J.

一、选择题

考点一　对电功和电热的理解

1.关于电功W和电热Q的说法正确的是（　　）

A.在任何电路中都有W＝UIt、Q＝I2Rt，且W＝Q

B.在任何电路中都有W＝UIt、Q＝I2Rt，但W不一定等于Q

C.W＝UIt、Q＝I2Rt均只有在纯电阻电路中才成立

D.W＝U