高考物理一轮复习专题46电路中的能量问题学案Word格式文档下载.docx

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若外电路是纯电阻电路，则有

P出＝I2R＝

＝

由上式可以看出

当R＝r时，输出功率最大，Pm＝

当R>

r时，随着R的增大，P出减小

当R<

r时，随着R的增大，P出增大

4．电源的效率

η＝

×

100%＝

100%

纯电阻电路中η＝

因此R越大，η越大；

当R＝r，电源有最大输出功率时，效率仅为50%。

4.对闭合电路功率的两点认识

（1）闭合电路是一个能量转化系统，电源将其他形式的能转化为电能．内外电路将电能转化为其他形式的能，EI＝P内＋P外就是能量守恒定律在闭合电路中的体现．

（2）外电阻的阻值向接近内阻的阻值方向变化时，电源的输出功率变大．

易错提示

（1）在非纯电阻电路中，欧姆定律不再适用，不能用欧姆定律求电流，应用P＝UI求电流。

（2）在非纯电阻电路中，电功大于电热，即W>

Q，这时电功只能用W＝UIt计算，电热只能用Q＝I2Rt计算，两式不能通用。

（3）由能量守恒定律得W＝Q＋E，E为其他形式的能。

对电动机来说，输入的功率P入＝IU，发热的功率P热＝I2r，输出的功率即机械功率P机＝P入－P热＝UI－I2r。

【典例1】　在如图7－1－2所示电路中，电源电动势为12V，电源内阻为1.0Ω，电路中的电阻R0为1.5Ω，小型直流电动机M的内阻为0.5Ω.闭合开关S后，电动机转动，电流表的示数为2.0A．则以下判断中正确的是（　　）．

A．电动机的输出功率为14W

B．电动机两端的电压为7.0V

C．电动机的发热功率为4.0W

D．电源输出的电功率为24W

【答案】　B

【典例2】一电动自行车动力电源上的铭牌标有“36V、10Ah”字样。

假设工作时电源（不计内阻）的输入电压恒为36V,额定输出功率180W。

由于电动机发热造成能量损耗（其他损耗不计）,电动自行车的效率为80%,则下列说法正确的是（　　）

A.额定工作电流为10A

B.动力电源充满电后总电量为3.6×

103C

C.电动自行车电动机的内阻为7.2Ω

D.电动自行车保持额定功率行驶的最长时间是2h

【答案】D

【跟踪短训】

1．如图所示，用输出电压为1.4V，输电电流为100mA的充电器对内阻为2Ω的镍氢电池充电．下列说法正确的是（　　）．

A．电能转化为化学能的功率为0.12W

B．充电器输出的电功率为0.14W

C．充电时，电池消耗的热功率为0.12W

D．充电器把0.14W的功率储存在电池内

【答案】　AB

【解析】　充电器对电池的充电功率为P总＝UI＝0.14W，电池充电时的热功率为P热＝I2r＝0.02W，所以转化为化学能的功率为P化＝P总－P热＝0.12W，因此充电器把0.12W的功率储存在电池内，故A、B正确，C、D错误．

2．一只电饭煲和一台洗衣机并联接在输出电压220V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5.0A，通过洗衣机电动机的电流是0.50A，则下列说法中正确的是（　　）．

A．电饭煲的电阻为44Ω，洗衣机电动机线圈的电阻为440Ω

B．电饭煲消耗的电功率为1555W，洗衣机电动机消耗的电功率为155.5W

C．1min内电饭煲消耗的电能为6.6×

104J，洗衣机电动机消耗的电能为6.6×

103J

D．电饭煲发热功率是洗衣机电动机发热功率的10倍

【答案】　C

【解析】　一只电饭煲和一台洗衣机并联接在输出电压为220V的电源上，电饭煲可视为纯电阻，电饭煲的电阻为R＝U/I＝44Ω，洗衣机主要元件是电动机，不能利用欧姆定律计算线圈的电阻，选项A错误；

