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第六章 復(fù)習(xí)課
素養(yǎng)目標
1.結(jié)合電流做功過程中的能量轉(zhuǎn)化,理解消耗的電能、電功、導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量,弄清楚三者之間的關(guān)系;會測量電能,能熟練應(yīng)用電功公式和焦耳定律及其變形公式解決問題。
2.結(jié)合電功率的定義、電功公式、焦耳定律,區(qū)分電功率、電熱功率;能熟練選擇適當(dāng)?shù)墓β使竭M行分析和計算。
3.會根據(jù)P=UI測量小燈泡的額定功率和實際功率;能根據(jù)轉(zhuǎn)換法和控制變量法,設(shè)計實驗探究導(dǎo)體產(chǎn)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(dǎo)圖】
【單元達標】
達標點1電能的計量
例1　如圖所示的電能表的讀數(shù)是 kW·h;若該電能表的表盤轉(zhuǎn)了360轉(zhuǎn),則此時的用電器消耗了 kW·h的電能。
思路導(dǎo)引　電能表讀數(shù)時,注意最后一位是小數(shù),單位是kW·h;已知電能表消耗1 kW·h時轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)數(shù)N,電能表實際的轉(zhuǎn)數(shù)n,則用電器消耗的電能為W=。
達標檢測
1.小林家中五月月初和月末電能表示數(shù)如圖所示。這個月他家的用電量是 度,若小林家所在地區(qū)每度電的電費是0.6元,這個月他家應(yīng)交 元電費。
【答案】達標點一
例1　201.8　0.6
達標檢測
1.80　48
解析　這個月消耗的電能W=866.9 kW·h-786.9 kW·h=80 kW·h=80度,這個月應(yīng)交的電費為0.6元/度×80度=48元。
達標點2電功、電功率的計算
例2　如圖所示,電源電壓恒定,R1為定值電阻,燈泡L上標有“6 V　3.6 W”,將R2的滑片P移至b端,先閉合S、S2,電流表示數(shù)I=0.12 A;再將R2的滑片P移至a端,L正常發(fā)光,忽略溫度對燈泡電阻的影響。
(1)求電源電壓U。
(2)最后閉合S1,電流表示數(shù)變?yōu)镮'=0.9 A,求R1的阻值。
(3)若R2的滑片P的位置及各開關(guān)狀態(tài)任意組合,求電路工作時的最小電功率。
思路導(dǎo)引　利用P=求出燈泡L的電阻,利用P=UI求燈泡的額定電流;(1)當(dāng)S、S2閉合,將R2的滑片P移至a端時,電路為燈泡L的簡單電路,燈泡L正常發(fā)光,電壓為額定電壓,也是電源電壓;(2)當(dāng)S、S1、S2閉合,R2的滑片P移至a端時,電阻R1與燈泡L并聯(lián),利用并聯(lián)電路的電流特點求出通過R1的電流,利用R=求R1的阻值;(3)由P=可知,電源電壓U恒定時,電路中的總電阻最大時,電路的電功率最小。利用串聯(lián)電路的電阻特點求出電路中的最大電阻,利用P=求出電路中的最小電功率。
達標檢測
2.某些電阻的阻值會隨溫度的變化而明顯改變,利用電阻的這種特性可以制成電阻溫度計,從而用來測量溫度。在如圖甲所示的電路中,電流表量程為0~0.6 A,電源電壓恒為6 V,R滑為滑動變阻器,電阻R作為溫度計的測溫探頭。當(dāng)t≥0 ℃時,R的阻值隨溫度t的變化關(guān)系圖像如圖乙所示。閉合開關(guān)S后,把R放入0 ℃環(huán)境中,調(diào)節(jié)滑動變阻器R滑,使電流表指針恰好滿偏(即0.6 A),然后保持R滑的阻值不變。
