2.闭合电路的欧姆定律
课后篇巩固提升
基础巩固
1.(多选)电池给灯泡供电与人将球抛出在能量转化方面有相似之处,我们可以将电势能类比于重力势能,如图所示,下列说法正确的是( )
A.可以将电流通过灯泡时电流做功与抛球时人对球做功相类比
B.可以将电池的非静电力做功与抛球时人对球做的功类比
C.可以将电流通过灯泡时做的功与重力对球做的功类比
D.可以将电池的非静电力做功与重力对球做功类比
解析将电势能类比重力势能,电流通过灯泡做功,电势能减少,可类比重力做功,重力势能减少,非静电力做功,电势能增加,可类比人抛球对球做功,球重力势能增加,故B、C正确。
答案BC
2.
(多选)如图所示为两个不同闭合电路中两个不同电源的U-I图像,则下列说法正确的是( )
A.电动势E1=E2,短路电流I1>I2
B.电动势E1=E2,内阻r1>r2
C.电动势E1>E2,内阻r1
D.当两电源的工作电流变化量相同时,电源2的路端电压变化较大
解析由题图可知两电源的U-I图线交纵轴于一点,则说明两电源的电动势相同;交横轴于两不同的点,很容易判断电源1的短路电流大于电源2的短路电流,则A项正确。又由两图线的倾斜程度可知图线2的斜率的绝对值大于图线1的斜率的绝对值,即电源2的内阻大于电源1的内阻,则可知B、C项错误。由图象可判断当两电源的工作电流变化量相同时,电源2的路端电压的变化量大于电源1的路端电压的变化量,可知D项正确。
答案AD
3.
如图所示,当开关S断开时,电压表示数为3
V,当开关S闭合时,电压表示数为1.8
V,则外电阻R与电源内阻r之比为
( )
A.5∶3
B.3∶5
C.2∶3
D.3∶2
解析S断开时,电压表的示数等于电源的电动势,即E=3
V。S闭合时,U外=1.8
V,所以U内=E-U外=1.2
V。因U外=IR,U内=Ir,所以R∶r=U外∶U内=1.8∶1.2=3∶2。
答案D
4.一块数码相机中用的锂电池的电动势为3.6
V,容量为1
000
mA·h(相当于用1
000
mA的电流释放可放电1
h,用500
mA的电流释放可放电2
h,以此类推)。当关闭液晶屏时可拍摄照片400张左右,则每拍一张照片所消耗的电能约为 J;当打开液晶屏时可拍摄照片150张左右,则每拍一张照片液晶屏消耗的电能约为 J。?
解析电源输出的总电能E=UQ=UIt=3.6×1×3
600
J=12
960
J。
关闭液晶屏时,每拍一张照片消耗的电能
E1==32.4
J。
打开液晶屏时,每拍一张照片消耗的电能
E2==86.4
J。
每拍一张照片液晶屏消耗的电能E3=E2-E1=86.4
J-32.4
J=54
J。
答案32.4 54
5.铅蓄电池的电动势为2
V,一节干电池的电动势为1.5
V,将铅蓄电池和干电池分别接入电路,两个电路中的电流分别为0.1
A和0.2
A。试求:两个电路都工作20
s,电源所消耗的化学能分别为多少?哪一个电源把化学能转化为电能的本领更大?
解析对于铅蓄电池的电路,20
s内通过的电荷量为q1=I1t=2
C,对于干电池的电路,20
s内通过的电荷量为q2=I2t=4
C。
由电动势的定义式得电源消耗的化学能分别为
W1=q1E1=4
J,W2=q2E2=6
J。
电动势反映电源把其他形式的能转化为电能本领的大小,电动势越大,电源本领越大,故铅蓄电池把化学能转化为电能的本领更大。
答案4
J 6
J 铅蓄电池把化学能转化为电能的本领更大
能力提升
1.有两个阻值相同都为R的电阻,串联起来接在电动势为E的电源上,通过每个电阻的电流为I,若将这两个电阻并联起来,仍接在该电源上,此时通过一个电阻的电流为,则该电源的内阻是( )
A.R
B.
C.4R
D.
解析由闭合电路欧姆定律得,两电阻串联时I=,两电阻并联时I=,解得r=4R,故选C。
答案C
2.
(多选)如图所示的U-I图像中,直线Ⅰ为某电源的路端电压与电流的关系,直线Ⅱ为某一电阻R的U-I曲线,用该电源直接与电阻R连接成闭合电路,由图像可知( )
A.R的阻值为1.5
Ω
B.电源电动势为3
V,内阻为0.5
Ω
C.电源的输出功率为3
W
D.电源内部消耗功率为1.5
W
答案AD
3.
(多选)如图所示,甲、乙为两个独立电源(外电路为纯电阻)的路端电压与通过它们的电流
I
的关系图线,下列说法正确的是( )
A.电源甲的电动势大于电源乙的电动势
B.电源甲的内阻小于电源乙的内阻
C.路端电压都为U0时,它们的外电阻相等
D.电流都是I0时,两电源的内电压相等
解析图线与U轴交点的坐标值表示电动势的大小,由图线可知,甲与U轴交点的坐标值比乙的大,表明甲的电动势大于乙的电动势,故A正确;图线的斜率的绝对值表示电源内阻的大小(电动势与短路电流的比值),图线甲的斜率的绝对值大于图线乙的斜率的绝对值,表明甲的内阻大于乙的内阻,故B错误;甲、乙两图线的交点坐标为(I0,U0),外电路是纯电阻说明两电源的外电阻相等,故C正确;电源的内电压等于通过电源的电流与电源内阻的乘积,即U内=Ir,因为甲的内阻比乙的内阻大,所以当电流都为I0时,甲电源的内电压较大,故D错误。故选A、C。
答案AC
4.
如图所示电路中,电源电动势E=12
V,内阻r=2
Ω,R1=4
Ω,R2=6
Ω,R3=3
Ω。
(1)若在C、D间连一个理想电压表,其读数是多少?
(2)若在C、D间连一个理想电流表,其读数是多少?
解析(1)若在C、D间连一个理想电压表,根据闭合电路欧姆定律,有I1=
A=1
A。
理想电压表读数为UV=I1R2=6
V。
(2)若在C、D间连一个理想电流表,这时电阻R2与R3并联,并联电阻大小R23=
Ω=2
Ω
根据闭合电路欧姆定律,有
I2=
A=1.5
A
U2=E-I2(r+R1)=3
V
理想电流表读数为I'==1
A。
答案(1)6
V (2)1
A3.实验:电池电动势和内阻的测量
课后篇巩固提升
1.(多选)用如图甲所示的电路来测量电池的电动势和内阻,根据测得的数据作出了U-I图线如图乙所示,由图乙可知( )
A.电池电动势的测量值是1.40
V
B.电池内阻的测量值是1
Ω
C.外电路发生短路时的电流为0.40
A
D.电压表的示数为1.20
V时,电流表的示数I'=0.20
A
解析由图像知,电源U-I图像与纵轴交点的纵坐标值为1.40
V,则电源的电动势为1.40
V,故A正确;电源内阻r=
Ω=1
Ω,故B正确;由图像知,路端电压为1.00
V时,电路中电流为0.4
A,这不是短路电流,故C错误;当电压表示数为1.20
V时,I'=
A=0.20
A,故D正确。
答案ABD
2.同学们利用如图甲所示的实验装置测量一节干电池的电动势和内阻。
甲
乙
(1)图中电流表的示数为
A。?
(2)调节滑动变阻器,电压表和电流表的示数记录如下表:
U/V
1.45
1.36
1.27
1.16
1.06
I/A
0.12
0.20
0.28
0.36
0.44
请根据表中的数据,在图乙的坐标纸上作出U-I图线。由图线求得:电动势E=
V,内阻r=
Ω。?
(3)实验时,小明进行了多次测量,花费了较长时间,测量期间一直保持电路闭合。其实,从实验误差角度考虑,这样的操作不妥,因为? 。?
解析(1)电流表选择的量程是0.6
A,所以此时电流表的示数为0.40
A。
(2)根据表中的数据,画出U-I图像如图所示。根据图像可知,纵轴的截距表示电动势,直线的斜率的绝对值表示内阻,所以电动势E=1.58
V,内阻r=
Ω≈1.18
Ω。
(3)干电池长时间使用后,电动势和内阻会发生变化,导致实验误差增大。
答案(1)0.40 (2)如解析图所示 1.58(1.58~1.62均可) 1.18(1.18~1.26均可) (3)干电池长时间使用后,电动势和内阻会发生变化,导致实验误差增大
3.为测量一电源的电动势及内阻
(1)下列三个电压表中选一个改装成量程为9
V的电压表
A.量程为1
V、内阻大约为1
kΩ的电压表
B.量程为2
V、内阻大约为2
kΩ的电压表
C.量程为3
V、内阻为3
kΩ的电压表
选择电压表 串联
kΩ的电阻可以改装成量程为9
V的电压表。?
(2)利用一个电阻箱、一个开关、若干导线和改装好的电压表(此表用符号V1、V2或V3与一个电阻串联来表示,且可视为理想电压表),在虚线框内画出测量电源电动势及内阻的实验原理电路图。
(3)根据以上实验原理电路图进行实验,读出电压表示数为1.50
V时,电阻箱的阻值为15.0
Ω;电压表示数为2.00
V时,电阻箱的阻值为40.0
Ω,则电源的电动势E=
V、内阻r=
Ω。?
解析(1)改装电压表时,其内阻值要准确告知,所以排除A、B而选C;再由闭合电路欧姆定律可知U=(RV+R串),代入数据得R串=6
kΩ。
(2)电路图如图所示。
(3)根据闭合电路欧姆定律可得通式为,将U1=1.50
V、R1=15.0
Ω及U2=2.00
V、R2=40.0
Ω代入上式解得:E=2.5
V、r=10
Ω。
答案(1)C 6 (2)见解析图 (3)2.5 10
4.
在“测定电池的电动势和内阻”的实验中,某科学探究性小组的同学设计了如图甲所示的电路进行实验,并且记录了实验中一系列电流表读数I及与之对应的电阻箱阻值R,该小组同学通过巧妙设置横轴和纵轴,描绘出如图乙所示的图线,则在图乙中纵轴应表示 ;若该图线的斜率为k,横轴上的截距为m,则电动势的测量值E测= ,内阻的测量值r测= ;若电流表有一定未知内阻,则电动势的测量值E测 (选填“>”“=”或“<”)真实值E真,内阻的测量值r测 (选填“>”“=”或“<”)真实值r真。?
解析根据闭合电路的欧姆定律可知E=I(R+r),解得R=E·-r,则在图像中纵轴应表示R;若该图线的斜率为k,横轴上的截距为m,则由图像可知k=E测,则电动势的测量值E测=k,内阻的测量值r测=km;电流表有一定未知内阻,则表达式写成R=E·-(r+rA),故电动势的测量值仍等于真实值,内阻的测量值为r+rA,大于真实值r真。
答案R k km = >
5.某研究性学习小组利用图甲所示电路测量电池组的电动势E和内阻r。根据实验数据绘出如图乙所示的R-
图线,其中R为电阻箱读数,I为电流表读数,由此可以得到E=
V,r=
Ω。?
解析由闭合电路欧姆定律可知I=,所以。由图像可知,当=1.0
A-1时,R=2
Ω;当=3.0
A-1时,R=8
Ω,代入上式得E=3
V,r=1
Ω。
答案3 1第十二章测评
(时间:60分钟 满分:100分)
一、选择题(本题共12个小题,每题4分,1~6是单选题,7~12是多选题,多选、错选均不得分,漏选得2分)
1.有关电压与电动势的说法正确的是( )
A.电压与电动势的单位都是伏特,所以电动势与电压是同一物理量的不同叫法
B.电动势就是电源两极间的电压
C.电动势公式E=中的W与电压U=中的W是一样的,都是静电力所做的功
D.电动势是反映电源把其他形式的能转化为电能本领强弱的物理量
解析电压和电动势单位虽然相同,但它们表征的物理意义不同,电压是表征静电力做功将电能转化为其他形式能的本领大小的物理量。而电动势则表征电源把其他形式的能转化为电能本领大小的物理量。故电压与电动势不是同一个物理量,所以A、B错误,D正确。电动势公式E=中的W是非静电力做功而不是静电力做功,故C错误。
答案D
2.
某直流电路中电压随电流变化的图像如图所示,其中a、b分别表示路端电压、负载电阻上电压随电流变化的情况,下列说法正确的是( )
A.阴影部分的面积表示电源输出功率
B.阴影部分的面积表示电源的内阻上消耗的功率
C.当满足α=β时,电源效率最高
D.当满足α=β时,电源效率小于50%
解析根据闭合电路的欧姆定律和U-I图像特点可知,阴影部分的面积表示负载电阻消耗的功率,即电源输出功率,A正确,B错误;当满足α=β时,负载电阻等于电源内阻,电源的效率为50%,输出功率最大,C、D错误。
答案A
3.
