第十二章能量和做功实验题.docx

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第十二章能量和做功实验题

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第十二章能量和做功

到目前我们一直使用同一种灯泡，现实生活中，有多种不同类型的灯。

在下面的实验中，不同的灯有不同的特性，我们将比较灯的相关特性。

实验12.1

有两个灯丝不同的灯泡。

A.把两个电阻不同的灯泡串联起来，观察并记录他们亮度间的关系。

利用该模型比较电路中不同灯泡的电流。

难道灯泡的亮度只由电灯的电流决定吗？

（所有的灯泡通过相同的电流它们亮度相同吗）解释。

B.把两个电阻不同的灯泡并联起来，观察并记录他们亮度间的关系。

比较灯泡的电压。

难道灯泡的亮度只由电灯的电压决定吗？

（所有的灯泡通过相同的电压它们亮度相同吗）解释。

C.设计电路比较这两个电阻不同的灯泡。

（提示:

电路见于练习3.9比较两个“黑盒”的电阻）不使用一个电流表。

你需要的灯泡总数是多少?

在“黑盒”练习3.9中那个电流原理符合吗?

建立你的电路进行比较灯泡的电阻。

记录你的观察。

D.你观察A-C部分的基础上,回答下面的问题:

灯泡的亮度只取决于一个灯泡的电阻吗?

解释。

和你的小组成员检查你的推理。

486

当两个灯泡都是相同的,我们发现,如果我们知道哪个灯泡具有较大的电流通过它或它有一个更大的电压,我们可以预测这个灯泡更亮。

然而,正如上述试验表明,单独用电流或电压不足以解释灯泡的亮度。

在串联电路中,灯泡都有相同的电流,但他们有不同的亮度。

在并联电路、两个灯泡有相同电压,但他们的亮度不同。

我们也不能解释这一差异。

在实验12.1中解释灯泡的相对明亮,现在的电阻概念是必要的。

在这一节中,我们必需用电阻这个量预测在一个相同的电路中灯泡的亮度灯泡。

实验12.2

在以下四个电路中使用相同的灯泡，记录每个灯泡的相关亮度。

A.比较每个电路中的电压,并解释。

B.比较每个电路中通过的电流,并解释。

487

C.上课期间把整个电路连接好。

检查电路并几下每个灯泡的亮度是如何变化的。

那个电路中电池维持的时间最短？

那个电路中电池维持的时间最长？

能量

我们的模型对电路包括一种看法,那就是电流从电池通过电路并流回电池。

当前“消耗”的不是电路元件。

然而,连接在电池上灯丝发热;产生出灯泡的光和热。

和电池的损耗是一种证据,它显示电路中电池提供的东不回电池。

我们称这个量为电势能,或者更简单地说,电能。

直到现在,我们重点研究电路中的电池驱动电流。

我们也可以考虑电路中电池电能。

电阻和灯泡的电能转换成能量为光和热转移到周围的环境

一个基本的原则就是能源是物理转换。

尽管它可能从一个物体转移到另一个物体（例如,从化学的电加热）,但能量的总量不变。

在电路中电池产生的电能和能量耗散是相等的基础是基尔霍夫第二定则。

在电池的化学反应释放能量供灯泡,热电阻。

当物质在电池不能再维持这种化学反应和电池没电时这个过程停止。

正是在这个意义上,在电路上电池的电能作为“消耗”的元素。

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我们可以近似的确定，电池是存储电能并用来传递电流的，在我们所用的单位体系中，能量的单位是焦耳。

在下面的实验中，我们考虑如何用能量的观点来预测电池寿命的长短。

练习12.3

思考如下图所示的两个电路。

用能量的观点去预测电池寿命如何去比较，并解释你的原因。

讨论这两个灯泡的亮度有怎样的关系对你的预测很重要。

练习12.4

在实验12.2中我们已如下验证了电路中电池寿命的长短。

A.比较通过上述电路中的电压，并解释你的原因。

比较流过上述电路中的电流，并解释你的原因。

489

B.运用能量这个概念对电路3和电路1相比较可以预知电池的寿命。

讨论灯泡相对明亮最重要的是让你的观点得到预测。

你这段时间（实验12.2）的观测符合你的预言吗？

电池的寿命是否与电池当前相对能量有关呢?

解释你的推理。

C.一个学生作如下对电路1和电路2的电池比较。

“由于灯泡都是相同的,在电路2他们每一个灯都从电池中得到一半的能量。

当你把灯放在电路1中得到同样的能量。

所以电池分得的能量相等。

”

和你的伴侣讨论这个声明。

你同意该学生的推理吗?

