高二物理第二章-恒定电流-焦耳定律、闭合电路的欧姆定律人教实验版知识精讲

高二物理第二章恒定电流焦耳定律、闭合电路的欧姆定律人教实验版【本讲教育信息】教学内容：第二章恒定电流焦耳定律、闭合电路的欧姆定律重点、难点解析：理解电功率的概念和公式，能进行有关的计算。电功率和热功率的区别和联系。推导闭合电路欧姆定律，应用定律进行有关讨论。路端电压与负载的关系知识内容：电功、电功率〔1〕定义：电路中电场力对定向移动的电荷所做的功，简称电功，通常也说成是电流的功。〔2〕实质：电能通过电流做功转化为其他形式能。〔3〕表达式：W=IUt说明：①表达式的物理意义：电流在一段电路上的功，跟这段电路两端电压、电路中电流和通电时间成正比。适用条件：I、U不随时间变化 恒定电流。〔4〕单位：电流单位用安培〔A〕，电压单位用伏〔V〕，时间单位用秒〔s〕，则电功的单位是焦耳〔J〕。〔5〕电功率W表达式：P€ €IUt物理意义：表示电流做功的快慢。单位：功的单位用焦耳〔J〕，时间单位用秒〔S〕，功率单位为瓦特〔W〕。1W=1J/s焦耳定律——电流热效应〔1〕内容：电流通过导体产生的热量，跟电流的平方、导体电阻和通电时间成正比。〔2〕表达式：Q€I2Rt〔3〕说明：焦耳定律说明，纯电阻电路中电流做功完全转化为内能，同时，有电阻的电路中电流做功会引起内能的增加，且电热Q€12Rt。〔4〕纯电阻电路中的电功和电功率①电功Q€12Rt，对所有电路中电阻的生热都适用。U2纯电阻电路中：Q€W€UIt€t€PtR②热功率P€ €I2R，对所有电路中电阻的电热功率都适用。tU2电功率：结合纯电阻电路欧姆定律U=IR,P€UI€I2R€R〔5〕非纯电阻电路中的电功和电功率电功和电功率是整体和部分的关系：W€Q+E，故W>Q，即Ult,12Rt其他电功率大于热功率，即UI,12R闭合电路的欧姆定律〔1〕内、外电路①内电路：电源两极〔不含两极〕以内，如电池内的溶液、发电机的线圈等。内电路的电阻叫做内电阻。②外电路：电源两极，包括用电器和导线等。外电路的电阻叫做外电阻。〔2〕闭合电路的欧姆定律①内容：闭合电路的电流跟电源的电动势成正比，与内、外电路的电阻之和成反比②公式：适用条件：纯电阻电路根据欧姆定律，外电路两端的电势降落为U外=IR，习惯上称为路端电压，内电路的电势外降落为U=Ir,代入E=IR+Ir,得E=U+U内 外内该式说明，电动势等于内外电路电势降落之和。〔3〕路端电压跟负载的关系路端电压：外电路的电势降落，也就是外电路两端的电压。U外=己一Ir,路端电压随着电路中电流的增大而减小；外U一I关系图线当电路断路即1=0时，纵坐标的截距为电动势E；当外电路电压为U=0时，横坐标的〔4〕闭合电路的输出功率功率关系：P=EI=UI十UI=UI＋I2r，总外内电源的输出功率与电路中电流的关系：P『EI—I2u_r%』+%

③电源的输出功率与外电路电阻的关系：P出当R=r时，也即I=E/2r时，电源的输出功率最大，P=m由图象还可以看出：当R<r时，假设R增大，则P出增大；当R>r时，假设R增大，则P出减小。出出应注意：对于内外电路上的固定电阻，其消耗的功率仅取决于电路中的电流大小电源的供电效率，?，?x100%，外x100%，x100%R„r【典型例题】［例1］将A、B两个白炽灯接入电路，关于这两只灯泡的发光情况，正确的说法是〔 〕假设A灯中的电流比B灯大，则A灯一定比B灯亮假设A灯两端的电压比B灯大，则A灯一定比B灯亮假设电流对A灯做的功比B灯多，则A灯一定比B灯亮假设A灯消耗的电功率比B灯大，则A灯一定比B灯亮分析与解答：白炽灯是利用电流的热效应工作的，而灯泡的亮度取决于灯泡的实际功率，只有通过灯泡的电流大，灯泡两端的电压大，不能得到灯泡实际功率大这一结论，电流做功多，同样不能确认实际功率大。答案：D［例2］如下图，电源电动势为E=30V，内阻为r=lQ，电灯上标有“6V12W”字样，直流电动机线圈电阻R=2Q，假设电灯恰能正常发光，求电动机输出的机械功率？