如图所示的电路中,电压表都看作理想电表,电源内阻为r。闭合开关S,当把滑动变阻器R3的滑片P向b端移动时
( )
A.电压表V1的示数变大,电压表V2的示数变小
B.电压表V1的示数变小,电压表V2的示数变大
C.电压表V1示数变化量大于电压表V2示数变化量
D.电压表V1示数变化量小于电压表V2示数变化量
解析当把滑动变阻器R3的滑片P向b端移动时,滑动变阻器的有效阻值变大,外电阻的阻值变大,路端电压变大,电压表V1的示数变大,因为总电流变小,所以内电压和R1两端的电压都变小,R2两端的电压变大,V2的示数变大,A、B错误;电压表V1的变化量除以总电流的变化量等于内阻r,电压表V2的变化量除以总电流的变化量等于内阻r+R1,C错误,D正确。
答案D
4.
图中虚线框内是一个未知电路,测得它的两端点a、b之间电阻是R,在a、b之间加上电压U,测得流过电路的电流为I,则未知电路的电功率一定是( )
A.I2R
B.
C.UI
D.UI-I2R
解析选项A、B的表达式只适用于纯电阻电路,D选项表达式表示在非纯电阻电路中的输出功率,虚线框中不知道是哪种元件,功率P=UI总是适用的,C正确。
答案C
5.
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,然后再接到恒压电源上(如图所示),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
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,A正确,B、C、D错误。
答案A
6.
如图所示的电路中,电源电动势为12
V,内阻为2
Ω,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10
V
B.电源的总功率为10
W
C.a、b间电压的大小为15
V
D.a、b间用导线连接后,电路的总电流为1
A
解析开关S闭合后,外电路的总电阻为R=10
Ω,路端电压U=R=×10
V=10
V,A项正确;电源的总功率P==12
W,B项错误;由于两条支路的电流均为I'=
A=0.5
A,因此a、b两点间的电压为Uab=0.5×(15-5)
V=5
V,C项错误;a、b两点用导线连接后,外电阻R'=2×
Ω=7.5
Ω,因此电路中的总电流I=
A≈1.26
A,D项错误。
答案A
7.
如图所示,电源的电动势E=2
V,内阻r=2
Ω,两个定值电阻均为8
Ω,平行板电容器的电容C=3×10-6
F,则( )
A.开关断开时两极板间的电压为
V
B.开关断开时电容器所带电荷量为4×10-6
C
C.开关闭合时两极板间的电压为
V
D.开关闭合时电容器所带电荷量为4×10-6
C
解析电容器两极板间的电压等于R2两端的电压,开关S断开时,电路中的总电流为I=
A=0.2
A,电容器的两极板间的电压为U=IR2=0.2×8
V=1.6
V,此时电容器所带电荷量为Q=CU=3×10-6×1.6
C=4.8×10-6
C,故选项A、B错误;开关闭合时两定值电阻并联,电容器两极板间的电压等于路端电压,电路中的总电流I'=
A=
A,电容器的两极板间的电压U'=I'R外=×4
V=
V,此时电容器所带的电荷量Q'=CU'=3×10-6×
C=4×10-6
C,故选项C、D正确。
答案CD
8.
闭合电路的电源电动势为E、内阻为r,如图所示,闭合开关S,当滑动变阻器的滑片P从右端滑到左端时,下列说法中正确的是( )
A.小灯泡L1、L3变亮,L2变暗
B.小灯泡L3变暗,L1、L2变亮
C.电压表V1示数变化量较小
D.电压表V2示数变化量较小
解析当滑动变阻器的滑片P从右端滑到左端时,并联电路总电阻减小,总电流I增大,路端电压U减小。干路电流增大,则L2变亮;与滑动变阻器串联的灯泡L1电流增大,变亮;与滑动变阻器并联的灯泡L3电压U3=U-U2,U减小,U2增大,则U3减小,L3变暗;U1减小,U2增大,而路端电压U=U1+U2减小,所以U1的变化量大于U2的变化量,故选项B、D正确。
答案BD
9.
如图所示,电动势为E、内阻为r的电池与定值电阻R0、滑动变阻器R串联,已知R0=r,滑动变阻器的最大阻值是2r。当滑动变阻器的滑片P由a端向b端滑动时,下列说法正确的是
( )
A.电路中的电流变大
B.电源的输出功率先变大后变小
C.滑动变阻器消耗的功率变小
D.定值电阻R0上消耗的功率先变大后变小
解析当滑动变阻器的滑片P由a端向b端滑动时,外电路电阻减小,电路中的电流变大,当滑片位于b端时,r=R外,电源的输出功率最大,选项A正确,B错误;当把定值电阻R0看作电源内阻时,当滑动变阻器的滑片P位于a端时,滑动变阻器消耗的功率最大,由a端向b端滑动时,滑动变阻器消耗的功率变小,选项C正确;由P=I2R0知,定值电阻R0上消耗的功率变大,选项D错误。
答案AC
10.仪器中常用两个阻值不同的可变电阻来调节电路的电流,一个作粗调,一个作细调,这两个变阻器可以按图甲串联起来或按图乙并联起来再接入电路。已知R1阻值较大,R2阻值较小,则( )
A.图甲中R1作粗调
B.图甲中R1作细调
C.图乙中R2作粗调
D.图乙中R2作细调
解析在串联电路中,阻值越大,分电压越大,调节大电阻会使电路中的电流和电压分配产生很大的影响,所以用来作粗调,而在并联电路中,通过大电阻的电流小,调节较大阻值电阻对电路中的电流大小影响较小,属细调;故A、C正确,B、D错误。
答案AC
11.
如图所示,U-I图线上,a、b、c各点均表示该电路中有一个确定的工作状态,b点α=β,则下列说法中正确的是( )
A.在b点时,电源有最大输出功率
B.在b点时,电源的总功率最大
C.从a到b时,β角增大,电源的总功率和输出功率都将增大
D.从b到c时,β角增大,电源的总功率和输出功率都将减小
解析在b点α=β说明此时外电阻R等于电源内阻,电源有最大输出功率,A正确;电源总功率P总=IE,则电流越大,总功率越大,B、C错误,D正确。
答案AD
12.
如图所示的电路中,当滑动变阻器的触头向上滑动时,则( )
A.电源的总功率变小
B.电容器贮存的电荷量变小
C.电源内部消耗的功率变大
D.电阻R消耗的电功率变小
解析由闭合电路欧姆定律可知,当滑动触头向上滑动时,R总变小,I总增大,U端减小,而R1分压U1增大,所以电容器上的电压减小。电源总功率P总=I总E增大,A错误;Q=CU减小,B正确;电源内部消耗功率P内=r增大,C正确;电阻R1消耗的功率增大,R上消耗的功率无法确定,D错误。
答案BC
二、实验题(本题共2个小题,每题6分,共12分)
13.
某学生实验小组利用图甲所示电路,
测量多用电表内电池的电动势和电阻“×1
k”挡内部电路的总电阻。使用的器材有:
多用电表;
电压表:量程5
V,内阻十几千欧;
滑动变阻器:最大阻值5
kΩ;
导线若干。
回答下列问题:
(1)将多用电表挡位调到电阻“×1
k”挡,再将红表笔和黑表笔 ,调零点。?
(2)将图甲中多用电表的红表笔和 (选填“1”或“2”)端相连,黑表笔连接另一端。?
(3)将滑动变阻器的滑片调到适当位置,使多用电表的示数如图乙所示,这时电压表的示数如图丙所示。多用电表和电压表的读数分别为 kΩ和 V。?
解析(1)使用多用电表测电阻前,应首先将红、黑表笔短接进行欧姆调零。
(2)多用电表电流为“红进黑出”,图甲中外电路电流由2到1,所以红表笔应连1端。
(3)多用电表挡位为“×1
k”欧姆挡,指针指15,则R=15.0×1
kΩ=15.0
kΩ,由图丙知电压表读数为3.60
V。
答案(1)短接 (2)1 (3)15.0 3.60
14.小明要测量一电源的电动势E和内阻r,实验器材有:一只DIS电流传感器(可视为理想电流表,测得的电流用I表示),一只电阻箱(阻值用R表示),一只开关和导线若干。该同学设计了如图所示的电路进行实验和采集数据。
(1)小明设计该实验的原理表达式是 (用E、r、I、R表示);?
(2)小明在闭合开关之前,应先将电阻箱阻值调至 (选填“最大值”“最小值”或“任意值”),在实验过程中,将电阻箱调至如图所示位置,则此时电阻箱接入电路的阻值为 Ω。?
(3)小明根据实验采集到的数据作出如图所示的-R图像,则由图像求得,该电源的电动势E= V,内阻r= Ω(结果均保留两位有效数字)。?
解析(1)在闭合电路中,E、I、R、r几个量之间的关系是E=I(R+r)。
(2)为了整个电路的安全,所以开始电流要小,即电阻箱电阻调到最大值;题图中电阻箱读数为25
Ω。
(3)根据E=I(R+r),推出,再结合-R图像可知,图线的斜率为,截距为,解得E≈6.0
V(5.8~6.2均可),r=2.4
Ω(2.3~2.5均可)。
答案(1)E=I(R+r) (2)最大值 25 (3)6.0(5.8~6.2均可) 2.4(2.3~2.5均可)
三、计算题(本题共4个小题,每题10分)
15.
如图所示的电路中,电源的电动势E=12
V,内阻未知,R1=8
Ω,R2=1.5
Ω,L为规格“3
V
3
W”的灯泡,开关S断开时,灯泡恰好正常发光。(不考虑温度对灯泡电阻的影响)试求:
(1)灯泡的额定电流和灯丝电阻;
(2)电源的内阻;
(3)开关S闭合时,灯泡实际消耗的功率。
解析(1)灯泡的额定电流I0=
A=1
A,
灯丝电阻RL=
Ω=3
Ω;
(2)断开S时,灯L正常发光,即I1=I0,根据闭合电路欧姆定律E=I0(R1+RL+r),
得r=-(R1+RL)=
Ω=1
Ω;
(3)闭合S时,设外电路总电阻为R外,
R外=+R1=9
Ω
干路电流为I总==1.2
A
灯泡两端的电压UL=I总·=1.2
V
灯泡实际消耗的功率P==0.48
W
答案(1)1
A 3
Ω (2)1
Ω (3)0.48
W
16.额定电压为220
V电风扇的线圈电阻为0.8
Ω,正常工作时电流为5
A。问:
(1)电风扇每秒产生的热量为多少?
(2)每秒有多少焦耳的电能转化为机械能?
(3)电风扇的效率是多少?
解析(1)电风扇每秒产生的热量为Q=I2Rt=52×0.8×1
J=20
J
(2)电风扇每秒转化的机械能为E=UIt-I2Rt=220×5×1
J-52×0.8×1
J=1
080
J
(3)电风扇的效率为η=×100%=×100%=×100%≈98%
答案(1)20
J (2)1
080
J (3)98%
17.
图中电源电动势E=12
V,内电阻r=0.5
Ω。将一盏额定电压为8
V、额定功率为16
W的灯泡与一只线圈电阻R=0.5
Ω的直流电动机并联后和电源相连,灯泡刚好正常发光,通电100
min。
(1)电源提供的能量是多少?
(2)电流对灯泡和电动机所做的功各是多少?
(3)灯丝和电动机线圈产生的热量各是多少?
