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電功率突破二 —電路
動態(tài)分析與焦耳定律
漫畫釋義
知識互聯(lián)網(wǎng)
模塊一 動態(tài)電路分析與計算
思路導航
可變電阻最大實際電功率的問題
如圖所示, 一個定值電阻R與一個滑動變阻器RP串聯(lián), 且RP阻值大于R. 我們比較熟悉的是定值電阻R的功率變化趨勢, 即滑動變阻器阻值越小, 電流就越大, 根據(jù), 定值電阻R的功率就越大.
但是可變電阻RP的電功率又是如何變化的呢? 下面我們一起來探究一下吧.
可變電阻最大實際電功率的問題
所以, 當時, RP的功率最大, 且最大值為. 可變電阻電功率隨其阻值變化規(guī)律如下圖所示. 當RP
R時, 隨著RP的增加, P減少.
電功率變化量問題
利用歐姆定律中, 建立起關系式解決電功率變化量的問題, 但注意, 電功率變化量,
能力提升
【例1】 如圖所示, 電源電壓不變. 閉合開關后, 下列說法正確的是 ( )
A. 若向右移動滑動變阻器的滑片, 會使電壓表示數(shù)變大
R
P
R0
S
A
V
B. 當滑動變阻器接入電路電阻最大時, 電路消耗的總功率最大
C. 若向左移動滑動變阻器的滑片, R消耗的電功率將逐漸變大
D. 移動滑動變阻器的滑片, 會發(fā)現(xiàn)電流表與電壓表變化情況相反
【答案】 C
【例2】 如圖所示, 電源電壓不變, 閉合開關S后, 滑動變阻器滑片P向b端移動過程中, 下列說法正確的是 ( )
A. 電流表A1示數(shù)變小, 電路的總電阻變小
B. 電流表A2示數(shù)不變, 電路消耗的總功率變小
C. 電壓表V示數(shù)變小, R1與R2兩端的電壓之比變小
D. 電壓表V示數(shù)不變, 電壓表V的示數(shù)與電流表A2的示數(shù)比值變大
【答案】 B
【解析】 等效電路圖如圖所示, 滑片P向b端移動過程中, 總電阻增大, 總電流減小, 電流表A1示數(shù)變小, 電流表A2示數(shù)不變, 電路總功率變小.
S
R1
R2
P
R1
R2
【例3】 (多選) 如圖所示的電路中, 電源電壓U保持不變, R1為定值電阻, R2為滑動變阻器. 閉合開關S, 當滑動變阻器的滑片P從變阻器當中某一位置滑到最右端的過程中, R2的電功率有可能 ( )
A. 始終變小
B. 始終變大
C. 先變小, 后變大
D. 先變大, 后變小
【答案】 ABD
【解析】
P2隨R2變化的圖如右圖所示, 設滑片從某一點移動至最右端過程中, 電阻R2從變大至,
因此答案為ABD.
【例4】 如圖所示電路中, 電源兩端電壓保持不變, 在電路中M、N兩點間接入一只標有“2.5V 0.75W”的小燈泡L1, 閉合開關S, 調(diào)節(jié)滑動變阻器滑片, 使L1恰好正常發(fā)光. 保持滑動變阻器滑片位置不變, 若在M、N兩點間換接另一只標有“2.5V 2W”的小燈泡L2(L1和L2的燈絲電阻均保持不變), 下列說法中正確的是 ( )
A
S
RP
P
a
b
M
N
A. 電流表的示數(shù)為0.3A
B. L2可能不發(fā)光或發(fā)出較暗的光
C.L2的實際功率大于2W
D. 要使L2正常發(fā)光, 需將滑動變阻器滑片適當向右調(diào)節(jié)
【答案】 B
【例5】 如圖所示電路, 電源電壓保持不變, 開關S閉合后調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片P, 使電壓表的示數(shù)為10V, 滑動變阻器的功率是10W; 調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片P到另一位置時, 電壓表的示數(shù)為5V, 此時滑動變阻器的功率是7.5W, 則定值電阻R0的阻值為 Ω.
【答案】 10
【例6】 如圖所示電路, 電源兩端電壓U＝8V, 且保持不變, 定值電阻R1的阻值為8Ω, L為標有“6V 3W”的小燈泡, 不考慮燈絲電阻隨溫度的變化. 滑動變阻器R2的阻值范圍是0～20Ω, 電流表量程為0～0.6A, 電壓表量程為0～3V, 閉合開關S后, 要求燈L兩端的電壓不超過額定電壓, 且兩電表的示數(shù)均不超過各自的量程, 則小燈泡L消耗電功率的變化范圍是_______W.
