高考物理一輪復(fù)習(xí) 專題7.2 串并聯(lián)電路 焦耳定律教學(xué)案

1、專題7.2 串并聯(lián)電路 焦耳定律1.熟練掌握串、并聯(lián)電路的特點(diǎn)，并能分析、計(jì)算2.會(huì)計(jì)算電功、電功率、電熱與熱功率 一、電功、電功率、電熱與熱功率1電功(1)定義：導(dǎo)體中的恒定電場(chǎng)對(duì)自由電荷的電場(chǎng)力做的功(2)公式：wquiut(適用于任何電路)(3)電流做功的實(shí)質(zhì)：電能轉(zhuǎn)化成其他形式能的過(guò)程2電功率(1)定義：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)電流所做的功，表示電流做功的快慢(2)公式：piu(適用于任何電路)3焦耳定律(1)電熱：電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流的二次方成正比，跟導(dǎo)體的電阻及通電時(shí)間成正比(2)公式：qi2rt.4電功率piu和熱功率pi2r的應(yīng)用(1)不論是純電阻還是非純電阻，電流的電功率均為p電u

2、i，熱功率均為p熱i2r.(2)對(duì)于純電阻而言：p電p熱iui2r.(3)對(duì)于非純電阻而言：p電iup熱p其他i2rp其他p其他二、電路中的功率及效率問(wèn)題1電源的總功率(1)任意電路：p總ieiu外iu內(nèi)p出p內(nèi)(2)純電阻電路：p總i2(rr).2電源內(nèi)部消耗的功率：p內(nèi)i2riu內(nèi)p總p出3電源的輸出功率(1)任意電路：p出iuiei2rp總p內(nèi)(2)純電阻電路：p出i2r.(3)純電阻電路中輸出功率隨r的變化關(guān)系當(dāng)rr時(shí)，電源的輸出功率最大為pm.當(dāng)r>r時(shí)，隨著r的增大輸出功率越來(lái)越小當(dāng)r<r時(shí)，隨著r的增大輸出功率越來(lái)越大當(dāng)p出<pm時(shí)，每個(gè)輸出功率對(duì)應(yīng)兩個(gè)外電阻r

3、1和r2，且r1r2r2.p出與r的關(guān)系如圖5所示圖54電源的效率(1)任意電路：×100%×100%.(2)純電阻電路：×100%×100%因此在純電阻電路中r越大，越大；當(dāng)rr時(shí)，電源有最大輸出功率，效率僅為50%.高頻考點(diǎn)一、電功、電功率、電熱與熱功率例1、如圖5所示是一提升重物用的直流電動(dòng)機(jī)工作時(shí)的電路圖電動(dòng)機(jī)內(nèi)電阻r0.8，電路中另一電阻r10，直流電壓u160v，電壓表示數(shù)uv110v試求：圖5(1)通過(guò)電動(dòng)機(jī)的電流；(2)輸入電動(dòng)機(jī)的電功率；(3)若電動(dòng)機(jī)以v1m/s勻速豎直向上提升重物，求該重物的質(zhì)量？(g取10 m/s2)答案(1)5a

4、(2)550w(3)53kg【變式探究】如圖所示是一提升重物用的直流電動(dòng)機(jī)工作時(shí)的電路圖。電動(dòng)機(jī)內(nèi)電阻r0.8 ，電路中另一電阻r10 ，直流電壓u160 v，電壓表示數(shù)uv110 v。試求：(1)通過(guò)電動(dòng)機(jī)的電流。(2)輸入電動(dòng)機(jī)的電功率。(3)若電動(dòng)機(jī)以v1 m/s勻速豎直向上提升重物，求該重物的質(zhì)量。(g取10 m/s2)解析：(1)由電路中的電壓關(guān)系可得電阻r的分壓uruuv(160110) v50 v，流過(guò)電阻r的電流ir a5 a，即通過(guò)電動(dòng)機(jī)的電流imir5 a。(2)電動(dòng)機(jī)的分壓umuv110 v，輸入電動(dòng)機(jī)的功率p電imum550 w。(3)電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱功率p熱ir20 w，