解析(1)灯泡两端电压等于电源两端电压,且U=E-Ir
得总电流I==8
A
电源提供的能量
E电=IEt=8×12×100×60
J=5.76×105
J
(2)通过灯泡的电流I1==2
A
电流对灯泡所做的功W1=Pt=16×100×60
J=9.6×104
J
通过电动机的电流I2=I-I1=6
A
电流对电动机所做的功
W2=I2U2t=6×8×100×60
J=2.88×105
J
(3)灯丝产生的热量Q1=W1=9.6×104
J
电动机线圈产生的热量
Q2=Rt=36×0.5×6
000
J=1.08×105
J
答案(1)5.76×105
J (2)9.6×104
J 2.88×105
J (3)9.6×104
J 1.08×105
J
18.一只规格为“220
V 2
000
W”的电炉,求在正常工作时的电阻;若电网电压为200
V,求电炉的实际功率;在220
V电压下,如果平均每天使用电炉2
h,求此电炉一个月要消耗多少度电。(一个月=30天)
解析设电炉电阻为R,由于P=得
R=
Ω=24.2
Ω
当电压为U'=200
V时,电炉的实际功率为
P'=
W≈1
653
W
在220
V的电压下,一月耗用电能
W=Pt=2×30×2
kW·h=120
kW·h=120度。
答案24.2
Ω 1
653
W 120度(共29张PPT)
本章整合
答案:(1)在一段电路中电场力做的功
(2)W=qU=UIt
(3)电流在一段电路中做的功与通电时间之比
(5)电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比,跟导体的电阻及通电时间成正比
(6)Q=I2Rt
(7)电能通过电流做功转化为内能
(8)电流通过导体发热的功率
(10)闭合电路中的电流跟电源的电动势成正比,跟内、外电路的电阻之和成反比
(12)纯电阻电路
专题一 电路的动态变化分析
电路动态分析的步骤:
(1)确定电路的外电阻如何变化。
(2)根据全电路欧姆定律,确定电路的总电流如何变化。
(3)由U内=Ir确定内电压的变化,从而判定外电压如何变化。
(4)由部分电路欧姆定律确定干路上某定值电阻两端的电压、功率如何变化。
(5)由定值电阻的情况确定支路两端电压、各支路的电流、功率如何变化。
例1在如图所示电路中,当滑动变阻器R3的滑片P向b端移动时,下列说法正确的是( )
A.电压表示数变大,电流表示数变小
B.电压表示数变小,电流表示数变大
C.电压表示数变大,电流表示数变大
D.电压表示数变小,电流表示数变小
解析:当滑动变阻器R3的滑片P向b端移动时,总电阻变小,总电流变大,R2上的电流减小,所以电流表示数变大,电源输出电流增大,内电压Ir变大,所以电压表示数变小,选项B正确,选项A、C、D错误。
答案:B
规律方法
电路动态分析的三种常用方法
(1)程序法
(2)“串反并同”结论法
①所谓“串反”,即某一电阻增大时,与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小,反之则增大。
②所谓“并同”,即某一电阻增大时,与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大,反之则减小。
(3)极限法
因变阻器滑片滑动引起电路变化的问题,可将变阻器的滑片分别滑至两个极端,让电阻最大或电阻为零去讨论。
变式训练1如图所示电路中,电源电动势、内阻一定,R1、R2为定值电阻,当滑动变阻器R3的滑片P向上端a滑动时,电流表A1、A2及电压表V的示数的变化情况是
( )
A.A1示数增大,A2示数减小,V示数减小
B.A1示数减小,A2示数增大,V示数减小
C.A1示数增大,A2示数增大,V示数增大
D.A1示数减小,A2示数减小,V示数增大
解析:滑片P向上端a滑动时,滑动变阻器连入电路的有效电阻减小,整个电路的总电阻减小,根据闭合电路的欧姆定律可知干路电流I增大,即A2的读数增大,因U=E-I(R2+r),I增大,U减小,即电压表V的读数减小,通过电流表A1的电流I1=
减小,选项B正确,A、C、D错误。
答案:B
专题二 含电容电路的计算
含电容电路的计算方法
1.分析含电容器的电路时应注意电容器两极板分别与电路中哪两点等势,从而可确定电容器两极电势差和电荷量的正负。
2.当电路发生变化时,注意分析电容器两极板电势的变化,计算电容器电荷量变化量时,要注意极板电荷电性的变化。若某一极板原来带正电Q1,后来变为带正电Q2,则电荷量变化量大小ΔQ=|Q1-Q2|;若该极板由原来带正电Q1变为后来带负电-Q2,则ΔQ=Q1+Q2。
例2如图所示,已知路端电压U=18
V,电容器C1=6
μF、C2=3
μF,电阻R1=6
Ω、R2=3
Ω。当开关S断开时,A、B两点间的电压UAB等于多少?当S闭合时,电容器C1的电荷量改变了多少?
解析:在电路中电容器C1、C2相当于断路。当S断开时,电路中无电流,B、C等势,A、D等势,因此UAB=UAC=UCD=18
V。
当S闭合时,R1和R2串联,C1两端的电压等于R1两端电压,C2两端的电压为R2两端电压,C1电荷量变化的计算首先从电压变化入手。
当S断开时,UAB=UAC=UDB=18
V,电容器C1带的电荷量为Q1=C1UAC=C1UDC=6×10-6×18
C=1.08×10-4
C。
当S闭合时,电路R1、R2导通,电容器C1两端的电压即电阻R1两端的电压,由串联电路的电压分配关系得
此时电容器C1带的电荷量为
Q'=C1UAC'=6×10-6×12
C=7.2×10-5
C
电容器C1带的电荷量的变化量为
ΔQ=Q'-Q1=-3.6×10-5
C
负号表示减少,即C1带的电荷量减少了3.6×10-5
C。
答案:18
V 电荷量减少了3.6×10-5
C
规律方法
电路稳定时电容器的处理方法
电路稳定后,与电容器串联的电路中没有电流,同支路的电阻相当于导线,即电阻不起降低电压的作用,与电容器串联的电阻视为等势体,电容器两端的电压等于与之并联的电阻两端的电压。
变式训练2在如图所示的电路中,电源的负极接地,其电动势为E、内电阻为r,R1、R2为定值电阻,R3为滑动变阻器,C为电容器,A、V为理想电流表和电压表。在滑动变阻器滑动头P自a端向b端滑动的过程中,下列说法中正确的是( )
A.电压表示数变小
B.电流表示数变小
C.电容器C所带电荷量增多
D.a点的电势降低
解析:在滑动变阻器滑动头P自a端向b端滑动的过程中,变阻器接入电路的电阻减小,外电路总电阻减小,干路电流I增大,电阻R1两端电压增大,则电压表示数变大。电阻R2两端的电压U2=E-I(R1+r),I增大,则U2变小,电容器两板间电压变小,其带电荷量减小。根据外电路中顺着电流方向,电势降低,可知a点的电势大于零。a点的电势等于R2两端的电压,U2变小,则a点的电势降低,通过R2的电流I2减小,通过电流表的电流IA=I-I2,I增大,I2减小,则IA增大,即电流表示数变大,A、B、C错误,D正确。
答案:D
专题三 闭合电路的功率的计算与分析
1.电源的总功率PE=EI=P出+Pr。
2.电源的输出功率P出=UI。
当R>r时,随着R的增大,输出功率减小;
当R例3在如图所示的电路中,已知电源电动势E=3
V,内电阻r=1
Ω,电阻R1=2
Ω,滑动变阻器R的阻值可连续增大,问:
(1)当R多大时,R消耗的功率最大?最大功率为多少?
(2)当R多大时,R1消耗的功率最大?最大功率为多少?
(3)当R多大时,电源的输出功率最大?最大功率为多少?
答案:见解析
规律方法
1.电源的总功率
(1)任意电路:P总=EI=U外I+U内I=P出+P内。
2.电源内部消耗的功率:P内=I2r=U内I=P总-P出。
3.电源的输出功率
(1)任意电路:P出=UI=EI-I2r=P总-P内。
(3)纯电阻电路中输出功率随R的变化关系
②当R>r时,随着R的增大输出功率越来越小。
③当R④当P出⑤P出与R的关系如图所示。
特别提醒
在纯电阻电路中R越大,η越大;当R=r时,电源有最大输出功率,效率仅为50%。
当电源的输出功率最大时,效率并不是最大,只有50%;当R→∞时,η→100%,但此时P出→0,无实际意义。
变式训练3如图所示,电源电动势E=12
V,内阻r=3
Ω,R0=1
Ω,直流电动机内阻R0'=1
Ω。当调节滑动变阻器R1时可使图甲中电路的输出功率最大;调节R2时可使图乙中电路的输出功率最大,且此时电动机刚好正常工作(额定输出功率为P0=2
W),则R1和R2连入电路中的阻值分别为( )
A.2
Ω、2
Ω
B.2
Ω、1.5
Ω
C.1.5
Ω、1.5
Ω
D.1.5
Ω、2
Ω
解析:因为题图甲电路是纯电阻电路,当外电阻与电源内阻相等时,电源的输出功率最大,所以R1接入电路中的阻值为2
Ω;而题图乙电路是含电动机的电路,欧姆定律不适用,电路的输出功率P=IU=I(E-Ir),所以当I=
=2
A时,输出功率P有最大值,此时电动机的输出功率为2
W,发热功率为4
W,所以电动机的输入功率为6
W,电动机两端的电压为3
V,电阻R2两端的电压为3
V,所以R2接入电路中的阻值为1.5
Ω,B正确。
答案:B
专题四 纯电阻电路与非纯电阻电路
1.两种电路的对比
2.非纯电阻电路的分析思路
处理非纯电阻电路问题时,要善于从能量转化的角度出发,围绕能量守恒定律,利用“电功=电热+其他能量”分析、求解。
例4一台电风扇,内阻为20
Ω,接上220
V电压后正常工作,消耗功率66
W,求:
(1)电风扇正常工作时通过电动机的电流是多少?
(2)电风扇正常工作时转化为机械能的功率是多少?转化为内能的功率是多少?电动机的效率是多少?
(3)如果接上电源后,电风扇的扇叶被卡住,不能转动,这时通过电动机的电流以及电动机消耗的电功率和发热功率是多少?
(2)电风扇正常工作时转化为内能的功率为P内=I2R=0.32×20
W=1.8
W
电风扇正常工作时转化为机械能的功率为P机=P入-P内=66
W-1.8
W=64.2
W
电动机消耗的电功率P=IU=11×220
W=2
420
W。
电动机的发热功率P内=I2R=112×20
W=2
420
W。
答案:(1)0.3
A (2)64.2
W 1.8
W 97.3% (3)11
A 2
420
W 2
420
W
规律方法
(1)判断是纯电阻电路还是非纯电阻电路的方法:一是根据电路中的元件判断;二是看消耗的电能是否全部转化为内能。
(2)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。
(3)纯电阻电路与非纯电阻电路的比较。
变式训练4如图所示,电源电动势E=8
V,内电阻为r=0.5
Ω,“3
V,3
W”的灯泡L与电动机M串联接在电源上,灯泡刚好正常发光,电动机刚好正常工作,电动机的线圈电阻R0=1.5
Ω,下列说法正确的是( )
A.通过电动机的电流为1.6
A
B.电动机的效率是62.5%
C.电动机的输入功率为1.5
W
D.电动机的输出功率为3
W
答案:D(共21张PPT)
4.能源与可持续发展
必备知识
自我检测
一、能量守恒定律
能量既不会凭空产生,也不会凭空消失,它只能从一种形式转化为其他形式,或者从一个物体转移到别的物体,在转化或转移的过程中,能量的总量保持不变。
二、能量转移或转化的方向性
1.一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。
2.热量能自发地从高温物体转移到低温物体,说明了热传递的方向性。
3.能量的耗散:其他形式的能转化为内能后不能再重复利用,这种现象叫作能量的耗散。
4.能量的耗散从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性。
必备知识
自我检测
三、能源的分类与应用
必备知识
自我检测
必备知识
自我检测
1.正误判断。
(1)由能量守恒定律知,能量是取之不尽用之不竭的,不必要节约能源。
( )
答案:×
(2)热量可以自发地由高温物体传向低温物体,也可以自发地从低温物体传向高温物体。
( )
答案:×
(3)核能的利用对环境的影响比煤炭和石油大。
( )
答案:×
2.除了常见的煤炭、石油外,可利用的能源还有哪些?
答案:水能、风能、潮汐能、太阳能、核能等。
探究
随堂检测
能源和可持续发展
情景导引
说明下列能源利用方式中的能量转化过程是怎样的?
(1)水力发电;
(2)电动水泵抽水;
(3)柴油机牵引列车前进;
(4)火箭发射人造卫星。
要点提示:(1)水力发电是将水的机械能转化为电能。(2)电动水泵抽水是将电能转化为水的机械能。(3)柴油机牵引列车前进是将柴油的化学能先转化为内能,再转化为列车的机械能。(4)火箭发射人造卫星是将燃料的化学能转化为卫星的机械能。
探究
随堂检测
知识归纳
1.对“能量耗散和品质降低”
的理解
(1)各种形式的能最终都转化为内能,流散到周围的环境中,分散在环境中的内能不管数量多么巨大,它也不过只能使地球、大气稍稍变暖一点,却再也不能驱动机器做功了。
(2)从可被利用的价值来看,内能较之机械能、电能等,是一种低品质的能量。由此可知,能量耗散虽然不会导致能量的总量减少,却会导致能量品质的降低,实际上是将能量从高度有用的形式降级为不大可用的形式。
(3)能量耗散导致可利用能源减少,所以要节约能源。
探究
随堂检测
2.能源的分类
按可否再生分为可再生能源与不可再生能源。
(1)不可再生能源:无法在短时间内再生,例如煤、石油、天然气。
(2)可再生能源:在自然界可以再生,例如水能、风能、潮汐能、生物能、地热能等。
3.能源的开发与利用关系图
探究
随堂检测
实例引导
例题(多选)下列关于能量耗散的说法正确的是
( )
A.能量耗散使能的总量减少,违背了能量守恒定律
B.能量耗散是指耗散在环境中的内能很难被人类利用
C.各种形式的能量向内能的转化,是能够自动全额发生的
D.能量耗散导致能量品质的降低
解析:能量耗散是能量在转化的过程中有一部分以内能的形式被周围环境吸收,遵守能量守恒定律,但使得能量品质降低,故选项A错误,选项D正确;耗散的内能很难再被利用,选项B正确;其他形式的能在一定的条件下可以全部转化为内能,但相反过程却不能够全额进行,选项C正确。故选B、C、D。
答案:BCD
规律方法
能量耗散不仅遵循能量守恒定律,而且从能量的角度反映出自然界与热现象有关的宏观过程具有方向性。
探究
随堂检测
变式训练(多选)下面关于能源的说法正确的是
( )
A.一切能源是取之不尽、用之不竭的
B.能源是有限的,特别是常规能源,如煤、石油、天然气等
C.大量消耗常规能源会使环境恶化,故提倡开发利用新能源
D.核能的利用对环境的影响比燃烧石油、煤炭大
解析:尽管能量守恒,但耗散的内能很难重新收集利用,所以能源是有限的,特别是常规能源,A错误,B正确;常规能源的利用比核能的利用对环境的影响大,C正确,D错误。
答案:BC
探究
随堂检测
1.(对能量耗散的理解)下列说法正确的是( )
A.能量耗散说明能量在不断减少
B.能量耗散从能量转化角度反映出自然界的宏观过程具有方向性
C.热量不可能从低温物体传给高温物体
D.根据热力学第二定律,在火力发电机中,燃气的内能可以全部转化为电能
解析:能量耗散是指能量的可利用率越来越低,由于能量守恒,故能量不会减少,选项A错误;根据热力学定律可知,与热现象有关的宏观自然过程有其方向性,能量耗散就是从能量的角度反映了这种方向性,选项B正确;根据热力学第二定律可知,能量转化和转移具有方向性,热量不能自发地从低温物体传给高温物体,但可以借助其他办法实现,选项C错误;火力发电机发电时,能量转化的过程为化学能—内能—机械能—电能,因为内能—机械能的转化过程中会对外放出热量,故燃气的内能必然不能全部变为电能,选项D错误。
答案:B
探究
随堂检测
2.(多选)(对能源的认识)下列关于能源的说法正确的是
( )
A.石油、天然气都属于新能源
B.能量耗散不遵循能量守恒定律
C.能量耗散会导致能量品质的降低
D.为了可持续发展,必须节约能源
解析:石油、天然气属于常规能源,A项错误;能量耗散同样遵循能量守恒定律,但能量耗散导致能量品质降低,B项错误,C项正确;因可用能源正在减少,故为了可持续发展,必须节约能源,D项正确。
答案:CD
探究
随堂检测
3.(能量的计算和节能的意识)某市有20万台空调机,每台空调机在夏季平均使用60天,每天耗电8
kW·h。为了节约能源,该市政府建议大家都把室内设定温度提高1
℃,这样每台空调机每天可节省6%的电能。那么这样做能使该市在夏季节省多少电能?已知标准烧煤的热值是2.92×107
J/kg。发电厂的发电效率是30%。请计算一下,这项节能建议的实现能为我们后辈留下多少吨标准煤?