【答案】 0.75～1.92
R0
S
P
V
A
L
【例7】 如圖所示的電路中, R0為定值電阻, 電源電壓15V保持不變, 燈泡L上標有“6V”字樣, 額定功率字跡不清楚, 電流表的量程為(0～0.6)A, 電壓表的量程為(0～3)V. 當開關S閉合后, 滑動變阻器的滑片P在最左端時, 燈泡L恰好正常發(fā)光. 移動滑動變阻器的滑片P, 在保證電路元件安全的情況下, 燈泡L消耗的最小電功率與它的額定功率之比是 . (燈絲的電阻不受溫度的影響)
【答案】 16:25
【例8】 如圖甲所示電路, 電源兩端電壓不變. R1是滑動變阻器, R2是定值電阻. 當開關S閉合后, 逐步改變滑動變阻器接入電路的電阻值, 根據(jù)電壓表與電流表的示數(shù), 繪制的圖像如圖乙所示. 下列判斷正確的是 ( )
甲
R2
S
A
V
R1
0
0.2
0.4
0.6
0.8
16
12
4
8
I/A
U/V
乙
A. 電路消耗電功率的最大值為7.2W
B. 變阻器R1接入電路的最大阻值為120W
C. 定值電阻R2的電阻值為40W
D. 電源兩端電壓為10V
【答案】 A
模塊二 焦耳定律探究實驗及比例計算
夯實基礎
【例9】 如圖所示是某實驗小組在“探究影響電流通過電阻絲產(chǎn)生熱量的因素”時設計的一個實驗方案: 將三個相同的空燒瓶口分別用完全相同的氣球密封, 用三段阻值不同的電阻絲(R1＜R2＜R3)分別給三個燒瓶中的空氣加熱. 請回答下列問題:
R1
R2
a
b
氣球
R3
c
S
(1) 如圖所示的電路要研究的是電流產(chǎn)生熱量的多少跟______大小的關系.
(2) 實驗中, 通電一段時間后, 體積變得最大的是氣球______(選填“a”、“b”、“c”或“一樣大”). 由此可以得到的結論是: 在通電時間和 一定時, .
【答案】 (1) 電阻
(2) c; 電流; 電阻絲的電阻越大, 電流通過電阻絲產(chǎn)生的熱量越多
【例10】 關于電流通過導體時產(chǎn)生的熱量, 下列說法中正確的是( )
A. 根據(jù)可知, 時間相同, 電阻越大, 電流產(chǎn)生的熱量越少
B. 根據(jù)Q＝I2Rt可知, 時間相同, 電阻越大, 電流產(chǎn)生的熱量越多
C. 根據(jù)Q＝UIt可知, 時間相同, 電壓越大, 電流產(chǎn)生的熱量越多
D. 根據(jù)Q＝I2Rt可知, 時間和電流相同時, 電阻越大, 電流產(chǎn)生的熱量越多
【答案】 D
【例11】 在家庭電路中, 用甲、乙兩根電熱絲先后給完全相同的三壺水加熱至沸騰. 單獨接甲需用時間t1; 甲、乙串聯(lián)需用時間t2; 則甲、乙并聯(lián)需用時間t3＝ .
【答案】
【解析】 .
由焦耳定律可知:
, ,
解題關鍵——控制變量: Q相等、U相等, 時間與總電阻成正比
由(1)(2)可得電阻比:
由(1)(3)(4)可得:
【例12】 如果將電阻絲R1、R2串聯(lián)接在電壓為2U的電源兩端, 電阻絲R1、R2在60s內(nèi)產(chǎn)生的總熱量為2Q; 如果只將電阻絲R1接在電壓為U的電源兩端, 電阻絲R1在120s內(nèi)產(chǎn)生的熱量為5Q; 如果將電阻絲R1、R2并聯(lián)接在電壓為U的電源兩端, 要使電阻絲R1、R2產(chǎn)生的總熱量為25Q, 則需要通電的時間是________s.
【答案】 480
【解析】 考點: 本題考查了焦耳定律中電路變換的比例問題, 屬于難題.
☆ 解題方法: 選擇合適的電功公式, 求出電阻之比;
再利用電阻之比找到電熱與時間的關系.
因為 所以,
并聯(lián)電路中: 即并聯(lián)電路中R1電熱為20Q, R2電熱為5Q.
對比第二個狀態(tài)和第三個狀態(tài), R1的兩端電壓相等, R1電熱之比1:4, 所以時間之比為1:4, 即480s.