5、電動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械功率p出p電p熱530 w，又因p出mgv，所以m53 kg。答案：(1)5 a(2)550 w(3)53 kg【舉一反三】一只電飯煲和一臺(tái)洗衣機(jī)并聯(lián)接在輸出電壓為220v的交流電源上(其內(nèi)電阻可忽略不計(jì))，均正常工作用電流表分別測(cè)得通過(guò)電飯煲的電流是5.0a，通過(guò)洗衣機(jī)電動(dòng)機(jī)的電流是0.50a，則下列說(shuō)法中正確的是()a電飯煲的電阻為44，洗衣機(jī)電動(dòng)機(jī)線圈的電阻為440b電飯煲消耗的電功率為1555w，洗衣機(jī)電動(dòng)機(jī)消耗的電功率為155.5wc1min內(nèi)電飯煲消耗的電能為6.6×104j，洗衣機(jī)電動(dòng)機(jī)消耗的電能為6.6×103jd電飯煲發(fā)熱功率是洗衣機(jī)電動(dòng)機(jī)

6、發(fā)熱功率的10倍答案c【方法技巧】電功與電熱的區(qū)別1電功是電能轉(zhuǎn)化為其他形式能的量度，電熱是電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的量度計(jì)算電功時(shí)用公式wiut，計(jì)算電熱時(shí)用公式qi2rt.2從能量轉(zhuǎn)化的角度來(lái)看，電功和焦耳熱之間的數(shù)量關(guān)系是wq、iuti2rt.(1)純電阻電路：如電爐等構(gòu)成的電路，電流做功將電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，此時(shí)有wq.計(jì)算時(shí)可任選一公式：wqpti2rtiutt.(2)非純電阻電路：如含有電動(dòng)機(jī)、電解槽等的電路，電流做功除將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能外，還轉(zhuǎn)化為機(jī)械能、化學(xué)能等，此時(shí)有w>q.電功只能用公式wuit來(lái)計(jì)算，焦耳熱只能用公式qi2rt來(lái)計(jì)算對(duì)于非純電阻電路，歐姆定律不再適用高頻考點(diǎn)二電

7、路中的功率及效率問(wèn)題例2、如圖6所示，已知電源電動(dòng)勢(shì)e5v，內(nèi)阻r2，定值電阻r10.5，滑動(dòng)變阻器r2的阻值范圍為010.求：圖6(1)當(dāng)滑動(dòng)變阻器r2的阻值為多大時(shí)，電阻r1消耗的功率最大？最大功率是多少？(2)當(dāng)滑動(dòng)變阻器的阻值為多大時(shí)，滑動(dòng)變阻器消耗的功率最大？最大功率是多少？(3)當(dāng)滑動(dòng)變阻器的阻值為多大時(shí)，電源的輸出功率最大？最大功率是多少？答案(1)02w(2)2.52.5w(3)1.5 3125w【變式探究】直流電路如圖7所示，在滑動(dòng)變阻器的滑片p向右移動(dòng)時(shí)，電源的()圖7a總功率一定減小b效率一定增大c內(nèi)部損耗功率一定減小d輸出功率一定先增大后減小答案abc解析當(dāng)滑動(dòng)變阻器的

8、滑片p向右移動(dòng)時(shí)，接入電路的電阻變大，整個(gè)回路的電流變小，電源內(nèi)部損耗的功率p內(nèi)i2r一定減小，c正確；總功率pei一定減小，a正確；而內(nèi)電壓降低，外電壓升高，電源的效率增大，b正確；當(dāng)內(nèi)電阻等于外電阻時(shí)，輸出功率最大，此題中無(wú)法知道內(nèi)、外電阻的大小關(guān)系，因此d錯(cuò)誤高頻考點(diǎn)三電路故障問(wèn)題例3、如圖8是某同學(xué)連接的實(shí)驗(yàn)實(shí)物圖，開(kāi)關(guān)閉合后a、b燈都不亮，他采用以下方法進(jìn)行故障檢查圖8選用量程為10v的已校準(zhǔn)的電壓表進(jìn)行檢查，測(cè)試結(jié)果如表1所示根據(jù)測(cè)試結(jié)果，可判定故障是_a燈a短路b燈b短路ccd段斷路ddf段斷路表1測(cè)試點(diǎn)電壓示數(shù)a、b有示數(shù)b、c有示數(shù)c、d無(wú)示數(shù)d、f有示數(shù)答案d【變式探究】如