电饭煲消耗的电功率为P＝UI＝220×

5W＝1100W，洗衣机电动机消耗的电功率为P＝UI＝110W，选项B错误；

1min内电饭煲消耗的电能为Pt＝1100W×

60s＝6.6×

104J，洗衣机电动机消耗的电能为Pt＝110W×

103J，选项C正确．电饭煲发热功率是I2R＝52×

44W＝1100W，根据题述不能计算出洗衣机电动机内阻和发热功率，选项D错误．

3.　如图所示，电源电动势E＝12V，内阻r＝3Ω，R0＝1Ω，直流电动机内阻R0′＝1Ω，当调节滑动变阻器R1时可使甲电路输出功率最大，调节R2时可使乙电路输出功率最大，且此时电动机刚好正常工作（额定输出功率为P0＝2W），则R1和R2的值分别为（　　）．

A．2Ω，2Ω　　B．2Ω，1.5Ω

C．1.5Ω，1.5Ω　　D．1.5Ω，2Ω

【典例3】已知电源内阻r＝2Ω，灯泡电阻RL＝2Ω，R2＝2Ω，滑动变阻器R1的最大阻值为3Ω，如图所示，将滑片P置于最左端，闭合开关S1、S2，电源的输出功率为P0，则（　　）

A．滑片P向右滑动，电源输出功率一直减小

B．滑片P向右滑动，电源输出功率一直增大

C．断开S2，电源输出功率达到最大值

D．滑片P置于最右端时，电源输出功率仍为P0

【答案】　D

【解析】　闭合开关S1、S2，外电路总电阻R＝R1＋R并＝R1＋1Ω，当R＝r＝2Ω时，电源输出功率最大，根据电源输出功率与外电路电阻的关系图像（如图所示）可知，

滑片P从最左端向右滑动，外电路总电阻从4Ω减小到1Ω，电源输出功率先增大再减小，故A、B错误；

滑片P在最左端时，断开S2，外电路总电阻R＝R1＋R2＝5Ω≠r，电源的输出功率不是最大，故C错误；

当滑片P在最左端时，R＝R1＋R并＝4Ω，电流I＝

（A），电源的输出功率为P0，则P0＝I2R＝

（W）；

当滑片在最右端时，R′＝R并＝1Ω，电流I′＝

（A），电源的输出功率为P′＝I′2R′＝

（W）＝P0，故D正确。

【典例4】在纯电阻电路中，当用一个固定的电源（设E、r是定值）向变化的外电阻供电时，关于电源的输出功率P随外电阻R变化的规律如图所示。

下列判断中正确的是（）

A.当R＝r时，电源有最大的输出功率

B.电源内阻消耗的功率随外电阻R的增大而增大

C.电源的功率P总随外电阻R的增大而增大

D.电源的效率η随外电阻R的增大而增大

【答案】AD

【解析】

1.如图所示的电路中，电源的电动势

和内阻

保持不变，下列说法中正确的是（）

A.闭合电路中，电流总是从电势高的地方流向电势低的地方

B.

越大，路端电压越大

C.

越大，电源的输出功率越大

D.

阻值不同，电源的输出功率可能相同

【答案】BD

2．如图所示，闭合开关S后，A灯与B灯均发光，当滑动变阻器的滑片P向左滑动时，以下说法中正确的是（　　）．

A．A灯变亮

B．B灯变亮

C．电源的输出功率可能减小

D．电源的总功率增大

【答案】　AC

【解析】　滑动变阻器的滑片P向左滑动，R的阻值增大，外电路的总电阻增大，由闭合电路欧姆定律知，干路的电流I＝

减小，则B灯变暗，路端电压U＝E－Ir增大，灯泡A两端的电压UA＝U－UB增大，A灯变亮，则A选项正确，B选项错误；

电源的输出功率P外＝

可能减小，电源的总功率P＝EI减小，则C选项正确、D选项错误．

课后作业

1．一白炽灯泡的额定功率与额定电压分别为36W与36V。

若把此灯泡接到输出电压为18V的电源两端，则灯泡消耗的电功率（　　）

A．等于36W　　　　　　　B．小于36W，大于9W

C．等于9WD．小于9W

【答案】B

2．（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，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的功率

【答案】　ABD

【解析】　电炉属于纯电阻，电动机属于非纯电阻，对于电炉有：

U＝IR，放热Q＝I2Rt，消耗功率P＝I2R，对于电动机有：

U>

IR，放热Q＝I2Rt，消耗功率P＝UI>

I2R.

