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1、2020屆高三新課標物理一輪原創(chuàng)精品學案 專題21 焦耳定律 閉合電路歐姆定律
第一課時
一、考點掃描
(一)知識整合
1、電動勢(E):(1)物理意義:電動勢是描述電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能本領的物理量。
(2)定義: 。
(3)公式: ,單位:
(4)電源的電動勢等于電源沒有接入電路時
2、電功:(1)定義:在電路中,導體中的自由電荷在電場力作用下發(fā)生定向移動而形成電流,此過程中電場力對自由電荷所做的功叫電功。
(2)公式:W
2、= 單位: 符號:
3、電功率:(1)定義:電流所做的功跟完成這些功所需時間的比值叫做電功率。
(2)公式:P= 單位: 符號:
4、焦耳定律:(1)內(nèi)容:電流通過導體產(chǎn)生的熱量,跟電流的 跟導體的電阻和通電時間成 比.
(2)公式:Q=
(3)電功與電熱的關系:在 電路中電功等于電熱,在 電路中電功大于電熱。
5、電源的功率和效率:
(1)功率:①電源的功率(電源的總功率)PE= ②電源的輸出功率P出= ③電源內(nèi)部消耗的功率Pr=
(2)電源的效率:(最后一個
3、等號只適用于純電阻電路)
6、閉合電路歐姆定律
(1)內(nèi)容:
(2)公式:I=
常用表達式還有: , ,
(二)重難點闡釋
為了更清楚地看出各概念之間區(qū)別與聯(lián)系,列表如下:
注意:1、電功和電熱的區(qū)別:
4.閉合電路的U-I圖象
u
O I Im i
E
U M(I,U)
β
α
b a
N
右圖中a為電源的U-I圖象;b為外電阻的U-I圖象;兩者的交點坐標表示該電阻接入電路時電路的總電流和路端電壓;該點和原點之間的矩形的面積表示輸出功率;a的斜率的絕對值表示內(nèi)阻大??; b的斜率
4、的絕對值表示外電阻的大?。划攦蓚€斜率相等時(即內(nèi)、外電阻相等時圖中矩形面積最大,即輸出功率最大(可以看出當時路端電壓是電動勢的一半,電流是最大電流的一半)。
二、高考要點精析
(一)關于電功、電熱的計算問題
☆考點點撥
關于電功、電熱的計算,一定要弄清是否是純電阻電路。純電阻電路中,電功等于電熱:W=Q=UIt=I 2R t=
非純電阻電路(如電動機和電解槽),電功大于電熱:W>Q,這時電功只能用W=UIt計算,電熱只能用Q=I 2Rt計算,兩式不能通用。
☆考點精煉
1.某一直流電動機提升重物的裝置,如圖所示,重物的質(zhì)量m=50kg,電源提供給電動機的電壓為U=
5、110V,不計各種摩擦,當電動機以v=0.9m/s的恒定速率向上提升重物時,電路中的電流強度I=5.0A,求電動機的線圈電阻大?。ㄈ=10m/s2)。
(二)對電源電動勢的理解
☆考點點撥
電源是把其他形式能轉(zhuǎn)化為電能的裝置,電動勢表征電源把其他形式能轉(zhuǎn)化為電能的本領,電源的電動勢決定于電源自身的性質(zhì),與有無外電路及外電路的情況無關。
☆考點精煉
2.鉛蓄電池的電動勢為2 V,一節(jié)干電池的電動勢為1.5V,將鉛蓄電池和干電池分別接入電路,兩個電路中的電流分別為0.1A和0.2A。試求兩個電路都工作20 s時間,電源所消耗的化學能分別為多少?哪一個電源把化學能轉(zhuǎn)化為電能的本領更大?