9、圖9所示的電路中，電源的電動(dòng)勢(shì)為6v，當(dāng)開(kāi)關(guān)s接通后，燈泡l1、l2都不亮，用電壓表測(cè)得各部分的電壓是uab6v，uad0v，ucd6v，由此可判定()圖9al1和l2的燈絲都燒斷了bl1的燈絲燒斷了cl2的燈絲燒斷了d變阻器r斷路答案c解析由uab6v可知，電源完好，燈泡都不亮，說(shuō)明電路中出現(xiàn)斷路故障，且在a、b之間由ucd6v可知，燈泡l1與滑動(dòng)變阻器r是接通的，斷路故障出現(xiàn)在c、d之間，故燈l2斷路，所以選項(xiàng)c正確【舉一反三】在如圖10所示的電路中，由于某一電阻發(fā)生短路或斷路，a燈變暗，b燈變亮，則故障可能是()圖10ar1短路br2斷路cr3斷路dr4短路答案bc高頻考點(diǎn)四電源和電阻u

10、i圖象的比較圖象上的特征物理意義電源ui圖象電阻ui圖象圖形圖象表述的物理量變化關(guān)系電源的路端電壓隨電路電流的變化關(guān)系電阻兩端電壓隨電阻中的電流的變化關(guān)系圖線與坐標(biāo)軸交點(diǎn)與縱軸交點(diǎn)表示電源電動(dòng)勢(shì)e，與橫軸交點(diǎn)表示短路電流過(guò)坐標(biāo)軸原點(diǎn)，表示沒(méi)有電壓時(shí)電流為零圖線上每一點(diǎn)坐標(biāo)的乘積ui表示電源的輸出功率表示電阻消耗的功率圖線上每一點(diǎn)對(duì)應(yīng)的u、i比值表示外電阻的大小，不同點(diǎn)對(duì)應(yīng)的外電阻大小不同每一點(diǎn)對(duì)應(yīng)的比值均等大，表示此電阻的大小不變圖線斜率的絕對(duì)值大小內(nèi)電阻r電阻大小例4、在如圖11所示的ui圖象中，直線為某一電源的路端電壓與電流的關(guān)系圖線，直線為某一電阻r的ui圖線用該電源直接與電阻r相連組成

11、閉合電路，由圖象可知()圖11a電源的電動(dòng)勢(shì)為3v，內(nèi)阻為0.5b電阻r的阻值為1c電源的輸出功率為4wd電源的效率為50%答案abc【變式探究】如圖12所示，直線a為某電源的ui圖線，曲線b為某小燈泡的ui圖線，用該電源和小燈泡組成閉合電路時(shí)，電源的輸出功率和電源的總功率分別是()圖12a4w,8wb2w,4wc2w,3wd4w,6w答案d解析用該電源和小燈泡組成閉合電路時(shí)，電源的輸出功率p出ui2×2w4w，電源的總功率p總ei3×2w6w，選項(xiàng)d正確【舉一反三】如圖13所示，圖中直線表示某電源的路端電壓與電流的關(guān)系圖象，圖中曲線表示該電源的輸出功率與電流的關(guān)系圖象，則

12、下列說(shuō)法正確的是()圖13a電源的電動(dòng)勢(shì)為50vb電源的內(nèi)阻為c電流為2.5a時(shí)，外電路的電阻為15d輸出功率為120w時(shí)，輸出電壓是30v答案acd1(2015·浙江高考)下列說(shuō)法正確的是()a電流通過(guò)導(dǎo)體的熱功率與電流大小成正比b力對(duì)物體所做的功與力的作用時(shí)間成正比c電容器所帶電荷量與兩極間的電勢(shì)差成正比d彈性限度內(nèi)，彈簧的勁度系數(shù)與彈簧伸長(zhǎng)量成正比解析：電流通過(guò)導(dǎo)體的熱功率為pi2r，與電流的平方成正比，a項(xiàng)錯(cuò)誤；力作用在物體上，如果物體沒(méi)有在力的方向上發(fā)生位移，作用時(shí)間再長(zhǎng)，做功也為零，b項(xiàng)錯(cuò)誤；由c可知，電容器的電容由電容器本身的性質(zhì)決定，因此電容器的帶電量與兩極間的電勢(shì)差

