高二物理第二章-恒定電流-焦耳定律、閉合電路的歐姆定律人教實(shí)驗(yàn)版知識(shí)精講

用心愛心專心高二物理第二章恒定電流焦耳定律、閉合電路的歐姆定律人教實(shí)驗(yàn)版【本講教育信息】一.教學(xué)內(nèi)容：第二章恒定電流焦耳定律、閉合電路的歐姆定律二.重點(diǎn)、難點(diǎn)解析：1.理解電功率的概念和公式，能進(jìn)行有關(guān)的計(jì)算。2.電功率和熱功率的區(qū)別和聯(lián)系。3.推導(dǎo)閉合電路歐姆定律，應(yīng)用定律進(jìn)行有關(guān)討論。4.路端電壓與負(fù)載的關(guān)系三.知識(shí)內(nèi)容：1.電功、電功率（1）定義：電路中電場力對(duì)定向移動(dòng)的電荷所做的功，簡稱電功，通常也說成是電流的功。（2）實(shí)質(zhì)：電能通過電流做功轉(zhuǎn)化為其他形式能。（3）表達(dá)式：W=IUt說明：①表達(dá)式的物理意義：電流在一段電路上的功，跟這段電路兩端電壓、電路中電流和通電時(shí)間成正比。②適用條件：I、U不隨時(shí)間變化——恒定電流。（4）單位：電流單位用安培（A），電壓單位用伏（V），時(shí)間單位用秒（s），則電功的單位是焦耳（J）。（5）電功率①表達(dá)式：物理意義：表示電流做功的快慢。②單位：功的單位用焦耳（J），時(shí)間單位用秒（s），功率單位為瓦特（W）。1W=1J/s2.焦耳定律——電流熱效應(yīng)（1）內(nèi)容：電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量，跟電流的平方、導(dǎo)體電阻和通電時(shí)間成正比。（2）表達(dá)式：（3）說明：焦耳定律表明，純電阻電路中電流做功完全轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，同時(shí)，有電阻的電路中電流做功會(huì)引起內(nèi)能的增加，且電熱。（4）純電阻電路中的電功和電功率①電功，對(duì)所有電路中電阻的生熱都適用。純電阻電路中：②熱功率，對(duì)所有電路中電阻的電熱功率都適用。電功率：結(jié)合純電阻電路歐姆定律U=IR，（5）非純電阻電路中的電功和電功率電功和電功率是整體和部分的關(guān)系：，故W>Q，即電功率大于熱功率，即3.閉合電路的歐姆定律（1）內(nèi)、外電路①內(nèi)電路：電源兩極（不含兩極）以內(nèi)，如電池內(nèi)的溶液、發(fā)電機(jī)的線圈等。內(nèi)電路的電阻叫做內(nèi)電阻。②外電路：電源兩極，包括用電器和導(dǎo)線等。外電路的電阻叫做外電阻。（2）閉合電路的歐姆定律①內(nèi)容：閉合電路的電流跟電源的電動(dòng)勢成正比，與內(nèi)、外電路的電阻之和成反比②公式：③適用條件：純電阻電路根據(jù)歐姆定律，外電路兩端的電勢降落為U外=IR，習(xí)慣上稱為路端電壓，內(nèi)電路的電勢降落為U內(nèi)=Ir，代入E=IR+Ir，得該式表明，電動(dòng)勢等于內(nèi)外電路電勢降落之和。（3）路端電壓跟負(fù)載的關(guān)系①路端電壓：外電路的電勢降落，也就是外電路兩端的電壓。U外＝E－Ir，路端電壓隨著電路中電流的增大而減??；②U一I關(guān)系圖線當(dāng)電路斷路即I＝0時(shí)，縱坐標(biāo)的截距為電動(dòng)勢E；當(dāng)外電路電壓為U＝0時(shí)，橫坐標(biāo)的截距I短=E/r為短路電流；圖線的斜率的絕對(duì)值為電源的內(nèi)電阻。