模塊三 電路變換計算強化訓練
能力提升
【例13】 如圖所示電路中, 電源兩端電壓為U, 且保持不變. R1、R2和R3為三個定值電阻, 已知R1＝5Ω. 當只閉合開關S2時, 電流表的示數(shù)為0.3A, 電路消耗的總功率為P; 當三個開關都閉合時, 電流表的示數(shù)變化了1.95A, 電路消耗的總功率為P′. 當只斷開開關S1時, 電流表的示數(shù)為0.45A, 電路消耗的總功率為P′′. 下列判斷正確的是 ( )
A. U＝6V, R2＝20Ω
B. U＝9V, R3＝30Ω
C. R3＝10Ω, P:P′′＝3:2
D. R2＝20Ω, P:P′＝2:15
【答案】 D
【例14】 如圖所示的電路中, 電源兩端電壓U保持不變, 小燈泡上標有“12V 6W”字樣, R1為定值電阻, 滑動變阻器的最大阻值為R2, 忽略溫度對電阻的影響, 閉合開關S, 將滑動變阻器的滑片P移至最右端時, 電壓表的示數(shù)為U1, 小燈泡的實際功率為其額定功率的1/4; 將滑動變阻器的滑片P移至最左端時, 電壓表的示數(shù)為U2, 小燈泡正常發(fā)光. 若U1: U2=3: 2, 則滑動變阻器接入電路的最大阻值R2為 Ω.
S
P
B
A
C
D
R2
R1
L
【答案】 48
復習鞏固
【練1】 如圖所示電路, 電源電壓保持不變, R1為定值電阻, 滑動變阻器的最大阻值為R2, 當閉合開關S, 調(diào)節(jié)滑動變阻器阻值從最大變化到最小, 兩個電阻的“U－I”關系圖像如圖中的甲、乙所示. 當滑動變阻器的滑片P移到R2/3時, 則電路消耗的總功率 W.
R2
R1
圖甲
P
A
V1
V2
R2
S
圖乙
丙
2
4
6
0.2
0.4
0.6
0.8
0
I/A
U/V
8
乙
丙
甲
丙
【答案】 3.2
【解析】 滑動變阻器接入電路電阻最大時, 電路圖如圖1所示;
通過對圖像的分析可知, 隨著電流的增大而減小的是V2表, V1表隨電流增大而增大. 于是可知最小電流和最大電流值, 可求兩個電阻的阻值大小.
滑片移到最左端時, 電路圖如圖2所示.
滑動變阻器接入電路阻值為R2/3時電路圖如圖3所示.
【練2】 圖甲是測量高于湖水警戒水位裝置的原理圖. 長方柱形絕緣容器A內(nèi)部左右兩面插有豎直薄金屬板并與電路連接, 底部有一小孔與湖水相通, 且容器底面與警戒水位相平. 已知電源電壓恒為6V, 小燈泡標有“2V 2W”字樣(不考慮溫度對燈絲電阻的影響). 兩金屬板間的湖水電阻R與x的關系如圖乙所示(x為容器內(nèi)水柱高度h的倒數(shù), 即x=1/h). 則下列說法正確的是 ( )
A. 小燈泡的電阻是1Ω
B. 將電流表改為水位計, 水位計的刻度是均勻的
C. 當湖水水位高于警戒水位0.4m 時, 電流表示數(shù)為0.6A
D. 當湖水水位高于警戒水位5m 時, 燈泡正常工作
圖甲
圖乙
【答案】 D
【練3】 物理興趣小組的同學用圖甲所示的裝置來提升重物M, 圖乙是物體M上升過程某段時間內(nèi)的距離s隨時間t變化的圖像. 已知物體M重為1N, 閉合開關后, 在2.4s～2.8s這段時間內(nèi), 電流表和電壓表的示數(shù)分別為0.2A和4V, 則2.4s～2.8s這段時間內(nèi)該裝置的效率是 %.
甲
t/s
2.9
2.5
2.7
2.3
S/m
乙
0.50
0.60
0.55
0.75
0.70
0.65
62.5
【答案】
【答案】 62.5
電熱的利用和防止
生活中和許多產(chǎn)業(yè)中都要用到電熱. 家里的電熱水器、電飯鍋、電熨斗, 養(yǎng)雞場的電熱孵化器,都是利用電熱的例子.
但是, 很多情況下我們并不希望用電器的溫度過高. 電視機的后蓋有很多孔, 就是為了通風散熱, 使用時一定要把防塵的布罩拿開. 電動機的外殼有很多翼狀散熱片, 使用時與軸相連的扇葉還向散熱片吹風, 也是為了降溫.
電熱孵化器 計算機和電腦使用時要注意散熱
物理名人
2018-2019學年九年級物理全冊 第十八章 電功率突破二 電路動態(tài)分析與焦耳定律講義 （新版）新人教版.doc
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