13、成正比，c項(xiàng)正確；彈簧的勁度系數(shù)與彈簧的伸長(zhǎng)量無(wú)關(guān)，d項(xiàng)錯(cuò)誤。答案：c1(2014·天津·2)如圖17所示，電路中r1、r2均為可變電阻，電源內(nèi)阻不能忽略，平行板電容器c的極板水平放置，閉合電鍵s，電路達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，帶電油滴懸浮在兩板之間靜止不動(dòng)如果僅改變下列某一個(gè)條件，油滴仍能靜止不動(dòng)的是()圖17a增大r1的阻值b增大r2的阻值c增大兩板間的距離d斷開(kāi)電鍵s答案b2(2014·上海·18)如圖18所示，電路中定值電阻阻值r大于電源內(nèi)阻阻值r.將滑動(dòng)變阻器滑片向下滑動(dòng)，理想電壓表v1、v2、v3示數(shù)變化量的絕對(duì)值分別為u1、u2、u3，理想電流表a示數(shù)變

14、化量的絕對(duì)值為i，則()圖18aa的示數(shù)增大bv2的示數(shù)增大cu3與i的比值大于rdu1大于u2答案acd1如圖7所示，電源內(nèi)阻不可忽略，電路中接有一小燈泡和一電動(dòng)機(jī)小燈泡l上標(biāo)有“6 v12 w”字樣，電動(dòng)機(jī)的線圈電阻rm0.5 .若燈泡正常發(fā)光時(shí)，電源的輸出電壓為12 v，此時(shí)()圖7a整個(gè)電路消耗的電功率為24 wb電動(dòng)機(jī)的熱功率為12 wc電動(dòng)機(jī)的輸出功率為12 wd電動(dòng)機(jī)的輸入功率為12 w答案d解析燈泡正常發(fā)光，則電路電流iil2 a已知電路電流，由于不知電源電動(dòng)勢(shì)，無(wú)法求出整個(gè)電路消耗的電功率，故a錯(cuò)誤；電動(dòng)機(jī)的熱功率pqi2rm22×0.5 w2 w，故b錯(cuò)誤；燈泡正

15、常發(fā)光時(shí)，電動(dòng)機(jī)電壓umuul12 v6 v6 v，電動(dòng)機(jī)的輸入功率pumi6×2 w12 w，電動(dòng)機(jī)的輸出功率p出ppq12 w2 w10 w，故c錯(cuò)誤，d正確2汽車電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)車燈會(huì)瞬時(shí)變暗，如圖4所示，在打開(kāi)車燈的情況下，電動(dòng)機(jī)未啟動(dòng)時(shí)電流表讀數(shù)為10 a，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)電流表讀數(shù)為58 a若電源電動(dòng)勢(shì)為12.5 v，內(nèi)阻為0.05 ，電流表內(nèi)阻不計(jì)，則因電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，車燈的電功率降低了()圖4a35.8 w b43.2 w c48.2 w d76.8 w答案b3如圖9所示是某款理發(fā)用的電吹風(fēng)的電路圖，它主要由電動(dòng)機(jī)m和電熱絲r構(gòu)成當(dāng)閉合開(kāi)關(guān)s1、s2后，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)風(fēng)葉旋轉(zhuǎn)，將空氣

16、從進(jìn)風(fēng)口吸入，經(jīng)電熱絲加熱，形成熱風(fēng)后從出風(fēng)口吹出已知電吹風(fēng)的額定電壓為220 v，吹冷風(fēng)時(shí)的功率為120 w，吹熱風(fēng)時(shí)的功率為1 000 w關(guān)于該電吹風(fēng)，下列說(shuō)法正確的是()圖9a電熱絲的電阻為55 b電動(dòng)機(jī)的電阻為 c當(dāng)電吹風(fēng)吹熱風(fēng)時(shí)，電熱絲每秒鐘消耗的電能為1 000 jd當(dāng)電吹風(fēng)吹熱風(fēng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)每秒鐘消耗的電能為1 120 j答案a解析電吹風(fēng)吹熱風(fēng)時(shí)電熱絲消耗的功率為p1 000 w120 w880 w，對(duì)電熱絲，由p可得電熱絲的電阻為r 55 ，選項(xiàng)a正確；由于不知道電動(dòng)機(jī)線圈的發(fā)熱功率，所以電動(dòng)機(jī)線圈的電阻無(wú)法計(jì)算，選項(xiàng)b錯(cuò)誤；當(dāng)電吹風(fēng)吹熱風(fēng)時(shí)，電熱絲每秒消耗的電能為880 j，選