（4）閉合電路的輸出功率①功率關(guān)系：P總=EI=U外I十U內(nèi)I=UI＋I(xiàn)2r，②電源的輸出功率與電路中電流的關(guān)系：P出=EI－I2r當(dāng)時(shí)，電源的輸出功率最大，分析與解答：因?yàn)殡姛羟∧苷０l(fā)光，所以閉合電路中的電流為電源的總功率為PE=IE=2×30W=60w電燈、電動(dòng)機(jī)線圈電阻、電源內(nèi)阻可作為純電阻處理，它們消耗的電能全部轉(zhuǎn)化為電熱，電路中總的熱功率為：PQ=P燈+I2（R+r）=[12+22×（2+1）]W=24w由能量守恒定律有PE=PQ+P機(jī)則電機(jī)輸出的機(jī)械功率為P機(jī)=PE－PQ=(60－24)W=36W[例3]某商場安裝了一臺(tái)傾角為30°的自動(dòng)扶梯，該扶梯在電壓為380V的電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)下以0.4m/s的恒定速度向斜上方運(yùn)動(dòng)。電動(dòng)機(jī)的最大輸出功率為4.9kW，不載人時(shí)測得電動(dòng)機(jī)中的電流為5A，若載人時(shí)扶梯的移動(dòng)速率和不載人時(shí)相同，則這臺(tái)自動(dòng)扶梯可同時(shí)乘載的最多人數(shù)是多少？（設(shè)人的平均質(zhì)量為60kg，g＝10m/s2）分析與解答：因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)有最大輸出功率，這就決定了自動(dòng)扶梯載人也有最大限額。從功率關(guān)系來看，電動(dòng)機(jī)的輸出功率，（1）提供扶梯自身運(yùn)動(dòng)所需功率；（2）轉(zhuǎn)化為扶梯上的人以恒定速率向上所需的功率。設(shè)：可同時(shí)乘載的最多人數(shù)為n人，此時(shí)電動(dòng)機(jī)處于最大輸出功率狀態(tài)，扶梯本身向上運(yùn)動(dòng)所需功率為：P1＝IU＝5×380W＝1900W＝1.9kW電動(dòng)機(jī)的最大輸出功率為P，n個(gè)人以恒定速率v＝0.4m/s隨扶梯向上運(yùn)動(dòng)所需功率為：P2＝P－P1＝（4.9－1.9）kW＝3.0kW所以，載人的最多人數(shù)是：個(gè)注意：扶梯對(duì)人的支持力豎直向上，而人的運(yùn)動(dòng)方向與水平面有一夾角θ，故克服重力的功率為，而不是[例4]如圖所示，當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸點(diǎn)向上端移動(dòng)時(shí)（）VVAR1R2R3A.電壓表的讀數(shù)增大，電流表的讀數(shù)減小B.電壓表和電流表的讀數(shù)都增大C.電壓表和電流表的讀數(shù)都減小D.電流表的讀數(shù)增大，電壓表的讀數(shù)減小分析與解答：當(dāng)滑動(dòng)觸頭向上滑動(dòng)時(shí)，有R3↑R23并↑R外↑，I總↓U端↑（即電壓表示數(shù)增大）I3=I總－I2=（I總↓－）↓（即電流表示數(shù)減?。例5分析與解答：根據(jù)閉合電路歐姆定律可知，電路中的總電流為I=A=1.5A即電流表A1的讀數(shù)為1.5A對(duì)于R2與R3組成的并聯(lián)電路，根據(jù)部分電路歐姆定律，并聯(lián)部分的電壓為U2=I·R并=I·=1.5×3V=4.5V即電壓表V2的讀數(shù)為4.5V對(duì)于含有R2的支路，根據(jù)部分電路歐姆定律，通過R2的電流為I2=A=0.75A即電流表A2的讀數(shù)為0.75A電壓表V1測量電源的路端電壓，根據(jù)E=U外+U內(nèi)得U1=E－Ir=6V－1.5×0.2V=5.7V即電壓表V1的讀數(shù)為5.7V[例6]如圖所示電路中，R3=4Ω，電流表讀數(shù)為0.75A，電壓表讀數(shù)為2V，由于某一電阻斷路，使電流表讀數(shù)為0.8A，而電壓表讀數(shù)為3.2V。