和你的同学检查你的推理和研究。

前面练习说明,考虑电池中能量转移速率可确定电池的寿命，这是很重要的。

如果电池很快转让其能源时,它将不会持续。

如果一个灯泡的光线比另一个灯泡的亮，则相对能量转化更迅速;同样地,如果一条光线比另一种温暖,温暖的光线是耗能更迅速的。

在接下来的练习,我们考虑到这些灯泡的能量转移速率可以用来比较电池的电能。

490

练习12.5

在实验中,你应该已经注意到12.2中有两个灯泡串联电路中电池持续了大约两倍与电路中只有一盏灯的电池持续的时间。

这项观察显示关于能量被转移的相对速率是来自这两个电池吗?

解释。

这项观察显示关于电路中两个灯泡得到能量的相对速率的什么?

解释。

做功

一个灯泡的亮度是与它做功速率紧密相连,并收到从电池散发出的能量。

通常能源的消耗率,大约1秒能源转让的数量,实际的数量多于总的能量转移。

对于一个灯泡,亮度更重要的是光的总量,打开灯泡的时间,直到它关掉.同样,更重要的是数量是描述电能转移的速率,而不是总能量。

能源速率叫做电功率,将为代表的符号p的单位焦耳/秒的力量,但这单位有它自己的名字:

瓦特（W）。

我们把大约每秒钟电池传输电路能量数量或每一秒电路元件对环境转移的能量。

通常,我们更感兴趣的是在电功经由电池灯泡或电阻的转移与总能量的比。

然而,有情况,我们想知道的是某一段时间总能量消耗。

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练习12.6

三个同学讨论他们的电费。

学生1:

“千瓦时…这是目前我们打成了整整一个月。

”

学生2:

“不,千瓦时只是我们使用的电量。

学生3:

“实际上,这告诉我们,我们使用了电能。

”

这些同学说得有哪些是正确的,如果没有正确的,给一个正确的解释.千瓦时的数量并且解释为什么这是数量的兴趣的电动计算帐单。

练习12,4说明,如果通过两个负载的电压是相同的,那么电池的功率和流过电路的电流成正比。

然而,在某些情况下,我们需要比较电路电池功率电流通过电路是相同的,但是电压负荷是不同的。

练习12.7

思考以下实验电路实验12.2。

A.比较流过电路中的电流，并解释。

比较电路中的电压，并解释。

比较三个灯泡的亮度。

哪些相对明亮的灯泡建议的速率是由电路4中的能量比功率耗散在赛道吗?

B.假设现在有三个电池电路4系列三个灯泡系列。

重复部分提供了实例。

492

在这个部分你的观察一致认为电能的速率是取决于一个灯泡（或一个电阻）和当前通过它的电压。

我们发现,如果电压负荷固定,功率耗散是通过负载的电流成正比;如果当前电流是固定的,电功是与电压负荷成正比。

对于任何载荷、我们写这P负载=V负载,在V负载的负载电压,负荷和I负载是当前的。

练习12.8

A.有一个I通过一个电阻器上的电阻电阻R，从电流和电阻的角度写一个表达式，说明功是如何传递到电阻上的。

B.电阻R通过一个电压V，从电压和电阻的角度写一个表达式，说明功是如何传递到电阻上的。

现在在实验12.1中我们正处在解释我们观察两个相同灯泡的亮度的位置上。

练习12.9

在实验12.1构造基础上我们已经详细说明了两个相同的灯泡的相对明亮的哪些关系:

当这两个灯泡串联在一个电池上；

当这两个灯泡并联在电池上。

和你的同伴解释你们的推理。

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练习12.10

在下面的电路中，假设所有的电池的电阻是相同的，根据电路排序。

电能是输出的电路，直到电池或电池模具。

电池寿命。

总功率传递到电路电阻。

和你的同伴解释你的推理。

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对电子电路的补充问题

在以下所有的问题中，电池和灯泡都是相同的，除非特殊说明。

问题1.1

目前，在电路中的电流，必须有一个完整的地导体路径，从电池一端流过灯泡。

检查灯泡和描述路径导体。

做一个详细的电路图来。

问题1.2

如何用一句话描述灯泡插座的作用。

用图表表示电路导体同插座的连接方式。

问题1.3

为下面每个电路绘制电路图。

问题1.4

画一个灯泡的草图。

在你的图中表示双端的灯泡。

在本段为灯泡介绍一个符号（如右图所示）表示两个终端没有不同，然而，在你设计的途中，灯泡的两端看起来应该有差别的。

解释为什麽以同样的方式为灯泡的两端使用一个符号。

495

问题2.1

根据通过电池的电流给下列的电路排序，说明你的理由。

问题2.2

思考下面两个同学的争议，哪个同学是对的？

学生1：

“线路一和线路二是不相同的，在线路二中灯泡到点吃的距离是相同的，但在线路一中，有一个灯泡离电池近。

因此两个电路中灯泡的亮度是不同的。

”