解析:设可节省的电能为E,则E=8×6%×60×20×104
kW·h=5.76×106
kW·h≈2.1×1013
J,设可为后辈留下标准煤质量为m,则由能量守恒定律有2.92×107
J/kg×m×30%=E,解得m≈2.4×106
kg=2.4×103
t。
答案:2.1×1013
J 2.4×103
t
探究
随堂检测
4.(多选)下列对能量耗散理解正确的是( )
A.能量耗散说明能量在不断减少
B.能量耗散遵守能量守恒定律
C.能量耗散说明能量不能凭空产生,但可以凭空消失
D.能量耗散从能量角度反映出自然界的宏观自发过程具有方向性
解析:在发生能量转化的宏观过程中,其他形式的能量最终转化为流散到周围环境的内能,很难再回收利用,这种现象叫能量耗散。能量耗散并不违反能量守恒定律,宇宙中的能量既没有减少,也没有消失,它从能量角度反映出自然界中与热现象有关的宏观自发过程具有方向性,故A、C错误,B、D正确。
答案:BD
探究
随堂检测
5.(多选)煤是重要的能源和化工原料,直接燃烧既浪费资源又污染环境。最近,某企业利用“煤粉加压气化制备合成气新技术”,让煤变成合成气(一氧化碳及氢气总含量≥90%),把煤“吃干榨尽”。下列有关说法正确的是( )
A.煤粉加压气化制备合成气过程涉及化学变化和物理变化
B.煤粉加压气化制备合成气过程涉及化学变化但没有物理变化
C.该技术实现了煤的清洁利用
D.该技术实现了煤的高效利用
解析:煤粉加压气化制备合成气中既有物理变化,又有化学变化,A正确,B错误;该技术使煤得以良好利用又环保,C、D正确。
答案:ACD
探究
随堂检测
6.下列供热方式最有利于环境保护的是( )
A.用煤做燃料供热
B.用石油做燃料供热
C.用天然气或煤气做燃料供热
D.用太阳灶供热
解析:煤、石油、天然气等燃料的利用,使人类获得大量的内能。但由于这些燃料中含有杂质以及燃烧的不充分,使得废气中含有粉尘、一氧化碳、二氧化硫等物质污染了大气。而太阳能是一种无污染的能源,应大力推广,故应选D。
答案:D
探究
随堂检测
7.CO2气体有个“怪脾气”,它几乎不吸收太阳的短波辐射,大气中CO2浓度增加,能使地表温度因受太阳辐射而上升;另外,它还有强烈吸收地面红外热辐射的作用,阻碍了地球周围的热量向外层空间的排放,使整个地球就像一个大温室一样。因此,大气中CO2浓度的急剧增加已导致气温的逐步上升,使全球气候变暖。
(1)这种大气中以CO2为主的气体产生的效应称为( )
A.光热效应
B.光电效应
C.光气效应
D.温室效应
(2)导致大气中CO2浓度增加的主要原因是( )
A.大量植物和生物物种灭绝
B.大量燃料如石油、煤炭、天然气等的燃烧
C.人口剧增,呼出的二氧化碳增多
D.自然因素破坏了地球环境生态平衡
探究
随堂检测
(3)(多选)为了减缓大气中CO2浓度的增加,可以采取的措施有( )
A.禁止使用煤、石油和天然气
B.开发使用核能、太阳能
C.将汽车燃料由汽油改为液化石油气
D.植树造林
解析:(1)CO2气体将导致气温上升,因而称为温室效应。(2)致使CO2浓度增加的主要原因是大量燃烧煤、石油、天然气等燃料。(3)为了减缓CO2气体的浓度可以进行植树造林,利用光合作用,减少大气中的CO2气体,同时开发新能源,减少石油、煤、天然气的使用,从而减少CO2气体的排放。
答案:(1)D (2)B (3)BD
探究
随堂检测
8.下面是晓阳同学在题为《能源利用和节约能源》的研究性学习中收集到的有关太阳能的资料:太阳能是人类最基本的能源,它无污染、无费用,这种能源的使用期和太阳本身寿命一样长,当太阳光照射地面时,在1
m2地面上1
s内平均得到的太阳辐射能约为1.0×103
J。太阳能热水器就是直接利用太阳能的装置,目前已经广泛地出现在我们的生活中。
晓阳同学在网上下载了某型号太阳能热水器的宣传广告:
容积(V) 100
L
集热管的采光面积(S) 1.5
m2
效率(η) 40%
使用年限(z) 15年
探究
随堂检测
(1)晓阳同学家每天大约需要100
kg热水,用这种热水器将这些水从25
℃加热到45
℃需要多长时间?[水的比热容c=4.2×103
J/(kg·℃)]
(2)与效率为80%的电热水器相比,晓阳同学家每天节约多少电能?
解析:(1)设T为光照时间,k=1.0×103
J/(s·m2),Q吸=cm(t-t0)=4.2×103×100×20
J=8.4×106
J,太阳能热水器传给水的热量Q放=kSTη,因为Q吸=Q放,所以:
答案:(1)3.9
h (2)2.9
kW·h(共25张PPT)
1.电路中的能量转化
必备知识
自我检测
一、电功和电功率
1.电流做功的实质
导体中的恒定电场对自由电荷的静电力做功。电流做功把电能转化为其他形式的能。
2.电功
(1)定义:电流在一段电路中所做的功等于这段电路两端的电压U、电路中的电流I、通电的时间t三者的乘积。
(2)公式:W=Uq=UIt。
(3)单位:国际单位为焦耳,符号为J。
3.电功率
(1)物理意义:表示电流做功快慢的物理量
(2)定义:电流在一段电路中做功的功率等于电流I与这段电路两端的电压U的乘积。
(4)单位:瓦特,符号W。
必备知识
自我检测
二、焦耳定律
1.焦耳定律
(1)内容:电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比,跟导体的电阻及通电时间成正比。
(2)表达式Q=I2Rt。
2.电热功率
(1)定义:电流在单位时间内的发热量通常称为电热功率。
(2)表达式P热=I2R。
三、电路中的能量转化
以电动机为例,设电动机消耗的功率为P电,电动机对外做功,输出的功率为P机,另外,电动机工作时自身也有能量损失,对应的功率为P损,它们之间满足P电=P机+P损。设电动机两端的电压为U,通过电动机线圈的电流为I,电动机线圈的电阻为R,P电=UI,P损=P热=I2R,P机=UI-I2R。
必备知识
自我检测
1.正误判断。
(1)电功与电能的单位都是焦耳,电功就是电能。
( )
解析:电功是过程量,电能是状态量,两者只是单位相同,有本质的区别,电能的变化要依靠电流做功来实现,电流做功的过程就是电能向其他形式的能量转化的过程。
答案:×
(2)电功率越大,电流做功越快,电路中产生的焦耳热一定越多。
( )
解析:电功率公式为P=UI,功率越大,表示电流做功越快。但是电流做功的快慢只表示电能转化的快慢,转变成什么能与用电器有关,转化的多少还与时间有关。
答案:×
必备知识
自我检测
(3)电流做功的过程就是电能向其他形式的能量转化的过程。
( )
解析:功是能量转化的量度,电流做多少功就有多少电能转化为其他形式的能量。
答案:√
(4)电功率越大,表示电流做功越多。
( )
解析:电功率表示电流做功的快慢,电功率大,表示电流做功快,但做功不一定多。
答案:×
(5)W=UIt适用于任何电路求电功。
( )
答案:√
(6)Q=I2Rt适用于任何电路求热量。
( )
答案:√
必备知识
自我检测
2.R1和R2分别标有“2
Ω 1.0
A”和“4
Ω 0.5
A”,将它们串联后接入电路中,如图所示,则此电路中允许消耗的最大功率为( )
A.1.5
W
B.3.0
W
C.5.0
W
D.6.0
W
解析:把R1和R2串联后,由于R2的最大电流较小,故串联后的最大电流为0.5
A,串联后的总电阻为6
Ω,所以电路的最大功率为P=I2R=0.52×6
W=1.5
W,A正确。
答案:A
必备知识
自我检测
3.(多选)一只电炉的电阻丝电阻和一台电动机线圈电阻相同,都为R,设通过的电流相同,则(在相同时间内)下列说法正确的是( )
A.电炉和电动机产生的电热相等
B.电动机消耗功率大于电炉消耗功率
C.电炉两端电压小于电动机两端电压
D.电炉和电动机两端电压相等
解析:因为电热Q=I2Rt,所以当电流I、电阻R都相等时,在相同时间内产生电热也相等;电炉两端的电压U=IR,但电动机两端的电压除了发热还要工作,即U=IR+U',所以电炉两端电压小于电动机两端电压,由P=UI可知电动机消耗功率大于电炉消耗功率。
答案:ABC
探究一
探究二
随堂检测
电功和电功率
情景导引
如图所示,已知电路两端的电势差为U,电路中的电流为I,在t时间内通过导体某截面的电荷量是多少?把这些电荷从左端移到右端,电场力做功是多少?
要点提示:由电流的定义式可得通过某截面的电荷量q=It,根据静电力做功的公式W=qU,可得W=IUt。
探究一
探究二
随堂检测
知识归纳
1.对电功的理解
(1)从力的角度看,电流做功的实质是静电力对自由电荷做功。
(2)从能的角度看,电流做功过程是电能转化为其他形式的能的过程,电功的大小量度了电能的减少量,标志着电能转化为其他形式的能的多少。
(3)电功W=UIt=qU对任何电路都适用。
2.对电功率的理解
(1)电功率P=
=UI对任何电路都适用。
(2)额定功率和实际功率
①额定功率:用电器正常工作所消耗的功率。
②实际功率:用电器在实际电压下电流做功的功率。为了使用电器不被烧毁,要求实际功率不能大于其额定功率。
探究一
探究二
随堂检测
3.串、并联电路中的功率关系
画龙点睛
串联电路中大电阻功率大,并联电路中小电阻功率大,无论串联与并联,总功率都是各个电阻消耗的电功率之和。
探究一
探究二
随堂检测
实例引导
例1一根电阻丝,通过2
C的电荷量所消耗的电能是8
J。若在相同的时间内通过4
C的电荷量,该电阻丝上所加电压和消耗的电能分别是( )
A.4
V,16
J
B.8
V,16
J
C.4
V,32
J
D.8
V,32
J
解析:设电阻丝电阻为R,开始所加电压为U1,则W1=q1U1,故U1=4
V。
设后来所加电压为U2,产生的热量为W2,则
答案:D
探究一
探究二
随堂检测
变式训练1不考虑温度对电阻的影响,对一个“220
V 40
W”的灯泡,下列说法正确的是( )
A.接在110
V的电路上时的功率为20
W
B.接在110
V的电路上时的功率为10
W
C.接在440
V的电路上时的功率为160
W
D.接在220
V的电路上时的功率为80
W
答案:B
探究一
探究二
随堂检测
焦耳定律
情景导引
(1)某一电路中只含有某一元件,即白炽灯、电动机、电炉、电容器、电熨斗、电饭锅、电解槽其中的一种,分析哪些属于纯电阻电路,哪些属于非纯电阻电路。
(2)纯电阻电路中,消耗的电能转化为什么形式的能?对于电动机的电路,消耗的电能转化为什么形式的能?