問：（1）哪一只電阻斷路?（2）電源電動(dòng)勢和內(nèi)電阻各多大?分析與解答：（1）用排除法可判斷得出R1斷路，（2）R1斷開后，電壓表示數(shù)即為R2上的電壓，故R1斷開前，R2上電壓為0.75×4V=3V，而此時(shí)電壓表示數(shù)為2V，故R3上的電壓為1V，由E=U外+Ir可得R1斷開前：E=3V+（0.75+0.25）r①R1斷開后：E=3.2V+0.8r②解①、②兩式可得E=4V，r=1Ω【模擬試題】（答題時(shí)間：20分鐘）1.如圖所示電路中，電源的內(nèi)電阻不能忽略。已知定值電阻R1=10Ω，R2=8Ω。當(dāng)開關(guān)S接到位置1時(shí)，電壓表V的示數(shù)為2V；當(dāng)開關(guān)S接到位置2時(shí)，電壓表V的示數(shù)可能為（）A.2.2V B.1.9VC.1.6V D.2.一電源（電動(dòng)勢為E，內(nèi)阻為r），當(dāng)它和一標(biāo)有“6V3W”的小燈泡構(gòu)成閉合回路時(shí)，小燈泡恰好正常發(fā)光。如果該電源與一標(biāo)有“6V6W”的小燈泡構(gòu)成一閉合回路，該燈泡（）A.正常發(fā)光 B.比正常發(fā)光暗C.比正常發(fā)光亮 D.不知電源內(nèi)阻的大小，無法確定3.如圖所示電路中，A、B兩燈均正常發(fā)光，R為一滑動(dòng)變阻器，P為滑動(dòng)片，若將滑動(dòng)片向下滑動(dòng)，則（）A.A燈變亮 B.B燈變亮C.R1上消耗功率變大 D.總電流變小4.如圖所示，電源電動(dòng)勢為E，內(nèi)阻為r，R1是定值電阻，R2是可變電阻，下述結(jié)論正確的是（）A.R2越大，R2上消耗功率越大B.R2越大，R1上消耗功率越大C.當(dāng)R1=R2+r時(shí)，R1上消耗的電功率最大D.當(dāng)R2=R1+r時(shí)，R2上消耗的電功率最大5.如圖所示電路中，電動(dòng)勢為E，內(nèi)阻為r的電源與一滑動(dòng)變阻器構(gòu)成閉合電路，當(dāng)滑動(dòng)觸片移動(dòng)時(shí)，滑動(dòng)變阻器兩端電壓和電路中電流的關(guān)系圖象如下圖中的（）6.額定電壓為220V的電動(dòng)機(jī)的線圈電阻為0.8，正常工作時(shí)，電動(dòng)機(jī)每秒放出的熱量為1280J，則電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)的電流強(qiáng)度為多大？每秒有多少焦的電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能？7.一直流電動(dòng)機(jī)線圈內(nèi)阻一定，用手握住轉(zhuǎn)軸使其不能轉(zhuǎn)動(dòng)，在線圈兩端加電壓為0.3V，電流為0.3A。松開轉(zhuǎn)軸，在線圈兩端加電壓為2V時(shí)，電流為0.8A，電動(dòng)機(jī)正常工作。求該電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)，輸入的電功率是多少?電動(dòng)機(jī)的機(jī)械功率是多少?

試題答案1.B解析：2.B3.C4.D解析：5.D解析：由可知，當(dāng)E、r一定時(shí)，與I間的圖線如圖D所示6.解析：電動(dòng)機(jī)電路為非純電阻電路，輸出電動(dòng)機(jī)的電功率，一方面轉(zhuǎn)化為機(jī)械功率輸出，另一方面轉(zhuǎn)化為線圈電阻的發(fā)熱功率，正常工作時(shí)，通過線圈的電流即為正常工作電流，由焦耳定律Q=I2Rt得1280=I2×0.8×1解得I=40A