(1)在0 ℃環(huán)境中通電30 s,整個電路消耗的電能是多少
(2)滑動變阻器接入電路的電阻R滑為多大
(3)再把測溫探頭R放到100 ℃環(huán)境中時,R消耗的電功率多少
【答案】達標點二
例2
解:燈泡L的電阻RL===10 Ω
燈泡的額定電流IL額===0.6 A
(1)當(dāng)S、S2閉合,將R2的滑片P移至a端時,電路為燈泡L的簡單電路,此時電源電壓與燈泡L兩端的電壓相等,因為此時燈泡正常發(fā)光,所以電源電壓U=UL額=6 V
(2)當(dāng)S、S1、S2閉合,R2的滑片P移至a端時,電阻R1與燈泡L并聯(lián),通過燈泡L的電流:
IL=IL額=0.6 A
此時R1中的電流I1=I'-IL=0.9 A-0.6 A=0.3 A
定值電阻R1的阻值R1===20 Ω
(3)當(dāng)S、S2閉合,將R2的滑片P移至b端時,滑動變阻器的最大阻值與燈泡L串聯(lián),此時電路的總電阻:
R總===50 Ω
滑動變阻器的最大阻值:
R2=R總-RL=50 Ω-10 Ω=40 Ω
由P=可知,電源電壓U恒定時,電路中的總電阻最大時,電路的電功率最小,因為R1>RL,所以當(dāng)定值電阻R1與變阻器R2的最大阻值串聯(lián)時,電路的總電阻最大,此時應(yīng)閉合開關(guān)S、S1,斷開S2,總電阻R=R2+R1=40 Ω+20 Ω=60 Ω
電路的最小電功率:P===0.6 W
達標檢測
2.解:閉合開關(guān)S后,滑動變阻器R滑與測溫探頭R串聯(lián),電流表測電路中的電流
(1)在0 ℃環(huán)境下電路中的電流I=0.6 A
則通電30 s內(nèi)整個電路消耗的電能:
W=UIt=6 V×0.6 A×30 s=108 J
(2)當(dāng)R放入0 ℃環(huán)境中時,由圖乙可知,測溫探頭電阻R0=2 Ω,電路的總電阻:
R總===10 Ω
滑動變阻器接入電路的電阻:
R滑=R總-R0=10 Ω-2 Ω=8 Ω
(3)把測溫探頭R放到100 ℃環(huán)境中時,由圖乙可知,測溫探頭電阻R=7 Ω
此時電路中的電流I1===0.4 A
R消耗的電功率PR=R=(0.4 A)2×7 Ω=1.12 W
達標點3額定功率與實際功率
將“12 V　12 W”的小燈泡L1和“12 V　6 W”的小燈泡L2串聯(lián)起來,直接接到電壓恒定的電源兩端。開關(guān)閉合后,恰好有一個小燈泡正常發(fā)光,而另一個小燈泡比正常發(fā)光時暗些,則正常發(fā)光的小燈泡是 ,電源電壓是 V,發(fā)光較暗的小燈泡的實際功率是
W。(燈絲電阻不變)
思路導(dǎo)引　根據(jù)電功率公式的變形計算兩燈的正常發(fā)光時的電流,根據(jù)歐姆定律的變形計算兩燈泡的電阻;串聯(lián)后,電流相等,所以額定電流小的燈泡正常發(fā)光,額定電流大的燈泡比正常發(fā)光時暗;已知兩燈電阻,電路電流,根據(jù)U=IR計算電源電壓;由電功率公式P=I2R計算發(fā)光較暗的小燈泡的實際功率。
達標檢測
3.小王為了延長樓道路燈使用壽命,將標有“220 V　100 W”和“220 V　40 W”的兩只燈泡串聯(lián)使用。他觀察兩燈發(fā)現(xiàn)“220 V　100 W”的燈絲較 (選填“粗”或“細”),二者串聯(lián)使用時,該燈泡的亮度較 (選填“亮”或“暗”)。
【答案】達標點三
例3　L2　18　3
達標檢測
3.粗　暗
解析　由R=可得,電壓U相同時,功率越大的燈泡,其電阻越小,則“220 V　100 W”的燈泡電阻小。又知道燈絲的電阻與材料、長度、橫截面積有關(guān),在其他因素相同時,燈泡燈絲越粗電阻越小,因此“220 V　100 W”的燈絲粗。二者串聯(lián)使用時,電路中的電流相同,“220 V　100 W”的燈泡電阻小,由公式P=I2R可得,“220 V　100 W”的燈泡實際功率小,所以會暗一些。