要点提示:(1)纯电阻电路有:白炽灯、电炉、电熨斗、电饭锅;非纯电阻电路有:电动机、电解槽、电容器。
(2)内能。内能和机械能。
探究一
探究二
随堂检测
知识归纳
1.纯电阻电路和非纯电阻电路的比较
探究一
探究二
随堂检测
2.电功与电热的比较
探究一
探究二
随堂检测
画龙点睛
不管是纯电阻电路还是非纯电阻电路,计算电功时都可以用W=UIt,电功率都可以用P=UI,热量都可以用Q=I2Rt,热功率都可以用P=I2R。若用变形式时,就要考虑是否是纯电阻电路。
探究一
探究二
随堂检测
实例引导
例2规格为“220
V 36
W”的排气扇,线圈电阻为40
Ω,求:
(1)接上220
V的电压后,排气扇转化为机械能的功率和发热的功率。
(2)如果接上220
V的电源后,扇叶被卡住,不能转动,求电动机消耗的功率和发热的功率。
探究一
探究二
随堂检测
发热功率为P热=I2R=(0.16)2×40
W≈1
W。
转化为机械能的功率为P机=P-P热=36
W-1
W=35
W。
(2)扇叶被卡住不能转动后,电动机成为纯电阻用电器,电流做功全部转化为热能,此时电动机中电流为
电动机消耗的功率即电功率等于热功率:P电'=P热'=UI'=220×5.5
W=1
210
W。
答案:(1)35
W 1
W (2)1
210
W 1
210
W
探究一
探究二
随堂检测
画龙点睛
电动机电路的分析与计算
(1)当电动机正常工作时,要注意分清电功和电热的关系,电动机消耗的电能也就是电流做的功W=UIt,电动机产生的内能必须用Q=I2Rt来求。另外,还要注意能量守恒定律的应用,即W=Q+E(E为其他形式的能)或P电=P机+P热,其中P电=UI,P热=I2R,P机为机械功率。
(2)当电动机被卡住时,非纯电阻电路转变为纯电阻电路,电动机消耗的电能全部转化为电动机产生的内能,W=Q,即UIt=I2Rt。
探究一
探究二
随堂检测
变式训练2如图所示,有一内阻为4.4
Ω的电解槽和一盏标有“110
V 60
W”的灯泡串联后接在电压为220
V的直流电路两端,灯泡正常发光,则( )
A.电解槽消耗的电功率为120
W
B.电解槽的发热功率为60
W
C.电解槽消耗的电功率为60
W
D.电路消耗的总功率为60
W
答案:C
探究一
探究二
随堂检测
1.(多选)下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法正确的是( )
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
C.在非纯电阻电路中,IU>I2R
D.焦耳热Q=I2Rt适用于任何电路
答案:BCD
探究一
探究二
随堂检测
2.(多选)日常生活用的电吹风中有电动机和电热丝,电动机带动风叶转动,电热丝给空气加热,得到的热风可将头发吹干。设电动机线圈的电阻为R1,它与电热丝的电阻R2相串联,接到直流电源上,电吹风机两端电压为U,通过的电流为I,消耗的电功率为P,则以下选项正确的是( )
A.IU>P
B.IU=P
C.P>I2(R1+R2)
D.P=I2(R1+R2)
解析:电吹风机消耗的电功率即消耗的电能的功率为P=UI,大于电阻上的热功率,选项B、C正确。
答案:BC
探究一
探究二
随堂检测
3.A、B为“220
V 100
W”的两盏相同的灯泡,C、D为“220
V 40
W”的两盏相同灯泡,A、B灯的电阻为 Ω;C、D电阻为 Ω。现将四盏灯泡接成如图所示电路,并将两端接入电路,各灯实际功率分别为PA、PB、PC、PD,则实际功率的大小顺序是 。?
探究一
探究二
随堂检测
答案:484 1
210 PD>PA>PB>PC(共19张PPT)
3.实验:电池电动势和内阻的测量
一、实验原理和方法
1.伏安法:如图所示,由E=U+Ir知,只要测出U、I的两组数据,就可以列出两个关于E、r的方程,从而解出E、r。
2.安阻法:由E=IR+Ir可知,只要能得到I、R的两组数据,列出关于E、r的两个方程,就能解出E、r。用到的器材有电池、开关、电阻箱、电流表,电路图如图所示。
3.伏阻法:由E=U+
r知,如果能得到U、R的两组数据,列出关于E、r的两个方程,就能解出E、r,用到的器材是电池、开关、电阻箱、电压表,电路图如图所示。
二、伏安法测量电池的电动势和内电阻
1.实验器材
待测电池一节,电流表(0~0.6
A),电压表(0~3
V)各一个,滑动变阻器一只,开关一个,导线若干。
2.实验步骤
(1)确定电流表、电压表的量程,按图连接好电路,并将滑动变阻器的滑片移到使接入电路的阻值为最大值的一端。
(2)闭合开关S,接通电路,将滑动变阻器的滑片由一端向另一端移动,从电流表有明显读数开始,记录一组电流表、电压表读数。
(3)用同样的方法,依次记录多组U、I值。
(4)断开开关S,拆除电路。
(5)利用公式法或图像法求出电池的电动势和内阻。
3.实验数据的处理
(1)计算法:由E=U1+I1r,E=U2+I2r可解得
可以利用U、I的值多求几组E、r的值,算出它们的平均值。
(2)作图法:
①本实验中,为了减少实验误差,一般用图像法处理实验数据,即根据多次测出的U、I值,作U-I图像;
②将图线两侧延长,纵轴截距点意味着断路情况,它的数值就是电池电动势E;
③横轴截距点(路端电压U=0)意味着短路情况,它的数值就是
4.注意事项
(1)为使电池的路端电压有明显变化,应选取内阻较大的旧干电池和内阻较大的电压表。
(2)实验中不能将电流调得过大,且读数要快,读完后立即切断电源,防止干电池因大电流放电时间过长导致内阻r发生明显变化。
(3)当干电池的路端电压变化不很明显时,作图象,纵轴单位可取得小一些,且纵轴起点可不从零开始。
(4)如图所示,此时图线与纵轴交点仍为电池的电动势E,但图线与横轴交点不再是短路电流,内阻要在直线上取较远的两点用
5.误差分析
(1)偶然误差:主要来源于电压表和电流表的读数以及作U-I图像时描点不准确。
(2)系统误差:主要原因是电压表的分流作用,使得电流表上读出的数值比流过电源的电流偏小一些。U越大,电流表的读数与总电流的偏差就越大,将测量结果与真实情况在U-I坐标系中表示出来,可以得到E测实例引导
一、伏安法测E、r的仪器选择与数据处理
例1在“用电流表和电压表测定电池的电动势和内阻”的实验中。
(1)备有如下器材
A.干电池1节
B.滑动变阻器(0~20
Ω)
C.滑动变阻器(0~1
kΩ)
D.电压表(0~3
V)
E.电流表(0~0.6
A)
F.电流表(0~3
A)
G.开关、导线若干
其中滑动变阻器应选 ,电流表应选 。(只填器材前的序号)?
(2)为了最大限度地减小实验误差,请在虚线框中画出该实验最合理的电路图。
(3)某同学根据实验数据画出的U-I图像如图所示,由图像可得电池的电动势为
V,内阻为 Ω。?
(4)写出该实验误差的原因: ;电动势的测量值 真实值,内阻的测量值 真实值。(后两空均选填“大于”“等于”或“小于”)?
解析:(1)滑动变阻器的最大值一般为待测电阻的几倍时较好,在该实验中因干电池内阻比较小,故滑动变阻器选择较小一点的即可,故滑动变阻器应选B。(也可以从便于调节的角度来分析,应该选择阻值较小的滑动变阻器)
电流表的量程要大于电源允许通过的最大电流,对于干电池来讲,允许通过的最大电流一般是0.5
A,且为便于读数,故需要选择0~0.6
A,所以电流表应选E。
(2)电路图如图所示。
(4)由于电压表的分流作用,使电流表读数总是比干路电流小,造成E测答案:(1)B E (2)见解析图 (3)1.5 1 (4)电压表的分流 小于 小于
二、实验方案的拓展
例2某同学利用电压表和电阻箱测定干电池的电动势和内阻,使用的器材还包括定值电阻(R0=5
Ω)一个,开关两个,导线若干,实验原理图如图(a)所示。
(1)在图(b)的实物图中,已正确连接了部分电路,请完成余下电路的连接。
(2)请完成下列主要实验步骤:
①检查并调节电压表指针指零;调节电阻箱,示数如图(c)所示,读得电阻值是 ;?
②将开关S1闭合,开关S2断开,电压表的示数是1.49
V;
③将开关S2 ,电压表的示数是1.16
V;断开开关S1。?
(3)使用测得的数据,计算出干电池的电动势是 ,内阻是 (计算结果保留两位有效数字)。?
答案:(1)如图所示 (2)①20
Ω ③闭合 (3)1.49
V
0.69
Ω
1.(多选)用伏安法测电池的电动势和内阻的实验中,下列说法错误的是( )
A.应选用旧的干电池作为被测电源,以使电压表读数变化明显
B.应选用内阻较小的电压表和电流表
C.移动滑动变阻器的滑片时,不能使滑动变阻器短路造成电流表过载
D.使滑动变阻器阻值尽量大一些,测量误差才小
解析:伏安法测电池的电动势和内阻实验中,应选用内阻较大的电压表和内阻较小的电流表,滑动变阻器阻值不能太大,如果太大不便于调节。
答案:BD
2.如图a是“测定电池的电动势和内阻”的实验电路,如果采用一节新干电池进行实验,实验时会发现,当滑动变阻器在阻值较大的范围内调节时,电压表读数变化很小,为了较精确地测量一节新干电池的内阻,加接一定值电阻,实验电路原理图如图b。可用以下给定的器材和一些导线来完成实验,器材:量程3
V的理想电压表
V,量程0.6
A的电流表A(具有一定内阻),定值电阻R0(R0=1.5
Ω),滑动变阻器R1(0~10
Ω),滑动变阻器R2(0~200
Ω),开关S。
(1)为方便实验调节且能较准确地进行测量,滑动变阻器应选用 (选填“R1”或“R2”)。?
(2)用笔画线代替导线在图c中完成实物连接图。
(3)实验中改变滑动变阻器的阻值,测出几组电流表和电压表的读数在给出的U-I坐标系中画出U-I图线如图d所示,则新干电池的内阻r=
Ω。(保留两位有效数字)?
(2)根据原理图可知实物图如图所示:
(3)根据闭合电路欧姆定律应用:
E=U+I(r+R0),
整理可得:U=-(r+R0)I+E,由图可知
图像与纵坐标的交点为电源的电动势;故E=1.50
V;
答案:(1)R1 (2)如图所示 (3)0.29(0.25~0.30均可)(共33张PPT)
2.闭合电路的欧姆定律
必备知识
自我检测
一、电动势
1.非静电力
(1)定义:电源把正电荷由负极搬运到正极的力。
(2)化学电池中的非静电力是化学作用,发电机中的非静电力是电磁作用。电源把正电荷由负极搬运到正极。非静电力做正功,电势能增加。
2.电源
通过非静电力做功把其他形式的能转化为电势能的装置。
3.电动势
(1)定义:非静电力把正电荷从负极搬运到正极所做的功跟搬运的电荷量的比值叫电源的电动势。
必备知识
自我检测
(3)单位:伏特,用“V”表示。
(4)物理意义:电动势的大小反映了电源把其他形式的能转化为电能的本领,电动势越大,表示电源转化其他形式能量的本领越大。
(5)大小:从做功角度,其数值等于非静电力把1
C的正电荷从负极搬运到正极所做的功。?
