資源簡介

第十八章　電功率　復習課
素養目標
1.結合電流做功過程中的能量轉化,理解消耗的電能、電功、導體產生的熱量,弄清楚三者之間的關系;會測量電能,能熟練應用電功公式和焦耳定律及其變形公式。
2.結合電功率的定義、電功公式、焦耳定律,區分電功率、電熱功率;能熟練選擇適當的功率公式進行分析和計算。
3.會根據P=UI測量小燈泡的額定功率和實際功率;能根據轉換法和控制變量法,設計實驗探究導體產生熱量多少的影響因素。
◎重點:利用電功率、焦耳定律及其變形公式進行分析和計算;測量小燈泡的電功率。
思維導圖
單元達標
達標點一 電功率的相關計算
例1 如圖所示的電路,電源電壓恒為18 V,電流表的量程為0~0.6 A,電壓表的量程為0~15 V,小燈泡L上標有“6 V　3 W”的字樣,滑動變阻器的規格為“100 Ω　1 A”。閉合開關S后,在確保兩個電表的示數均不超過所選量程,燈泡L兩端電壓不超過額定電壓(燈絲電阻不變)的前提下,求:
(1)小燈泡的電阻RL;
(2)滑動變阻器允許調節的阻值范圍;
(3)電路消耗總功率的變化范圍。
思維導引 由圖可知,燈泡和滑動變阻器串聯,電壓表測量滑動變阻器的電壓,電流表測電路中的電流。(1)根據P=算出小燈泡的電阻RL。(2)(3)當電壓表的示數為15 V時,滑動變阻器連入的電阻最大,電路中的電流最小,根據串聯電路的電壓特點和歐姆定律求出電路中的電流、滑動變阻器接入電路的最大阻值,再根據P=UI求出電路中的最小電功率;已知小燈泡的規格“6 V　3 W”,則可求出燈泡的電阻及額定電流,比較額定電流及電流表的最大量程,可得出電路中允許通過的最大電流,根據歐姆定律和串聯電路電阻的規律算出滑動變阻器的最小值;根據P=UI求出此時電路中的最大功率。
方法突破
電學計算時的重點注意事項
運用公式解題時,不僅要明白公式中各個物理量的含義,更要明確每個已知條件對應的是哪個電路元件的已知條件,代入公式求解時切不可張冠李戴。
【答案】例2　由圖可知,燈泡和滑動變阻器串聯,電壓表測量滑動變阻器的電壓,電流表測電路中的電流;
(1)根據P=得,小燈泡的電阻:
RL===12 Ω
(2)為保護電壓表,滑動變阻器兩端的最大電壓為15 V,此時滑動變阻器連入的電阻最大,電路中的電流最小,此時燈泡兩端的最小電壓UL'=U-U滑=18 V-15 V=3 V,此時電路中的電流最小:
Imin===0.25 A
滑動變阻器接入電路的最大阻值:
R滑max===60 Ω
燈泡正常發光時的電流:
IL===0.5 A
因為電流表要求IL<0.6 A,所以電路中的最大電流應為Imax=IL=0.5 A,此時電路的總電阻:
R===36 Ω
滑動變阻器的最大電阻:
R滑min=R-RL=36 Ω-12 Ω=24 Ω
所以滑動變阻器的范圍為24 Ω~60 Ω。
(3)整個電路的最小功率:
Pmin=UImin=18 V×0.25 A=4.5 W
整個電路的最大功率:
P總大=UImax=18 V×0.5 A=9 W
電路消耗總功率的變化范圍為4.5 W~9 W
達標檢測
1.在如圖所示的電路中,電源電壓為3 V保持不變,滑動變阻器R2標有“20 Ω　2 A”字樣。只閉合開關S1,電流表示數為0.3 A。
(1)求電阻R1的阻值;
(2)求通電10 s,電流通過電阻R1所做的功W;
(3)再閉合開關S2,移動滑動變阻器滑片P,求此時電路的最小總功率P最小。
【答案】1.(1)只閉合開關S1,電路為只有R1的簡單電路,電阻R1的阻值:
R1===10 Ω
(2)通電10秒鐘,電流通過電阻R1所做的功:
W=UI1t=3 V×0.3 A×10 s=9 J
(3)閉合開關S2,R1、R2并聯,要使R1和R2消耗的總功率最小,即電路中總電阻最大,即滑動變阻器滑片P移至最右端,通過R2的最小電流:
I2===0.15 A
電路中最小電流:
I=I1+I2=0.3 A+0.15 A=0.45 A
則最小總功率:
P最小=UI=3 V×0.45 A=1.35 W
達標點二 測量小燈泡的電功率
例2 在測定小燈泡的電功率實驗中,小明設計了如圖甲所示的電路,其中小燈泡的額定電壓為2.5 V,電源由兩節新干電池串聯組成。
(1)檢查儀器時,發現電流表指針位置如圖乙所示,則應對電流表進行 。
(2)閉合開關前,應將變阻器的滑片置于 (選填“A”或“B”)端;閉合開關,移動變阻器滑片,當電壓表的示數如圖丙所示時,小燈泡兩端的電壓為 V,如要使電路中電流變大,應將變阻器的滑片向 (選填“A”或“B”)端滑動。
(3)實驗時,觀察小燈泡在三種電壓下的發光情況,實驗現象和數據如下表所示。
序號 小燈泡兩端的電壓U/V 通過燈絲的電流I/A 小燈泡的發光情況
1 1.5 0.20 暗
2 2.5 0.32 亮
3 2.8 0.35 很亮
由表可知:①小燈泡的額定功率為 W;
②在不同電壓下,小燈泡的電阻不相同,原因是燈絲電阻受到 的影響;