達標點4電熱的相關(guān)計算
例4　如圖所示,這是某款家用電熱器的簡化電路,R1、R2為阻值一定的電熱絲。該電熱器接入電壓恒為220 V的電路中。電熱器高溫擋的功率為990 W,低溫擋的功率為110 W。求:
(1)低溫擋時通過電路的電流。
(2)電熱絲R2的阻值。
　　思路導(dǎo)引　由P=可知,電源電壓不變,當(dāng)總電阻最大時,總功率最小,電熱器處于低溫擋,此時開關(guān)S1閉合,S2斷開,R1工作;當(dāng)總電阻最小時,總功率最大,電熱器處于高溫擋,此時S1和S2閉合,R1和R2并聯(lián)。(1)已知電源電壓、低溫擋功率,根據(jù)P=UI變形公式可得低溫擋時電流;(2)根據(jù)R1和R2并聯(lián),R2的功率P2=P總-P1,再根據(jù)R2=可得電阻。
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4.圖甲為某電烤箱的內(nèi)部簡化電路,S1為自動控制開關(guān),R1和R2均為電熱絲,圖乙是電烤箱正常工作時電流隨時間變化的圖像。求:
(1)低溫擋工作時的功率。
(2)電熱絲R2的阻值。
(3)15 min內(nèi)R1消耗的電能。
【答案】達標點四
例4
解:(1)當(dāng)S1閉合,S2斷開時,電熱器處于低溫擋,低溫擋功率P1=110 W,I1===0.5 A
(2)當(dāng)S1、S2都閉合時,電熱器處于高溫擋,電阻R2的功率P2=P總-P1=990 W-110 W=880 W
電阻R2===55 Ω
達標檢測
4.解:由圖可知,閉合開關(guān)S,電路為R1的簡單電路,電路中的電阻較大,由P=可知電功率較小,處于低溫擋;當(dāng)S和S1閉合時,兩個電阻并聯(lián),電路中的總電阻較小,由P=可知電功率較大,處于高溫擋。
(1)由圖乙可知,低溫擋時的電流是6 A,低溫擋工作時的功率:
P低=UI低=220 V×6 A=1320 W
(2)低溫擋時只有R1的簡單電路,低溫擋時的電流是6 A,通過R1的電流是6 A,高溫擋時的總電流是10 A,高溫擋兩個電阻并聯(lián),通過R2的電流:
I2=I-I1=10 A-6 A=4 A
電熱絲R2的阻值為R2===55 Ω
(3)15 min內(nèi)R1消耗的電能:
W1=UI1t=220 V×6 A×15×60 s=1.188×106 J=0.33 kW·h
達標點5測量小燈泡的電功率
例5　圖1是“測量小燈泡電功率”的實驗電路圖,電源電壓恒定不變,小燈泡的額定電壓為2.5 V。
圖1　　　　　　　圖2
圖3
(1)本實驗中測量小燈泡電功率的實驗原理是 。
(2)閉合開關(guān)前滑片P應(yīng)移至 (選填“a”或“b”)端。圖2為根據(jù)電路圖所連接的實物電路,其中有一根導(dǎo)線連接不合理,請你在這根導(dǎo)線上畫“×”并改正。
圖2
(3)連接好電路,閉合開關(guān)后,無論怎樣移動滑片P,小燈泡都不發(fā)光,電流表指針幾乎不偏轉(zhuǎn),電壓表示數(shù)接近電源電壓,出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因可能是小燈泡 。
排除故障后進行實驗,并將實驗數(shù)據(jù)記錄在下表中。
實驗序號 電壓U/V 電流I/A 電功率P/W
1 1.5 0.28
2 2.5
3 3.0 0.38
　　(4)如圖3所示,移動滑片P使電壓表的示數(shù)為2.5 V時,電流表的示數(shù)為 A。