学生2：

“电路图只是电气连接。

在每一个图,电气连接是相同的。

每一个灯泡有一个端直接连接到一个电池的一端,每一个灯泡其他端的是直接连接到电池其他端的。

所以在每一个电路灯泡的亮度将会相同。

两个图代表同样的电路。

”

496

问题2.3

使用你试验的结果并假设，我们对电子电路有如下定理：

“通过电池的电流不是常数，而是取决于电路，在一个灯泡的电路中，电流可以小于或大于通过一个电路的电流。

”

问题3.1

A.在右图的电路中，当打开开关时，用你的模型的电流根据灯泡的亮度给灯泡划分等级，说明你的理由。

B.当关闭开关时，根据灯泡的亮度划分灯泡等级，说明理由。

问题3.2

下面是一个图表显示一个典型的家庭电路。

这个电器（灯、电视、烤面包机等）标注为盒1、2、3、等等。

A.当电流通过电容时，增加更多的用电器时，会发生什么？

B.当更多的用电器接入电路是，电熔丝会怎样？

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问题3.3

在下面的电路中，用你的模型的电流按灯泡亮度，在所有可能组合的位置安装开关解释原因。

问题3.4

A.认真思考下面的电路图，当电路中的一个灯泡烧坏其他两者的灯泡将出现什么情况?

（所以没有电流流经它）解释原因。

B.思考电路图，当电路中的一个灯泡烧掉其它亮着的灯泡将会出现什么情况？

C.在该电路中的串联灯泡中你认为那个会工作的更好？

说明原因。

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问题3.5

A.下面各种电路中灯泡都连接在电路上。

根据电路和你的观察，根据亮度将所有灯泡排序，如果有两个灯泡亮度相同，则将其指出来，说明你的理由。

B.根据流过灯泡的电流将灯泡排序，说明理由。

C.根据流过电池的电流将灯泡排序，说明理由。

D.根据各种组合灯泡的电阻排序，也就是说，根据每个电路的总电阻排名，说明理由。

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问题4.1

灯泡在电路中是串联、并联或者都不是？

（分析每种开关的组合）

预测并比较A、B两灯泡的亮度并解释。

问题4.2

1.灯泡在电路中是串联、并联或者都不是？

（分析每种开关的组合）

2.预测并比较A、B两灯泡的亮度并解释。

500

问题4.3

在开关断开、闭合的情况下，电路中式串联、并联，还是既不串联也不并联。

预测每种情况下灯泡的亮度，解释理由。

问题4.4

根据下面的电路图。

A.根据灯泡亮度排序并解释。

回答以下问题，然后分析原电路。

B.如果断开灯泡4，1和3的亮度将如何变化。

C.在DE之间连接一个新灯泡，灯泡2、5的亮度将如何变化？

D.在AF之间连接一个导线，1、3、5、6的亮度如何变化，理由。

E.在C、G点检连接一个灯泡，1、6的亮度怎麽变化，理由。

501

问题4.5

下面是一个非正式的方式绘制的电路图。

选择下面电路图中标准的电路图。

问题4.6

在开关断开、闭合的情况下，电路中式串联、并联，还是既不串联也不并联。

预测每种情况灯泡的亮度，并解释你的理由。

502

问题4.7

在开关断开、闭合的情况下，电路中式串联、并联，还是既不串联也不并联。

预测比较各种情况下灯泡的亮度并解释。

问题5.1

观察以下两种电路。

电路1包含1个灯泡和一段镍镉合金线。

电路2中包含两个灯泡，灯泡与电路1中相同，灯泡A和灯泡C一样亮。

由此你可以得出灯泡的电阻与镍镉合金线电阻谁更大，说明理由。

503

问题5.3

观察右图，总电流为I，支路A中电流是B的3倍。

C中电流时B支路的2倍。

写出每条电路中电流的代数表达式。

问题5.4

由图中的灯泡流过的电流是多少，说明理由。

问题5.5

A.在电路中，判断灯泡的亮度，说明理由。

（注意：

你不可能比较所有的灯泡，你只用比较你能比较的）

B.如果给6处加段导线，灯泡1、3、7亮度怎样变化，说明理由。

C.如果在D、H间加一段导线，灯泡1、4、7亮度怎样变化，说明理由。

D.如果在B、H间连接一段导线，灯泡1、2、6、7的亮度怎样变化。

问题5.6

4节点中流出的电流为I和（3/4）I.从单独节点和另外两个线路流出的电流之比为2：

5。

写出流入节点的电流I的表达式。

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问题5.7

电流I被分到两条支路。

两条支路中电流比为X/X+1。

写出每条之路上关于I，X的表达式。

问题6.1

写出下列各支路中的等效电阻，说明理由。

问题6.2

写出下列各支路中的等效电阻，说明理由。