(6)决定因素:电动势是电源的属性,大小完全由电源的非静电力特性决定,与电源的体积和外电路的组成及变化无关。
必备知识
自我检测
二、闭合电路欧姆定律及其能量分析
1.在外电路中,沿电流方向电势降低。
2.电源的内阻:电源内部也存在电阻,内电路中的电阻叫内电阻,简称内阻。
3.闭合电路欧姆定律
(1)内容:闭合电路的电流跟电源的电动势成正比,跟内、外电路的电阻之和成反比。
4.内电压、路端电压与电动势的关系
内电路上的电势降落称为内电压,外电路上总的电势降落称为路端电压。关系为E=U外+U内。
必备知识
自我检测
三、路端电压与负载的关系
1.路端电压与电流的关系
电流越大,路端电压越小。关系式:U=E-Ir。
2.路端电压与外电阻的关系
必备知识
自我检测
1.正误判断。
(1)电源是通过静电力做功把其他形式的能转化为电能的装置。
( )
解析:电源是通过非静电力做功把其他形式的能转化为电能的装置。
答案:×
(2)把同一电源接在不同的电路中,电源的电动势也将变化。
( )
解析:电动势是电源本身的性质,与接入的外电路无关。
答案:×
必备知识
自我检测
(3)电动势就是电势差,两者没有区别。
( )
解析:电势差指电场中两点电势之差,反映了两点的电势变化;电动势是电源的一个重要参量,反映了电源将其他形式的能转化为电能的本领。两者虽然单位相同,但有本质的区别。
答案:×
(4)电源的电动势在数值上等于电源两极之间的电压。
( )
解析:当电源开路时,电源两极之间的电压在数值上等于电源的电动势。
答案:×
必备知识
自我检测
(5)电源一定时,负载电阻越大,电流越大。
( )
解析:根据闭合电路的欧姆定律I=
,负载电阻越大,电流越小。
答案:×
(6)外电路断路时,电源两端的电压就是电源电动势。
( )
解析:外电路断路时,电源两端的电压在数值上等于电源电动势,但电压与电动势是两个不同的概念。
答案:×
必备知识
自我检测
2.一台发电机用0.5
A的电流向外输电,在1
min内有180
J的机械能转化为电能,则发电机的电动势为( )
A.6
V
B.360
V
C.120
V
D.12
V
答案:A
必备知识
自我检测
3.一太阳能电池板,测得它的开路电压为800
mV,短路电流为40
mA,若将该电池板与一阻值为20
Ω的电阻器连成一闭合电路,则它的路端电压是( )
A.0.10
V
B.0.20
V
C.0.30
V
D.0.40
V
答案:D
探究一
探究二
探究三
随堂检测
电动势
情景导引
日常生活中我们经常接触到各种各样的电源,如图所示的干电池、手机电池,它们有的标有“1.5
V”字样,有的标有“3.7
V”字样。
1.如果把5
C的正电荷从1.5
V干电池的负极移到正极,电荷的电势能增加了多少?非静电力做了多少功?如果把2
C的正电荷从3.7
V的手机电池的负极移到正极呢?
2.是不是非静电力做功越多电源把其他形式的能转化为电能的本领就越大?如何描述电源把其他形式的能转化为电能的本领?
探究一
探究二
探究三
随堂检测
要点提示:1.从1.5
V干电池的负极移到正极,电势能增加了7.5
J,非静电力做功7.5
J;从3.7
V手机电池的负极移到正极,电势能增加了7.4
J,非静电力做功7.4
J。
2.不是。非静电力对电荷做功多少与电荷的数量有关。若把相同数量的正电荷从电源的负极移到正极,做功越多,电荷获得的电势能越多,表明电源把其他形式的能转化为电能的本领就越大。可以用非静电力做的功与电荷量的比值来反映非静电力做功的本领。
探究一
探究二
探究三
随堂检测
知识归纳
1.电动势
(1)定义:在电源内部,非静电力把正电荷从负极移送到正极所做的功W与被移送电荷量q的比值。
(3)物理意义:反映电源非静电力做功本领大小的物理量。
(4)决定因素:由电源中非静电力的特性决定,跟电源的体积无关,跟外电路无关。
探究一
探究二
探究三
随堂检测
2.对电动势概念的四点诠释
(1)电动势是用比值定义的物理量,由电源中非静电力的特性决定,是电源的属性,与移送的电荷量q和所做的功W无关,跟电源的体积、外电路也无关。
(2)电动势是电源的专用名词,而电压对应于内、外电路。
(3)电动势E是标量,为了研究问题方便,规定电动势的方向为电源内部电流方向,即由电源负极指向正极。
(4)电动势越大,表明每移动1
C电荷,电源可把更多的其他形式的能量转化为电能。
探究一
探究二
探究三
随堂检测
实例引导
例1(多选)关于电动势E的说法中正确的是
( )
A.电动势E的大小,与非静电力所做的功W的大小成正比,与移送电荷量q的大小成反比
B.电动势E是由电源本身决定的,跟电源的体积和外电路均无关
C.电动势E是表征电源把其他形式的能转化为电能本领强弱的物理量
D.电动势E的单位与电势差的单位相同,故两者在本质上相同
解析:电动势是一个用比值定义的物理量,这个物理量与这两个相比的项没有关系,它是由电源本身决定的,是表征电源把其他形式的能转化为电能本领强弱的物理量。电动势和电势差尽管单位相同,但本质上是不相同的,故选B、C。
答案:BC
探究一
探究二
探究三
随堂检测
规律方法
电动势与电势差的区别与联系
探究一
探究二
探究三
随堂检测
变式训练1有一铅蓄电池,在其内部将2×10-5
C的电子从正极移到负极需要3×10-2
s的时间,此过程中非静电力做功为4×10-5
J,则该铅蓄电池的电动势是多少?给一小灯泡供电,供电电流是0.2
A,供电10
min,非静电力做功是多少?
答案:2
V 240
J
探究一
探究二
探究三
随堂检测
闭合电路欧姆定律及其能量分析
情景导引
右图为闭合电路的组成(纯电阻电路)
(1)在外、内电路中,沿着电流方向,各点电势如何变化?
(2)若电源电动势为E,电路中的电流为I,在t时间内电源非静电力做功多少?内外电路中产生的焦耳热分别为多少?它们之间有怎样的关系?
(3)闭合电路的电流I与电动势E,外电阻R和内电阻r的关系怎样?
探究一
探究二
探究三
随堂检测
要点提示:(1)在外电路中沿电流方向电势降低;在内电路中沿电流方向电势升高。
(2)EIt。I2rt;I2Rt。EIt=I2Rt+I2rt。
探究一
探究二
探究三
随堂检测
知识归纳
闭合电路欧姆定律的不同表达形式
探究一
探究二
探究三
随堂检测
实例引导
例2在如图所示的电路中,R1=9
Ω,R2=5
Ω,当a、b两点接理想的电流表时,其读数为0.5
A;当a、b两点间接理想的电压表时,其读数为1.8
V。求电源的电动势和内电阻。
探究一
探究二
探究三
随堂检测
解析:当a、b两点间接理想的电流表时,R1被短路,回路中的电流I1=0.5
A,由闭合电路欧姆定律得:E=I1(R2+r)①
由闭合电路欧姆定律得:
E=I2(R2+R1+r)②
联立①②得:E=3
V,r=1
Ω。
答案:3
V 1
Ω
探究一
探究二
探究三
随堂检测
规律方法
解决闭合电路问题的一般步骤
①分析电路特点:认清各元件之间的串并联关系,特别要注意电压表测量哪一部分的电压,电流表测量哪个用电器的电流。
②应用闭合电路的欧姆定律求干路中的电流。
③根据部分电路的欧姆定律和电路的串并联特点求出部分电路的电压和电流。
探究一
探究二
探究三
随堂检测
变式训练2某电路当外电路断开时,路端电压为3
V,接上8
Ω的负载电阻后其路端电压降为2.4
V,则可以判定该电路中电源的电动势E和内电阻r分别为( )
A.E=2.4
V,r=1
Ω
B.E=3
V,r=2
Ω
C.E=2.4
V,r=2
Ω
D.E=3
V,r=1
Ω
答案:B
探究一
探究二
探究三
随堂检测
情景导引
在如图所示的电路中,电源的电动势E=10
V,内电阻r=1
Ω,试求当外电阻分别是1
Ω、3
Ω、4
Ω、7
Ω、9
Ω时所对应的路端电压。通过数据计算,你发现了怎样的规律?请以电路中的电流为横轴,路端电压为纵轴,作出U-I图像,图线与纵轴的交点、与横轴交点(纵坐标从零开始)、斜率的绝对值的物理意义各是什么?
探究一
探究二
探究三
随堂检测
要点提示:外电压分别为5
V、7.5
V、8
V、8.75
V、9
V。随着外电阻的增大,路端电压逐渐增大。
图线如图所示。图线与纵轴的交点表示电源的电动势;图线与横轴的交点表示短路电流;图线斜率的绝对值表示电源的内阻,即
探究一
探究二
探究三
随堂检测
知识归纳
1.路端电压随外电阻的变化规律
探究一
探究二
探究三
随堂检测
2.路端电压与电流的关系图象如图所示
(1)U轴截距表示电源电动势,纵坐标从零开始时,I轴截距等于短路电流。
画龙点睛
电阻的伏安特性曲线随电流的增大而增大,此处电源的U-I图像中电压随电流的增大而减小,二者物理意义不同。
探究一
探究二
探究三
随堂检测
实例引导
例3(多选)某一电源的U-I图线如图所示,由图可知( )
A.电源电动势为2
V
C.电源短路时电流为6
A
D.电路路端电压为1
V时,电路中电流为5
A
答案:AD
探究一
探究二
探究三
随堂检测
变式训练3(多选)某电源的路端电压与电流的关系图象如图所示,下列结论正确的是
( )
A.电源的电动势为6.0
V
B.电源的内阻为12
Ω
C.电源的短路电流为0.5
A
D.电流为0.3
A时的外电阻是18
Ω
答案:AD
探究一
探究二
探究三
随堂检测
1.(多选)关于电动势,下列说法中正确的是( )
A.在电源内部把正电荷从负极移到正极,非静电力做功,电势能增加
B.对于给定的电源,移动正电荷非静电力做功越多,电动势就越大
C.电动势越大,说明非静电力在电源内部把正电荷从负极向正极移动时,单位电荷量做功越多
D.电动势越大,说明非静电力在电源内部把正电荷从负极移到正极时,移送的电荷量越多
解析:电源是将其他形式的能转化为电势能的装置,是通过电源内部的非静电力做功来完成的,所以,非静电力做功,电势能就增加,因此选项A正确。电源的电动势是反映电源内部其他形式的能转化为电势能本领的物理量,电动势在数值上等于移送单位电荷量的正电荷所做的功,不能说电动势越大,非静电力做功越多,也不能说电动势越大,移送的电荷量越多,所以选项C正确,选项B、D错误。
答案:AC
探究一
探究二
探究三
随堂检测
2.用E表示电源电动势,U表示路端电压,Ur表示内电压,R表示外电路总电阻,r表示电源内阻,I表示干路电流,则下列各式正确的是( )
A.Ur=IR
B.Ur=E-U
答案:B第十二章电能 能量守恒定律
1.电路中的能量转化
课后篇巩固提升
基础巩固
1.(多选)用一个额定电压为220
V的电热水器煮沸一壶水需要t
s,如果不考虑电热水器的电热损失和电热丝电阻受温度的影响,那么( )
A.当线路电压为110
V时,煮沸一壶水需要2t
s
B.当线路电压为110
V时,煮沸一壶水需要4t
s
C.当线路电压为55
V时,煮沸一壶水需要4t
s
D.当线路电压为55
V时,煮沸一壶水需要16t
s
解析由公式Q=t,煮沸一壶水所需的热量为Q=t。当电压变为原来的时,所需热量没变,因此时间要变为原来的4倍,即4t
s,选项B正确。当电压变为原来的时,时间要变为原来的16倍,即16t
s,选项D正确。
答案BD
2.额定电压、额定功率均相同的电风扇、电烙铁和日光灯,各自在额定电压下正常工作了相同的时间。比较它们产生的热量,结果是( )
A.电风扇最多
B.电烙铁最多
C.日光灯最多
D.一样多
解析在三种用电器中,只有电烙铁是纯电阻用电器,将电能全部转化为内能,故选项B正确。
答案B
3.
(多选)如图所示,电阻R1=20
Ω,电动机线圈的电阻R2=10
Ω。当开关断开时,电流表的示数是0.5
A,当开关闭合后,电动机转动起来,电路两端的电压不变,电流表的示数I和电路消耗的电功率P应是( )
A.I=1.5
A
B.I<1.5
A
C.P=15
W
D.P<15
W
解析电路两端的电压为U=I1R1=0.5
A×20
Ω=10
V。电动机是非纯电阻用电器,UI2>R2,所以I2<=1
A。电流表的示数I=I1+I2<1.5
A,A错误,B正确。电路总功率为P=U(I1+I2)<15
W,C错误,D正确。
答案BD
4.额定电压都是110
V、额定功率PA=100
W、PB=40
W的灯泡两盏,若接在电压为220
V的电路上,使两盏灯泡均能正常发光,且消耗功率最小的电路是( )
解析判断灯泡能否正常发光,就要判断电压是否是额定电压,或电流是否是额定电流,对灯泡有P=UI=,可知RA对于A电路,由于RAUA,且有UB>110
V,B灯被烧毁,UA<110
V,A灯不能正常发光。
对于B电路,由于RB>RA,A灯又并联滑动变阻器,并联电阻小于RB,所以UB>U并,B灯烧毁。
对于C电路,B灯与滑动变阻器并联电阻可能等于RA,所以可能UA=UB=110
V,两灯可以正常发光。
对于D电路,若滑动变阻器的有效电阻等于A、B的并联电阻,则UA=UB=110
V,两灯可以正常发光。
比较C、D两个电路,由于C电路中滑动变阻器功率为(IA-IB)×110
V,而D电路中滑动变阻器功率为(IA+IB)×110
V,所以C电路消耗电功率最小。
答案C
5.