③在電壓表示數為2.8 V時,小燈泡發出很亮的光,過一會兒后小燈泡燒壞,此時電壓表的示數為 V;
④小燈泡的亮度是由實際功率決定的,若將標有“220 V　40 W”的燈泡L1和標有“220 V　60 W”的燈泡L2串聯后接到家庭照明電路中,燈泡 更亮。
思維導引 (1)電流表使用前要調零;(2)為保護電路,閉合開關之前應將變阻器的滑片置于阻值最大處;根據電壓表選用小量程確定分度值讀數;如要使電路中電流變大,應使電路中電阻變小;(3)①燈在額定電壓下正常發光,由表中數據知燈在2.5 V時的電流,根據P=UI求出小燈泡的額定功率;②燈絲電阻受到溫度的影響;③分析小燈泡燒壞后電壓表的連接,據此回答;④根據P=,比較“220 V　40 W”燈泡L1和標有“220 V　60 W”燈泡L2的電阻大小;根據串聯電路電流的規律及P=I2R分析燈泡的亮暗。
【答案】例2 (1)調零
(2)B　2　A
(3)①0.8
②溫度
③3
④L1
達標檢測
2.實驗某小組在“測定額定電壓為2.5 V的小燈泡的額定電功率”的實驗中,電源電壓保持不變,部分電路連接如圖甲所示。
　　　　　甲　　　　　　　　　　　乙
(1)請用筆畫線表示導線將圖甲所示電路連接完整,要求:滑動變阻器的滑片向左移動,電壓表示數變大。
(2)正確連接電路后,閉合開關,調節滑動變阻器的滑片,使電壓表的示數剛好為2.5 V,電流表示數如圖乙所示,小燈泡的額定功率為 W。
(3)實驗結束后,該小組對測量結果進行誤差分析,考慮到電壓表中也有電流通過,該電路所測小燈泡的額定電功率與真實值相比 (選填“偏大”或“偏小”)。
【答案】2.(1)
(2)0.9
(3)偏大
達標點三 電熱的相關計算
例3 某品牌家用電熱水器的簡化電路如圖所示,熱水器有快加熱、慢加熱和保溫三個工作狀態。熱水器內裝有40 kg的水,慢加熱額定功率為1210 W,保溫額定功率為605 W,R1、R2均為加熱電阻(溫度對電阻的影響忽略不計)。[水的比熱容c=4.2×103 J/(kg·℃)]問:
(1)熱水器把水從20 ℃加熱到70 ℃時,水吸收的熱量是多少 J
(2)開關S1閉合,S2接b點時,電熱水器處于慢加熱工作狀態,電阻R1的阻值是多少Ω
(3)電熱水器在快加熱工作狀態下正常工作,要產生2.42×106 J的熱量,需要多少 s
思維導引 由電路圖可知,開關S1閉合、S2接a時,R1與R2并聯;開關S1閉合、S2接b時,電路為R1的簡單電路;開關S1斷開、S2接a時,電路斷路;開關S1斷開、S2接b時,R1與R2串聯,根據P=可知,電路中的電阻越小,電路的總功率越大,據此判斷電熱水器的擋位。(1)根據Q=cmΔt計算熱水器把水從20 ℃加熱到70 ℃時水吸收的熱量。(2)開關S1閉合、S2接b時,電路為R1的簡單電路,電熱水器處于慢加熱擋,根據R=求出電阻R1的阻值。(3)當兩電阻串聯時,電路處于保溫狀態,根據R=求出串聯電路總電阻,再根據串聯電路電阻規律求出R2的阻值;根據并聯電路的電阻特點,可求得R1與R2并聯時的總電阻,然后利用P=求出快加熱功率,根據Q=W=Pt算出快加熱工作狀態下的加熱時間。
【答案】例3　(1)水需要吸收的熱量:
Q=cmΔt=4.2×103 J/(kg·℃)×40 kg×(70 ℃-20 ℃)=8.4×106 J
(2)開關S1閉合、S2接b時,電路為R1的簡單電路,電熱水器處于慢加熱擋,由P=可得,電阻R1的阻值:
R1===40 Ω
(3)開關S1斷開、S2接b時,R1與R2串聯,電路中電阻最大,總功率最小,電熱水器處于保溫擋,此時電路的總電阻:
R串===80 Ω
R2的阻值:R2=R串-R1=80 Ω-40 Ω=40 Ω
開關S1閉合、S2接a時,R1與R2并聯,電路中電阻最小,總功率最大,電熱水器處于快加熱擋=+,即=+,解得:R并=20 Ω
則快加熱功率P快加熱===2420 W
所用的時間:
t快===1000 s
達標檢測
3.如圖所示,這是一款電蒸鍋的簡化電路圖,它具有高溫和低溫兩個擋位。高溫擋加熱功率為2000 W。R1、R2均為加熱電阻絲,R2的電阻為72.6 Ω。問:
(1)電阻R1的阻值是多少
(2)電蒸鍋低溫擋的功率是多少
(3)若不計熱量損失,用電蒸鍋高溫擋將2.5 kg 水從20 ℃加熱到100 ℃,需要多長時間 [c水=4.2×103 J/(kg·℃)]
【答案】3.(1)高溫擋時,為R1的簡單電路,高溫擋加熱功率為2000 W,根據P=,R1===24.2 Ω
(2)低溫擋時,兩電阻串聯,電蒸鍋低溫擋的功率:P低===500 W
(3)把2.5 kg水從20 ℃加熱到100 ℃吸收的熱量:
Q吸=cm(t-t0)=4.2×103 J/(kg·℃)×2.5 kg×(100 ℃-20 ℃)=8.4×105 J
不計熱量損失,消耗的電能:W=Q吸=8.4×105 J
需要的加熱時間:
t'===420 s
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