P12分析与解答：因为电灯恰能正常发光，所以闭合电路中的电流为I€-灯€12A€2AU6电源的总功率为Pe=IE=2x30W=60wU6电灯、电动机线圈电阻、电源内阻可作为纯电阻处理，它们消耗的电能全部转化为电热，电路中总的热功率为：Pq=P+I2〔R+r〕=［12+22X〔2+1〕］W=24wQ灯 」由能量守恒定律有pE=pq+p机EQ机则电机输出的机械功率为P机=PE-Pq=(60-24)W=36W［例3］某商场安装了一台倾角为30°的自动扶梯，该扶梯在电压为380V的电动机带动下以/s的恒定速度向斜上方运动。电动机的最大输出功率为4.9kW，不载人时测得电动机中的电流为5A,假设载人时扶梯的移动速率和不载人时相同，则这台自动扶梯可同时乘载的最多人数是多少？〔设人的平均质量为60kg,g=10m/s2〕分析与解答：因为电动机有最大输出功率，这就决定了自动扶梯载人也有最大限额。从功率关系来看，电动机的输出功率，〔1〕提供扶梯自身运动所需功率；〔2〕转化为扶梯上的人以恒定速率向上所需的功率。设：可同时乘载的最多人数为n人，此时电动机处于最大输出功率状态，扶梯本身向上运动所需功率为：P1=IU=5X电动机的最大输出功率为P，n个人以恒定速率v=/s随扶梯向上运动所需功率为：P2=P-P1注意：扶梯对人的支持力竖直向上，而人的运动方向与水平面有一夹角0，故克服重力的功率为P€mgvsin,，而不是P=mgv［例4］如下图，当滑动变阻器的滑动触点向上端移动时〔 〕R11R3电压表的读数增大，电流表的读数减小电压表和电流表的读数都增大

电压表和电流表的读数都减小电流表的读数增大，电压表的读数减小分析与解答：当滑动触头向上滑动时，有R3T€R23并t€R外f,I总J€U端T〔即电压表示数增大〕uT—IrIi3=i总-i2=〔Ij——端 总^—〕j〔即电流表示数减小〕3 ■/总 2 ■/总R2R•R•虫3 2分析与解答：外电路的总电阻为R=——务„RR1R+—3 2根据闭合电路欧姆定律可知,电路中的总电流为E6U2=I•并=/・6…6= QQQ6„6I= = A=1.5AR+r3.8+0.2即电流表A1的读数为1.5A对于R2与r3组成的并联电路，根据部分电路欧姆定律，并联部分的电压为R•R3 2X3V=4.5VRR+—■3 2即电压表V2的读数为4.5V对于含有R2的支路，根据部分电路欧姆定律，通过R2的电流为U4.5I2=RT2飞EA2即电流表A2的读数为0.75A电压表V测量电源的路端电压，根据E=U外+U内得1 外内

U]=E—IrX0.2V=5.7V即电压表V]的读数为5.7V的电压，故R23.2V的电压，故R23.2V0.8A=4€R1断开前，R2上电压为0.75x4V=3V,而此时电压表示数为2V，故R3上的电压为1V,U1V U2VI二3二二0.25A,R=—二一-二8€3R 4€ -I0.25A33由E=U+Ir可得外R1断开前：E=3V+〔〕r①R1 ②解①、②两式可得E=4V，r=lQTOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"A.VB. C. D.一电源〔电动势为E,内阻为r〕，当它和一标有“6V3W”的小灯泡构成闭合回路时，小灯泡恰好正常发光。如果该电源与一标有“6V6W”的小灯泡构成一闭合回路，该灯泡〔 〕A.正常发光 B.比正常发光暗C.比正常发光亮 D.不知电源内阻的大小，无法确定如下图电路中，A、B两灯均正常发光，R为一滑动变阻器，P为滑动片，假设将滑动片向下滑动，则〔 〕

R2越大，R2上消耗功率越大R2越大，R1上消耗功率越大当R]=R2+r时，比上消耗的电功率最大当R2=R1+r时，R2上消耗的电功率最大如下图电路中，电动势为E,内阻为r的电源与一滑动变阻器构成闭合电路，当滑动触片移动时，滑动变阻器两端电压和电路中电流的关系图象如下列图中的〔〕1.B解析：试题答案I1.B解析：试题答案I€I,U€IR二1.6V,U二E2R—,U二2VR+r12BCD解析：“12解析：“12R=(er)2R2=12U2(R+r一R)212-R2―4(R+r)1D解析：由U二E—Ir可知，当E、r一定时，U与I间的图线如图D所示外外解析：电动机电路为非纯电阻电路，输出电动机的电功率，一方面转化为机械功率输出，另一方面转化为线圈电阻的发热功率，正常工作时，通过线圈的电流即为正常工作电流，由焦耳定律Q=l2Rt得1280=12x0.8x1解得