电阻R和电动机M串联接到电路中,如图所示,已知电阻R跟电动机线圈的电阻值相等,闭合开关后,电动机正常工作,设电阻R和电动机M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,产生热量Q1,电流通过电动机做功为W2,产生热量为Q2,则( )
A.U1B.U1=U2,Q1=Q2
C.W1=W2,Q1>Q2
D.W1解析设开关闭合后,电路中电流为I,对于电阻R,由欧姆定律得U1=IR,对于电动机,有U2>IR,则U1答案A
6.
电热毯、电饭锅等是人们常用的电热式家用电器,它们一般具有加热和保温功能,其工作原理大致相同,某种电热式用电器的简化电路图如图所示,主要元件有电阻丝R1、R2和自动开关S,问:
(1)当开关S闭合和断开时,用电器分别处于什么状态?
(2)用电器由照明电路供电,U=220
V,设加热时用电器的功率为400
W,保温时用电器的功率为40
W,则R1和R2分别为多大?
解析(1)由于是纯电阻电路,当S闭合时,R2短路,用电器消耗的电功率P1=;当S断开时,用电器消耗的电功率P2=,故S闭合时为加热状态,S断开时为保温状态。
(2)S闭合时,由P1=得R1=
Ω=121
Ω;
S断开时,由P2=得R2=-R1=
Ω=1
089
Ω。
答案(1)S闭合时为加热状态,S断开时为保温状态
(2)121
Ω 1
089
Ω
7.
如图所示,电路两端电压U保持不变。
(1)若电阻R1、R2、R3消耗的电功率一样大,则电阻之比R1∶R2∶R3= 。?
(2)若电阻R1=R2=R3,则它们在相同时间内产生的热量之比Q1∶Q2∶Q3= 。?
解析(1)根据题意,由混联电路的特点可知I1=I2+I3,且I2=I3,再由P=I2R可得R1∶R2∶R3=1∶4∶4。
(2)根据题意,由混联电路的特点可知I1=I2+I3,且I2=I3,再由Q=I2Rt,可得Q1∶Q2∶Q3=4∶1∶1。
答案(1)1∶4∶4 (2)4∶1∶1
能力提升
1.把六个相同的小灯泡接成如图甲、乙所示的电路,调节变阻器使灯泡正常发光,甲、乙两电路所消耗的功率分别用P甲和P乙表示,则下列结论正确的是( )
A.P甲=P乙
B.P甲=3P乙
C.P乙=3P甲
D.P乙>3P甲
解析设每个灯泡正常工作时的电流为I,则题图甲中电路的总电流为3I,P甲=12
V×3I,题图乙中电路的总电流为I,P乙=12
V×I,故有P甲=3P乙,B正确。
答案B
2.
如图所示的电路中,电源电压为60
V,内阻不计,电阻R=2
Ω,电动机的内阻R0=1.6
Ω,电压表的示数为50
V,电动机正常工作,求电动机的输出功率。
解析电动机正常工作时,电动机两端的电压U0=50
V,此时通过电路中的电流I==5
A,电动机的输出功率P出=U0I-I2R0=50
V×5
A-(5
A)2×1.6
Ω=210
W。
答案210
W
3.电饭煲的电路图如图所示,S1是一个限温开关,手动闭合,当此开关的温度达到居里点(103
℃)时会自动断开;S2是一个自动温控开关,当温度低于60
℃时会自动闭合,温度高于80
℃时会自动断开,红灯是加热状态时的指示灯,它在保温状态下是不亮的,黄灯是保温状态下的指示灯。限流电阻R1=R2=500
Ω,加热电阻丝R3=50
Ω,两灯的电阻不计。
(1)根据电路分析,叙述电饭煲煮饭的全过程(包括加热和保温的过程)。
(2)简要回答,如果不闭合开关S1,电饭煲能将饭煮熟吗?
(3)计算加热和保温两种状态下,电饭煲的消耗功率之比。
解析(1)电饭煲盛上食物后,接上电源,S2自动闭合,同时把手动开关S1关闭,这时黄灯短路红灯亮,电饭煲处于加热状态。
加热到80
℃时,S2自动断开,S1仍闭合待电饭煲中水烧干后,温度升高到103
℃时,开关S1自动断开,这时饭已煮熟,黄灯亮,电饭煲处于保温状态。
由于电饭煲散热,待温度下降至60
℃时,S2自动闭合,电饭煲重新处于加热状态,待温度上升到80
℃时,又自动断开,电饭煲再次处于保温状态。
(2)不能,因为如果不闭合S1,则只能将食物加热至80
℃。
(3)设电饭煲处于加热状态时,功率为P1,P1=
W=1
064.8
W
设电饭煲处于保温状态时消耗的功率为P2,则
P2=
W≈88.7
W
所以P1∶P2≈12∶1。
答案见解析习题课:闭合电路欧姆定律的应用
课后篇巩固提升
基础巩固
1.
欧姆表电路及刻度盘如图所示,现因表头损坏,换用一个新表头。甲表头满偏电流为原来表头的2倍,内阻与原表头相同;乙表头满偏电流与原表头相同,内阻为原表头的2倍,则换用甲表头和换用乙表头后刻度盘的中值电阻分别为
( )
A.100
Ω,100
Ω
B.200
Ω,100
Ω
C.50
Ω,100
Ω
D.100
Ω,200
Ω
解析由欧姆表改装原理及闭合电路欧姆定律可得,甲表头满偏电流为原表头的2倍,内阻与原表头相同,在电动势不变的情况下,其中值电阻变为原来的,即50
Ω;乙表头满偏电流与原表头相同,内阻为原表头的2倍,在电动势不变的情况下,其中值电阻不变,即100
Ω,则C正确,A、B、D错误。
答案C
2.
如图所示,电路中电源的电动势为E,内电阻为r,开关S闭合后,当滑动变阻器R的滑片P向右移动的过程中,三盏规格相同的小灯泡L1、L2、L3的亮度变化情况是( )
A.灯L1、L2变亮,灯L3变暗
B.灯L2、L3变亮,灯L1变暗
C.灯L1、L3变暗,灯L2变亮
D.灯L2、L3变暗,灯L1变亮
解析变阻器与灯L1串联后与灯L2并联,再与灯L3串联。将滑动变阻器的滑片P向右移动的过程中,变阻器接入电路的电阻增大,外电路总电阻增大,由闭合电路欧姆定律得知:干路电流I减小,则通过L3的电流减小,L3变暗,L3两端电压和内阻所占电压都减小,则并联部分电压增大,所以流过灯L2的电流变大,L2变亮,I1=I-I2,I减小,I2增大,则I1减小,灯L1变暗。故C正确。
答案C
3.
如图所示的U-I图像中,Ⅰ是电源的路端电压随电流变化的图线,Ⅱ是某电阻两端的电压随电流变化的图线,该电源向该电阻供电时,电阻消耗的功率和电源的效率分别为( )
A.4
W和33.3%
B.2
W和66.7%
C.2
W和33.3%
D.4
W和66.7%
解析由图像可知,电阻的阻值大小为R=
Ω=1
Ω,电源的电动势大小为E=3
V,内阻为r=0.5
Ω,电源的效率η=×100%≈66.7%,电阻消耗的功率P=IU=2×2
W=4
W,故选项D正确。
答案D
4.有一个电动势为3
V、内阻为1
Ω的电源。下列电阻与其连接后,电阻的功率大于2
W,且该电源的效率大于50%的是( )
A.0.5
Ω
B.1
Ω
C.1.5
Ω
D.2
Ω
解析当内、外电阻相等时,电源的输出功率最大,最大功率P=
W=2.25
W,此时电源的效率η=×100%=50%,而外电阻越大,电源效率越大,故外电阻应大于1
Ω;由2R=2
W,解得R=2
Ω或R=0.5
Ω,要使电阻功率大于2
W,则电阻应小于2
Ω且大于0.5
Ω,C正确。
答案C
5.
如图所示,直线OAC为某一直流电源的总功率P随电流I变化的图线,曲线OBC表示同一直流电源内部的热功率P随电流I变化的图线。若A、B点的横坐标均为1
A,那么AB线段表示的功率为( )
A.1
W
B.6
W
C.2
W
D.2.5
W
解析由题图不难看出,在C点,电源的总功率等于电源内部的热功率,所以电源的电动势为E=3
V,短路电流为I=3
A,所以电源的内阻为r==1
Ω。题图上AB线段表示的功率为PAB=P总-I2r=(1×3-12×1)
W=2
W。故正确选项为C。
答案C
6.
如图所示,R为电阻箱,V为理想电压表,当电阻箱读数为R1=2
Ω时,电压表读数为U1=4
V;当电阻箱读数为R2=5
Ω时,电压表读数为U2=5
V。
(1)求电源的电动势E和内阻r。
(2)当电阻箱R读数为多少时,电源的输出功率最大?最大值Pm为多少?
解析(1)由闭合电路欧姆定律E=U1+r
①
E=U2+r
②
联立①②并代入数据解得E=6
V,r=1
Ω
(2)由电功率表达式P=R
③
将③式变形为P=
④
由④式知,R=r=1
Ω时,
P有最大值Pm==9
W。
答案(1)6
V 1
Ω (2)1
Ω 9
W
能力提升
1.
电动势为E、内阻为r的电池与定值电阻R0、变阻器R串联,如图所示,设R0=r,Rab=2r,当变阻器的滑片自a端向b端滑动时,下列各物理量随之减小的是( )
A.电池的输出功率
B.变阻器消耗的功率
C.固定电阻R0消耗的功率
D.电池内阻消耗的功率
解析根据推论:当外电阻等于电源的内阻时,电源的输出功率最大,滑片自a端向b端滑动时,由于R0=r,Rab=2r,外电阻大于电源的内阻,当变阻器的滑片自a端向b端滑动时,变阻器接入电路的电阻减小,电池的输出功率增大。故A错误。电路中电流增大,固定电阻R0上和电源的内阻上消耗功率增大。将R0看成电源的内阻,则有R0+r=2r,而Rab=2r,利用推论可知,滑片在a点时变阻器的功率最大,滑片向右滑动时,变阻器消耗的功率减小。故B正确,C、D错误。
答案B
2.
电源的效率η定义为外电路电阻消耗的功率与电源的总功率之比,如图所示,直线A为电源a的路端电压与电流的关系图线,直线B为电源b的路端电压与电流的关系图线,直线C为电阻R两端的电压与电流的关系图线,将这个电阻R分别接到a、b两电源上,那么( )
A.R接到电源a上,电源的效率较低
B.R接到电源b上,电源的输出功率较大
C.R接到电源a上,电源的输出功率较大,电源效率较高
D.R接到电源b上,电源的输出功率较小,电源效率较高
解析电源的效率η=,由题中图像可知A与C交点处电压大于B与C交点处电压,则R接到电源a上效率较高;电源输出功率P=UI,由题中图像易得R接到电源a上输出功率较大,A、B、D错误,C正确。
答案C
3.
欧姆表的工作原理图如图所示。
(1)若表头的满偏电流为Ig=500
μA,干电池的电动势为1.5
V,求灵敏电流表的电流刻度值为50
μA、250
μA
时对应的欧姆表的电阻值。
(2)这个欧姆表的总内阻为 Ω,表针偏转到满刻度的时,待测电阻为 Ω。?
解析(1)对应电流“0”刻度和满偏电流“500
μA”的电阻刻度分别为“∞”和“0”。由闭合电路的欧姆定律得,调零时:Ig=,所以欧姆表的总内阻R内=Rg+r+R0==3
000
Ω。测量电阻Rx时:I=,Rx=-R内,当I=50
μA时,Rx=Ω-3
000
Ω=3×104
Ω-3×103
Ω=2.7×104
Ω。同理可求出电流为250
μA时,对应的电阻为3×103
Ω。
(2)当表针偏转到满刻度的处时,
Rx'=-R内=
Ω-3
000
Ω=6
000
Ω。
答案(1)2.7×104
Ω 3×103
Ω (2)3
000 6
000
4.
如图所示的电路中,R1=3
Ω,R2=6
Ω,R3=1.5
Ω,C=20
μF。当开关S断开时,电源所释放的总功率为2
W;当开关S闭合时,电源所释放的总功率为4
W,求:
(1)电源的电动势和内电阻。
(2)闭合S时,电源的输出功率。
(3)S断开和闭合时,电容器所带的电荷量各是多少。
解析(1)S断开时外电路R2、R3串联
E=I1(R2+R3)+I1r
①
P1=EI1
②
S闭合时外电路R1、R2并联后与R3串联
R外'=R3+
代入数据R外'=
Ω=3.5
Ω③
对闭合电路E=I2R外'+I2r
④
P2=EI2
⑤
由①②③④⑤可得
(2)闭合S时,电源的输出功率
P=R外'=12×3.5
W=3.5
W
(3)S断开时
Q1=CUR2=20×10-6×0.5×6
C=6×10-5
C
S闭合,电容器两端的电势差为零,则Q2=0
答案(1)4
V 0.5
Ω (2)3.5
W (3)6×10-5
C 0(共38张PPT)
习题课:闭合电路欧姆定律的应用
探究一
探究二
探究三
探究四
随堂检测
动态电路分析
情景导引
如图所示的电路,当滑动变阻器的滑片P向右滑动
时,回路的总电流、路端电压如何变化?通过R1、R2和滑动变阻器的电流如何变化,它们两端的电压如何变化?