17、項(xiàng)c錯(cuò)誤；當(dāng)電吹風(fēng)吹熱風(fēng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)每秒鐘消耗的電能為120 j，選項(xiàng)d錯(cuò)誤4一只電飯煲和一臺(tái)洗衣機(jī)并聯(lián)接在輸出電壓為220 v的交流電源上(其內(nèi)電阻可忽略不計(jì))，均正常工作用電流表分別測(cè)得通過(guò)電飯煲的電流是5.0 a，通過(guò)洗衣機(jī)電動(dòng)機(jī)的電流是0.50 a，則下列說(shuō)法中正確的是()a電飯煲的電阻為44 ，洗衣機(jī)電動(dòng)機(jī)線圈的電阻為440 b電飯煲消耗的電功率為1 555 w，洗衣機(jī)電動(dòng)機(jī)消耗的電功率為155.5 wc1 min內(nèi)電飯煲消耗的電能為6.6×104 j，洗衣機(jī)電動(dòng)機(jī)消耗的電能為6.6×103 jd電飯煲發(fā)熱功率是洗衣機(jī)電動(dòng)機(jī)發(fā)熱功率的10倍答案c其熱功率p熱p2，所

18、以電飯煲發(fā)熱功率不是洗衣機(jī)電動(dòng)機(jī)發(fā)熱功率的10倍5.(多選)如圖4所示，用輸出電壓為1.4 v、輸出電流為100 ma的充電器對(duì)內(nèi)阻為2 的鎳氫電池充電下列說(shuō)法正確的是()圖4a電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的功率為0.12 wb充電器輸出的電功率為0.14 wc充電時(shí)，電池消耗的熱功率為0.02 wd充電器把0.14 w的功率儲(chǔ)存在電池內(nèi)答案abc解析充電器對(duì)電池的充電功率為p總ui0.14 w，電池充電時(shí)的熱功率為p熱i2r0.02 w，所以轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的功率為p化p總p熱0.12 w，因此充電器充電功率為0.12 w，故a、b、c正確，d錯(cuò)誤6如圖5所示為一玩具起重機(jī)的電路示意圖電源電動(dòng)勢(shì)為6 v，內(nèi)

19、阻為0.5 ，電阻r2.5 ，當(dāng)電動(dòng)機(jī)以0.5 m/s的速度勻速提升一質(zhì)量為320 g的物體時(shí)(不計(jì)一切摩擦阻力，g10 m/s2)，標(biāo)有“3 v0.6 w”的燈泡恰好正常發(fā)光，則電動(dòng)機(jī)的內(nèi)阻為()圖5a1.25 b3.75 c5.625 d1 答案a7如圖10所示，a為電解槽，為電動(dòng)機(jī)，n為電爐子，恒定電壓u12 v，電解槽內(nèi)阻ra2 ，當(dāng)s1閉合，s2、s3斷開(kāi)時(shí)，示數(shù)為6 a；當(dāng)s2閉合，s1、s3斷開(kāi)時(shí)，示數(shù)為5 a，且電動(dòng)機(jī)輸出功率為35 w；當(dāng)s3閉合，s1、s2斷開(kāi)時(shí)，示數(shù)為4 a求：圖10(1)電爐子的電阻及發(fā)熱功率；(2)電動(dòng)機(jī)的內(nèi)阻；(3)在電解槽工作時(shí)，電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的功率為多少答案(1)2 72 w(2)1 (3)16 w解析(1)電爐子為純電阻元件，由歐姆定律得：r 2 其發(fā)熱功率為：pui112×6 w72 w.(2)電動(dòng)機(jī)為非純電阻元件，由能量守恒定律得：ui2