(5)分析實驗數(shù)據(jù),小燈泡的額定功率為 W。當(dāng)電壓表示數(shù)為1.5 V時,小燈泡的亮度比正常發(fā)光時 。
達標檢測
5. 小紅同學(xué)用圖甲所示的電路測量小燈泡的電功率。小燈泡標有“2.5 V”字樣。
(1)連接電路前,開關(guān)應(yīng) 。
(2)圖甲中有一根導(dǎo)線連接錯誤,請在該導(dǎo)線上打“×”,并用筆重新畫一根正確連接的導(dǎo)線。(要求滑動變阻器的滑片向A端移動時接入電路中的電阻變大,導(dǎo)線不得交叉)
(3)正確連接電路后,閉合開關(guān),發(fā)現(xiàn)小燈泡不亮,電路 (選填“一定”或“不一定”)出現(xiàn)了故障。
(4)實驗過程中,當(dāng)電壓表示數(shù)為1.8 V時,為了測量小燈泡的額定功率,需將滑片向 (選填“A”或“B”)端移動,此過程中小燈泡明顯變 。
(5)根據(jù)測量的數(shù)據(jù)繪制成I-U圖像(如圖乙),得出小燈泡的額定功率為 W。分析圖像還發(fā)現(xiàn),小燈泡的電阻值是變化的,主要受 影響。
【答案】達標點五
例5
(1)P=UI
(2)b
　答:
圖2
(3)斷路
(4)0.34
(5)0.85　暗
解析　(1)測量小燈泡電功率的實驗原理是P=UI;(2)閉合開關(guān)S前,為保護電路,應(yīng)將滑動變阻器的滑片P滑到阻值最大處,根據(jù)電源電壓分析電壓表所選的量程;(3)電流表無示數(shù),說明電路存在斷路,電壓表有示數(shù),且接近電源電壓,說明電壓表與電源兩端直接連接,說明電壓表并聯(lián)電路之外不存在斷路,據(jù)此分析可能是小燈泡斷路;(4)根據(jù)電流表所選量程確定分度值讀數(shù);(5)根據(jù)P=UI求出燈泡的額定功率,燈泡的亮度關(guān)鍵是看燈泡所在電路的實際電壓的大小:實際電壓大,實際功率就大,燈泡就亮,實際電壓小,實際功率就小,燈泡就暗。
達標檢測
5.(1)斷開
(2)答:
(3)不一定
(4)B　亮
(5)0.625　溫度
解析　(1)圖甲中,連接電路時,為了保護電路,開關(guān)應(yīng)處于斷開狀態(tài);(2)原圖中導(dǎo)線接在滑動變阻器的電阻絲兩端,應(yīng)采用一上一下的接法,根據(jù)滑片向A端移動時接入電路中的電阻變大可知,應(yīng)接B接線柱,改正后的電路如圖所示;(3)燈泡不發(fā)光,可能是電路電流太小,也可能是電路斷路或小燈泡被短路,故正確連接電路后,閉合開關(guān),發(fā)現(xiàn)小燈泡不亮,電路不一定出現(xiàn)了故障;(4)燈在額定電壓下正常發(fā)光,示數(shù)為1.8 V小于燈的額定電壓2.5 V,應(yīng)增大燈的電壓,根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律,應(yīng)減小變阻器兩端的電壓,由分壓原理,應(yīng)減小變阻器連入電路中的電阻大小,故滑片向B移動,直到電壓表示數(shù)為額定電壓;此時小燈泡兩端的電壓增大,通過的電流增大,小燈泡的實際功率變大,小燈泡的亮度變大;(5)由圖乙所示的I-U圖像可知,燈泡兩端的電壓等于額定電壓2.5 V時,通過燈泡的電流等于0.25 A,則燈泡的額定功率P=UI=2.5 V×0.25 A=0.625 W;由圖像知,當(dāng)小燈泡兩端電壓增大時,通過的電流也增大,實際電功率增大,燈絲溫度越高,電阻越大。
單元實踐作業(yè)
利用電能表測電功率
利用家里的電能表測量家里某個電器的實際電功率。
2

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