要点提示:总电流减小,路端电压增大。R1:电流减小,电压减小;R2:电流增大,电压增大;滑动变阻器:电流减小,电压增大。
探究一
探究二
探究三
探究四
随堂检测
知识归纳
动态电路问题的分析方法
1.解决闭合电路动态变化问题,应按照局部→整体→局部的程序进行分析。
(1)对于固定不变的部分,一般按照欧姆定律直接判断。
(2)对于变化的部分,一般应根据分压或分流间接判断。
(3)涉及滑动变阻器滑片滑动引起的电路变化问题,可将滑动变阻器的滑片分别滑至两个极端去讨论。
探究一
探究二
探究三
探究四
随堂检测
实例引导
例1电动势为E、内阻为r的电源与定值电阻R1、R2及滑动变阻器R连接成如图所示的电路。当滑动变阻器的滑片由中点滑向b端时,下列说法正确的是( )
A.电压表和电流表读数都增大
B.电压表和电流表读数都减小
C.电压表读数增大,电流表A1
读数减小,A2读数增大
D.电压表读数减小,电流表A1读数增大,A2读数减小
探究一
探究二
探究三
探究四
随堂检测
答案:C
规律方法
动态分析要牢记,“并同串反”无违例。
注:“并同”,即某一电阻增大时,与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大;“串反”,即某一电阻增大时,与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小,反之则增大。
探究一
探究二
探究三
探究四
随堂检测
变式训练1如图所示,R1阻值恒定,R2为热敏电阻(热敏电阻阻值随温度降低而增大),L为小灯泡,当R2所在位置温度升高时( )
A.R1两端的电压减小
B.小灯泡的亮度变暗
C.电流表的示数减小
D.通过R2的电流减小
解析:当R2所在位置温度升高时R2阻值减小,总电阻减小,总电流增大,电流表的示数增大,R1两端的电压U1=IR1增大,故A、C错误;总电流增大,内电压增大,则路端电压U=E-Ir减小,并联部分的电压减小,所以灯泡L变暗,故B正确;通过L的电流减小,而总电流增大,则通过R2的电流增大,故D错误。
答案:B
探究一
探究二
探究三
探究四
随堂检测
闭合电路中的功率关系
情景导引
如图所示,电源电动势为E,内阻为r,外电路的电阻为R。试求:(1)电源的总功率;(2)内电路和外电路消耗的电功率;(3)电源的效率。
探究一
探究二
探究三
探究四
随堂检测
知识归纳
1.对闭合电路中的功率的理解
(1)电源的总功率:P总=EI(普遍适用),P总=I2(R+r)(只适用于外电路为纯电阻的电路);
(2)电源内电阻消耗的功率:P内=U内I=I2r;
(3)电源输出功率:P出=U外I(普遍适用);
(4)三个功率的关系:由能量守恒可知P总=P出+P内。
探究一
探究二
探究三
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2.对于纯电阻电路,电源的输出功率随外电阻R的变化规律
(2)电源输出功率随外电阻变化曲线如图所示。
②当R③当R>r时,输出功率P随R的增大而减小;
④当P探究一
探究二
探究三
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3.电源的效率
(3)当R=r(电源有最大输出功率)时,效率仅为50%,效率并不高。
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实例引导
例2如图所示电路中,电源内阻r=4
Ω,电阻R1=2
Ω,滑动变阻器R2=4
Ω时,电源内部的热功率是4
W。则电源输出的最大功率是 。当R2的电功率有最大值时,R2= 。?
求R2的最大电功率,可将R1看成电源内阻的一部分,此时R2″=r+R1=6
Ω。当R2=6
Ω时,R2的电功率有最大值。
探究一
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规律方法
(1)定值电阻消耗功率最大时通过的电流最大。(2)求可变电阻消耗的功率时可将其他电阻等效为电源内阻。
答案:6.25
W 6
Ω
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变式训练2如图所示,电路中E=3
V,r=0.5
Ω,R0=1.5
Ω,滑动变阻器的最大阻值R=10
Ω。
(1)在滑动变阻器的阻值R为多大时,滑动变阻器上消耗的功率最大?最大为多大?
(2)在滑动变阻器的阻值R为多大时,定值电阻R0上消耗的功率最大?最大为多大?
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解析:(1)此种情况可以把R0归入电源内电阻,这样滑动变阻器上消耗的功率,也就是电源的输出功率。
即当R=r+R0=2
Ω时,R消耗功率最大,为
(2)定值电阻R0上消耗的功率可以表示为P=I2R0,因为R0不变,当电流最大时功率最大,此时应有电路中总电阻最小,即当R=0时,R0上消耗的功率最大:
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含容电路的分析与计算
情景导引
如图所示,电阻R,电源电动势E,内电阻r,试求:(1)闭合开关后回路中的电流;(2)闭合开关后电容器上的电荷量;(3)断开开关后,流过电阻R的电荷量。
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知识归纳
在直流电路中,当电容器充、放电时,电路里有充、放电电流。一旦电路达到稳定状态,电容器在电路中就相当于一个阻值无限大(只考虑电容器是理想的,不漏电的情况)的元件,电容器处电路可看作是断路,简化电路时可去掉它。
1.电路稳定后,由于电容器所在支路无电流通过,所以在此支路中的电阻上无电压降低,因此电容器两极间的电压就等于该支路两端的电压。
2.当电容器和电阻并联后接入电路时,电容器两极间的电压与其并联电阻两端的电压相等。
3.电路的电流、电压变化时,将会引起电容器的充(放)电。如果电容器两端电压升高,电容器将充电;如果电容器两端电压降低,电容器将通过与它连接的电路放电。
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实例引导
例3如图所示,电源电动势E=10
V,内阻可忽略,R1=4
Ω,R2=6
Ω,C=30
μF,求:
(1)S闭合后,电路稳定时通过R1的电流。
(2)S原来闭合,然后断开,这个过程中流过R1的总电荷量。
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(2)S闭合时,电容器两端电压UC=U2=I·R2=6
V,储存的电荷量Q=C·UC。S断开至达到稳定后电路中电流为零,此时UC'=E,储存的电荷量Q'=C·UC'。很显然电容器上的电荷量增加了ΔQ=Q'-Q=CUC'-CUC=1.2×10-4
C。电容器上电荷量的增加是在S断开以后才产生的,这只有通过R1这条电路实现,所以流过R1的电荷量就是电容器电荷量的增加量。
答案:(1)1
A (2)1.2×10-4
C
规律方法
分析电容器电荷量变化的方法
(1)首先确定电路的连接关系及电容器和哪部分电路并联。
(2)根据欧姆定律求并联部分的电压即为电容器两极板间的电压。
(3)最后根据公式Q=CU或ΔQ=CΔU,求电荷量及其变化量。
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变式训练3(2016·全国理综甲)阻值相等的四个电阻、电容器C及电池E(内阻可忽略)连接成如图所示电路。开关S断开且电流稳定时,C所带的电荷量为Q1;闭合开关S,电流再次稳定后,C所带的电荷量为Q2。Q1与Q2的比值为( )
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解析:S断开时等效电路图如图a所示。
答案:C
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多用电表的原理
情景导引
如图所示,电源电动势E=1.5
V,内阻r=0.5
Ω,电流表满偏电流Ig=10
mA,电流表的电阻Rg=7.5
Ω,A、B为接线柱。
(1)用一条导线把A、B直接连接起来,此时,应把可变电阻R1调节为多少才能使电流表恰好达到满偏电流?
(2)调至满偏后保持R1的值不变,在A、B间接入一个150
Ω的定值电阻R2,电流表指针指到多少刻度位置?
要点提示:(1)142
Ω (2)5
mA
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知识归纳
1.欧姆表的测量原理
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2.欧姆表刻度盘特点
(1)如图所示,当红、黑表笔断开时,电流表中电流为零,此时表笔间电阻无穷大,所以在表盘上电流零处标电阻“∞”;当红、黑表笔短接时,调节欧姆调零电阻,使电流表指针满偏,所以在电流满偏处标电阻“0”。
(2)I与Rx不成比例,欧姆表的刻度不均匀。
(3)欧姆表偏角(偏角是指相对零电流位置或左端的“0”刻度而言的)越大,表明被测电阻越小。
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3.多用电表的结构及使用
(1)多用电表的电路如图:
(2)多用电表由表头、电流测量电路、电压测量电路、电阻测量电路以及转换开关S等组成。
(3)电表的使用
①测量时,红表笔要插入正插孔、黑表笔要插入负插孔,并通过转换开关接入待测量相应的测量端,使用时,电路只有一部分起作用。
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②电表的表盘有三排刻度,最上一排不均匀的是电阻刻度;中间一排均匀的是电压和电流刻度,对应这个刻度有几排数字,这些数字是用来在选用不同量程时方便读数的;最下面一排是低压交流电的电压刻度,高中阶段不用。
(4)电流进出电表的流向
①电流挡串联接入电路,电流从红表笔流进电表,从黑表笔流出。
②电压挡并联接入电路,红表笔接高电势点,黑表笔接低电势点,电流仍然从红表笔流进电表,从黑表笔流出;
③使用欧姆挡时,红表笔连接表内电源的负极,黑表笔连接表内电源的正极。电流仍然从红表笔流进电表,从黑表笔流出。
画龙点睛
不管多用电表测量什么量,相对电表而言,电流的方向都是“红进、黑出”。
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实例引导
例4若某欧姆表表头的满偏电流为5
mA,内装一节干电池,电动势为1.5
V,那么该欧姆表的内阻为 Ω。待测电阻接入红、黑两表笔之间时,指针指在刻度盘的中央,则待测电阻的阻值为 Ω。若指针指在满刻度的
处,则待测电阻的阻值为 Ω。?
答案:300 300 100
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例5一个电流、电压两用表的电路如图所示,电流表G的量程是0~100
μA,内阻是1
000
Ω,电阻R1=0.1
Ω,R2=99
000
Ω。当双刀双掷开关接到A、B上时,电流表改装成
表,其量程是
;当双刀双掷开关接到C、D上时,电流表改装成 表,其量程是 。?
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解析:因双刀双掷开关的把柄是绝缘的,所以当开关接到A、B上时,电路转换成图甲所示的电路,此时电阻R1与电流表G并联,R1起分流作用,原电流表改装成较大量程的电流表。根据并联电路的特点有(I-Ig)R1=IgRg。电流表的最大测量值为
当开关接到C、D上时,电路变成图乙所示的电路,此时电阻R2与电流表G串联,R2起分压作用,原电流表已改装成电压表,根据串联电路的特点,电压表的最大测量值为U=Ig(Rg+R2)=0.000
1×
(1
000+99
000)
V=10
V。
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答案:量程较大的电流 0~1
A 电压 0~10
V
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A.4R
B.5R
C.10R
D.16R
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答案:D
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1.如图所示电路,电源内阻不可忽略。开关S闭合后,在滑动变阻器R0的滑片向下滑动的过程中( )
A.电压表与电流表的示数都减小
B.电压表与电流表的示数都增大
C.电压表的示数增大,电流表的示数减小
D.电压表的示数减小,电流表的示数增大
答案:A
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2.两节电池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>η2
B.P1>P2,η1<η2
C.P1η2
D.P1答案:B
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3.如图所示,用多用电表测量直流电压U和电阻R,若红表笔插入多用电表的正(+)插孔,则( )
A.前者电流从红表笔流入多用电表,后者电流从红表笔流出多用电表
B.前者电流从红表笔流入多用电表,后者电流从红表笔流入多用电表
C.前者电流从红表笔流出多用电表,后者电流从红表笔流出多用电表
D.前者电流从红表笔流出多用电表,后者电流从红表笔流入多用电表
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解析:题图中所示是多用电表的示意图,无论是测电压U还是测电阻R,电流都是从红表笔流入多用电表,从黑表笔流出多用电表,选项B正确。
答案:B
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4.如图所示,M、N是平行板电容器的两个极板,R0为定值电阻,R1、R2为可调电阻,用绝缘细线将质量为m、带正电的小球悬于电容器内部。闭合开关S,小球静止时受到悬线的拉力为F。调节R1、R2,关于F的大小
判断正确的是( )
A.保持R1不变,缓慢增大R2时,F将变大
B.保持R1不变,缓慢增大R2时,F将变小
C.保持R2不变,缓慢增大R1时,F将变大
D.保持R2不变,缓慢增大R1时,F将变小
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解析:当电路接通后,对小球受力分析:小球受重力、电场力和悬线的拉力F三个力的作用,其中重力为恒力。当电路稳定后,R1中没有电流,两端等电势,因此电容器两极板电压等于R0两端电压。当R2不变,R1变化时,电容器两极板电压不变,板间电场强度不变,小球所受电场力不变,F不变,C、D两项错。若保持R1不变,缓慢增大R2,R0两端电压减小,电容器两端电压减小,内部电场强度减弱,小球受到的电场力减小,F变小,故A项错误,B项正确。
答案:B