6、
(三)閉合電路歐姆定律的應用
+ -
- +
R
E r
I
R
V1
V2
+
-
探針
☆考點點撥
閉合電路歐姆定律的表達形式有:
①E=U外+U內(nèi)
② (I、R間關系)
③U=E-Ir(U、I間關系)
④(U、R間關系)
從③式看出:當外電路斷開時(I = 0),路端電壓等于電動勢。而這時用電壓表去測量時,讀數(shù)卻應該略小于電動勢(有微弱電流)。當外電路短路時(R = 0,因而U = 0)電流最大為Im=E/r(一般不允許出現(xiàn)這種情況,會把電源燒壞)。
點評:
(1)電路中的電流表、電壓表均視為理想電表(題中特別指出的除外),即
7、電流表內(nèi)阻視為零,電壓表內(nèi)阻視為無窮大。
(2)解答閉合電路問題的一般步驟:
①首先要認清外電路上各元件的串并聯(lián)關系,必要時,應進行電路變換,畫出等效電路圖。
②解題關鍵是求總電流I,求總電流的具體方法是:若已知內(nèi)、外電路上所有電阻的阻值和電源電動勢,可用全電路歐姆定律(I=)直接求出I;若內(nèi)外電路上有多個電阻值未知,可利用某一部分電路的已知電流和電壓求總電流I;當以上兩種方法都行不通時,可以應用聯(lián)立方程求出I。
③求出總電流后,再根據(jù)串、并聯(lián)電路的特點或部分電路歐姆定律求各部分電路的電壓和電流。
第二課時
(四)關于電源的輸出功率問題
☆考點點撥
要搞清幾
8、個概念:
①電源的功率(電源的總功率)PE=EI ②電源的輸出功率P出=UI
③電源內(nèi)部消耗的功率Pr=I 2r
o R
P出
Pm
r
⑵電源的效率:(最后一個等號只適用于純電阻電路)
電源的輸出功率,可見電源輸出功率隨外電阻變化的圖線如圖所示,而當內(nèi)外電阻相等時,電源的輸出功率最大,為。
(五)電路結構變化問題的討論
R1
R2
R3
R4
E r
☆考點點撥
閉合電路中只要有一只電阻的阻值發(fā)生變化,就會影響整個電路,使總電路和每一部分的電流、電壓都發(fā)生變化。討論依據(jù)是:閉合電路歐姆定律、部分電路歐姆定律、串
9、聯(lián)電路的電壓關系、并聯(lián)電路的電流關系。以右圖電路為例:設R1增大,總電阻一定增大;由,I一定減??;由U=E-Ir,U一定增大;因此U4、I4一定增大;由I3= I-I4,I3、U3一定減小;由U2=U-U3,U2、I2一定增大;由I1=I3 -I2,I1一定減小。總結規(guī)律如下:
①總電路上R增大時總電流I減小,路端電壓U增大;②變化電阻本身和總電路變化規(guī)律相同;③和變化電阻有串聯(lián)關系(通過變化電阻的電流也通過該電阻)的看電流(即總電流減小時,該電阻的電流、電壓都減?。?;④和變化電阻有并聯(lián)關系的(通過變化電阻的電流不通過該電阻)看電壓(即路端電壓增大時,該電阻的電流、電壓都增大)。
☆考點點
10、撥
由閉合電路歐姆定律得 U=E-Ir(U、I間關系)路端電壓U隨干路電流I的關系圖線為傾斜直線,稱為電源的外特性曲線。圖線的截距表示電動勢,斜率的絕對值表示內(nèi)阻。
考點精煉參考答案
1.解析:電動機的輸入功率P=UI,電動機的輸出功率P1=mgv,電動機發(fā)熱功率P2=I2r
而P2=P - P1,即I2r= UI-mgv
代入數(shù)據(jù)解得電動機的線圈電阻大小為r=4Ω
2.解析:對于鉛蓄電池的電路,20 s時間內(nèi)通過的電荷量為q1=I1t=2 C,
對于干電池的電路,20 s時間內(nèi)通過的電荷量為q2=I2t=4C,
由電動勢的定義式得電源消耗的化學能分別為
J
J
電動勢反
11、映電源把其他能轉(zhuǎn)化為電能本領的大小,電動勢越大,電源本領越大。故鉛蓄電池把化學能轉(zhuǎn)化為電能的本領更大。
3.解析:此題電路的連接方式是,R1和R2串聯(lián)成一個支路與R3支路并聯(lián)后接到電源上,電流表測的是通過R3支路的電流,電壓表測的是加在R2兩端的電壓.