3．（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只适用于纯电阻的电路

C．在非纯电阻的电路中，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＝

，功率越大，表示电流做功越快．对于一段电路，有P＝IU，I＝

，焦耳热Q＝

2Rt，可见Q与P、U、t都有关．所以，P越大，Q不一定越大，A不对．W＝UIt是电功的定义式，适用于任何电路，而I＝

只适用于纯电阻的电路，B对．在非纯电阻的电路中，电流所做的功＝焦耳热＋其他形式的能，所以W>

Q，即UI>

I2R，C正确．Q＝I2Rt是焦耳热的定义式，适用于任何电路中产生的焦耳热，D正确．

4．电子产品制作车间里常常使用电烙铁焊接电阻器和电容器等零件，技术工人常将电烙铁和一个灯泡串联使用，灯泡还和一只开关并联，然后再接到市电上（如图7－1－11所示），下列说法正确的是（　　）．

A．开关接通时比开关断开时消耗的总电功率大

B．开关接通时，灯泡熄灭，只有电烙铁通电，可使消耗的电功率减小

C．开关断开时，灯泡发光，电烙铁也通电，消耗的总功率增大，但电烙铁发热较少

D．开关断开时，灯泡发光，可供在焊接时照明使用，消耗总功率不变

【答案】　A

【解析】　开关接通时，灯泡被短路，灯泡熄灭，电路的总电阻变小，电路的总功率P＝

变大，电烙铁的功率变大．

5．两个电池1和2的电动势E1>

E2，它们分别向同一电阻R供电，电阻R消耗的电功率相同。

比较供电时电池1和2内部消耗的电功率P1和P2及电池的效率η1和η2的大小，则有（　　）

A．P1>

P2，η1>

η2B．P1>

P2，η1<

η2

C．P1<

η2D．P1<

6.如图所示，电阻R和电动机串联接到电路中，已知电阻R跟电动机线圈的电阻相等，开关闭合后，电动机正常工作，设电阻R和电动机两端的电压分别为U1和U2；

经过时间t，电流通过电阻R做功为W1，产生的热量为Q1；

电流通过电动机做功为W2，产生的热量为Q2，则有（　　）

A．U1＝U2，Q1<

Q2B．W1<

W2，Q1＝Q2

C．W1<

W2，Q1<

Q2D．U1>

U2，Q1＝Q2

【解析】　电阻R和电动机串联，流过两用电器的电流相同。

电阻R跟电动机线圈的电阻相等，由焦耳定律可知两者产生的热量相等，即Q1＝Q2。

电动机正常工作时为非纯电阻用电器，消耗的电能绝大部分转化为机械能，所以电流通过电动机做的功要大于电流通过电阻R做的功，即W1<

W2，由W＝UIt可知，U1<

U2。

故选项B正确。

7．电池对用电器供电时，是其它形式能（如化学能）转化为电能的过程；

对充电电池充电时，可看做是这一过程的逆过程。

现用充电器为一手机锂电池充电，等效电路如图所示。

已知充电器电源的输出电压为U，输出电流为I，手机电池的电动势为E，内阻为r。

下列说法正确的是

A.充电器的输出电功率为

B.电能转化为化学能的功率为

C.电能转化为化学能的功率为

D.充电效率为

％

【答案】C

8．如图所示，玩具电动机、电流表、开关盒电池组成闭合电路．闭合开关S，发现电动机启动时电流表的读数比正常工作时的读数要大；

当正常运转后用手轻触电动机转轴，使转速逐渐变慢，发现电流表读数逐渐变大，则以下说法中正确的是（　　）

A.电动机启动时产生的反电动势较小，因此电流表的读数较大

B.用手轻触电动机产生的反电动势较大，因此电流表的读数较大

C.用手轻触使电动机停止转动，这时电动机消耗功率最小

D.为防止电动机烧坏，在启动时可以先加较小电压，达到一定转速后再改为额定电压

点晴：

本题关键明确电动机转动产生反电动势，阻碍电流，反电动势与原电动势越接进，电流越小。

9．如图所示的电路，电源电动势为12V，内阻恒定且不可忽略．初始时刻，电路中的电流等于I0，且观察到电动机正常转动．现在调节滑动变阻器使电路中的电流减小为I0的一半，观察到电动机仍在转动．不考虑温度对电阻的影响，下列说法正确的是（　　）

A.电源的热功率减为初始时的一半

B.电源的总功率减为初始时的一半

C.电动机的热功率减为初始时的一半

D.变阻器的功率减为初始时的四分之一

【解析】AC、电源的内阻和电动机的内阻不变，根据公式

知：

电路中的电流减小为

的一半，则电源的热功率减为初始时的

，电动机的热功率减为初始时的

，故A、C错误；

B、根据P=EI知：

的一半，而电源的电动势不变，则电源的总功率减为初始时的一半，故B正确；

D、电路中的电流减小为

的一半，说明变阻器接入电路的电阻增大，所以由

知变阻器的功率大于初始时的

，故D错误；

故选B。

10.一辆电动观光车蓄电池的电动势为E，内阻不计，当空载的电动观光车以大小为v的速度匀速行驶时，流过电动机的电流为I，电动车的质量为m，电动车受到的阻力是车重的k倍，忽略电动观光车内部的摩擦，则（　　）．

A．电动机的内阻为R＝

B．电动机的内阻为R＝

－

C．电动车的工作效率η＝

D．电动机的发热效率η＝

【解析】　根据能量守恒定律，EI＝I2R＋kmgv，所以电动机的内阻为R＝

，选项A错误、B正确；

电动车的工作效率等于输出功率与总功率之比，即η＝

，所以C正确；

电动机的发热效率η＝

，D正确．

11.如图所示的电路中，电源电动势为12V，内阻为2Ω，四个电阻的阻值已在图中标出。

闭合开关S，下列说法正确的有（　　）

A．路端电压为10V

B．电源的总功率为10W

C．a、b间电压的大小为5V

D．a、b间用导线连接后，电路的总电流为1A

【答案】AC

12．如图所示的电路中，两平行金属板之间的带电液滴处于静止状态，电流表和电压表均为理想电表，由于某种原因灯泡L的灯丝突然烧断，某余用电器均不会损坏，则下列说法正确的是（　　）

A．电流表、电压表的读数均变小

B．电源内阻消耗的功率变大

C．液滴将向上运动

D．电源的输出功率变大

13．如图所示电路，电源电动势为E，串联的固定电阻为R2，滑动变阻器的总电阻为R1，电阻大小关系为R1＝R2＝r，则在滑动触头从a端移动到b端的过程中，下列描述中正确的是（　　）．

A．电路中的总电流先减小后增大

B．电路的路端电压先增大后减小

C．电源的输出功率先增大后减小

D．滑动变阻器R1上消耗的功率先减小后增大

【解析】　在滑动触头从a端移动到b端的过程中，R1接入电路的电阻（实际上是RaP与RbP的并联电阻）先增大后减小，所以电路中的总电流先减小后增大，电路的路端电压先增大后减小，A、B正确；

题中R外总大于电源内阻，外电路电阻R外越接近电源内阻，电源输出功率越大，滑动触头从a端移动到b端的过程中，R1接入电路的电阻先增大后减小，电源的输出功率先减小后增大，C错误；

将R2＋r视为电源内阻，在滑动触头从a端移动到b端的过程中，外电阻R1接入电路的电阻先增大后减小，滑动变阻器R1上消耗的功率先增大后减小，D错误．

14．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＝0.8Ω，电路中另一电阻R＝10Ω，直流电压U＝160V，电压表示数UV＝110V．试求：

（1）通过电动机的电流；

（2）输入电动机的电功率；

（3）若电动机以v＝1m/s匀速竖直向上提升重物，求该重物的质量？

（g取10m/s2）

【答案】　

（1）5A　

（2）550W　（3）53kg