當其中一個電阻斷路后,電流表、電壓表均有示數(shù),說明R1和R3都沒有斷路,所以只能是R2發(fā)生斷路,此時R1上沒有電流通過,電壓表測量的是路端電壓U′=3.2 V,電流表測量的R3中電流也是干路中電流I′=0.80 A,
所以:
R3= Ω=4 Ω
R2斷路前,路端電壓U0=I3R3=0.75×4 V=3 V
對R1和R2串聯(lián)的支路,加
12、在R1兩端的電壓:U1=3 V-2 V=1 V
I1==0.25 A
R2的大?。?R2==8 Ω
則R2斷路前,電路中總電流I0=I1+I3=0.25+0.75=1(A)
根據(jù)全電路歐姆定律:
R2斷開前:E=U0+I0r=3 V+r
R2斷開后:E=+r=3.2+0.8r
聯(lián)解上述兩式得:E=4 V r=1 Ω.
4.ACD
5.BD 滑動變阻器的觸片P從右端滑到左端,總電阻減小,總電流增大,路端電壓減小。與電阻蟬聯(lián)串聯(lián)的燈泡L1、L2電流增大,變亮,與電阻并聯(lián)的燈泡L3電壓降低,變暗。U1減小,U2增大,而路端電壓U= U1+ U2減小,所以U1的變化量大于 U2的
13、變化量,選BD。
6.B
7.C(電源A的內(nèi)電阻大,電源效率,電源的輸出功率對應圖線下方的“面積”,由圖象可知,C正確。)
三、考點落實訓練
7.如圖所示,A燈的額定功率為15W,A燈與B燈額定電壓相同,在外加電壓改變時設兩盞燈的電阻保持不變,當K1與K2都斷開時,電壓表讀數(shù)U=12V;當K1閉合,K2斷開時,電壓表讀數(shù)U1=11V;當K1、K2都閉合時,電壓表讀數(shù)U2=9V時,則B燈的額定功率為________W。
8.用電動勢為8V,內(nèi)電阻2Ω的電池組成連接兩根各1Ω的電阻線,向某用電器(純電阻)供電,如下圖所示,該用電器可獲得3W的電功率,求通過該用
14、電器的電流和它兩端的電壓。
考點落實訓練參考答案
1.A 2.B 3.BD 4.BD
6.解析:正確選項為BD。
(法一)由得燈泡的電阻Ω=1210Ω
∴電壓為110V時, W=10 W
電壓為440V時,超過燈炮的額定電壓一倍,故燈泡燒壞,P=0.
9.設電壓表和電流表的內(nèi)阻分別為RV和RA。兩電壓表完全相同,則其示數(shù)跟它通過的電流成正比。
=U1∶U2=4/3 又因=1.4mA
解得通過A2的電流=0.6Ma =0.8mA
根據(jù)RV=(RA+RV)解得:RV∶RA=3∶1
11.解:設(1)電路消耗的電功率 為P1(2)電路消耗的總功率為P2.金屬圓環(huán)的總電阻為R,有
12.解析:電動機不轉(zhuǎn)動時,其消耗的電功全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,故可視為純電阻電路,由歐姆定律得電動機線圈內(nèi)阻:
電動機轉(zhuǎn)動時,消耗的電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能和機械能,其輸入的電功率為
P入=I1U1=0.8×2W=1.6 W
電動機的機械功率
P機=P入-I12r=1.6-0.82×1 W=0.96W
說明:在非純電阻電路里,要注意區(qū)別電功和電熱,注意應用能量守恒定律。①電熱Q=I2Rt。