初中物理欧姆定律电功和电功率.pdf

第 1 页（共 8 页）初中物理欧姆定律初中物理欧姆定律.电功和电功率电功和电功率一、知识结构：二、学习方法指导：1、欧姆定律：导体中的电流，跟导体两端的电压成正比，跟导体的电阻成反比。表达式。RUI 欧姆定律是电学中的一条重要基本定律，它揭示了导体中的电流、电压和电阻之间的关系。理解欧姆定律时，要注意以下几点。(1)对应性中，I、U、R必须是同一段电路的同一个电阻的，同一个用电器的，或是整个电路的，即要一一对应，不RUI 能张冠李戴。在实际电路的计算中，往往有几段电路，每段电路都有各自对应的 I、U、R，因此，在解题时，首先要明确研究的是哪一段电路，然后再找准与这一段电路相对应的 I、U、R，并给“同一段电路”上的 I、U、R 标上同一种脚标。第 2 页（共 8 页）(2)时间性即使是同一个电路，由于开关的闭合、断开，滑动变阻器滑片的左、右移动，将引起电路中各部分电流和电压的变化，因此，必须保证中的三个物理量是同一时间的值，切不可混淆电路结构变化前后的I、U、R的对应关系。RUI(3)区别和的意义RUI IUR 对和两式要有正确的理解，从数学角度看不出两式有什么本质的区别，但它们的物理意义不同，RUI IUR 表明导体中的电流跟这段导体两端的电压成正比，跟这段导体的电阻成反比，但对公式也理解为导体RUI IUR 的电阻跟这段导体两端的电压成正比，跟导体中的电流成反比那就错了。因为电阻是导体本身的一种性质，其大小是由导体的材料、长度和横截面积决定的，而与导体两端的电压及导体中的电流无关，也并不是导体两端的电压为零时，导体的电阻也为零，我们只不过是利用这一公式来测量计算导体的电阻，对同一导体来说是不变的，但对不同导IU体一般不同。IU2、额定功率和实际功率用电器在额定电压下的功率叫做额定功率。用电器的实际功率随着加在它两端的电压而改变。例如:“220V、100W”的灯泡，其额定电压是 220V，在此电压下灯泡正常发光，消耗的实际功率是 100W，这个功率叫额定功率。如果把此灯泡接在 110V 的电源上，灯泡消耗的实际功率小于 100W。若将灯泡接在 230V 的电源上，灯泡消耗的实际功率将大于 100W。3、灯泡的电阻:一只“220V、100W”的灯泡，在正常工作时的电阻可用 P=计算出来，即:R=U2/P=2202/100=484(欧)。若把此RU2灯泡分别接在 110V 或 230V 的不同电源上时，灯泡的实际电阻发生变化，不再是正常发光的 484 欧。为计算方便若没有特别说明，通常我们可视为灯泡的电阻不变(即为正常发光时的数值)。4、对电热器来说，在原理上是一个电阻，电流通过电热器所做的电功，都消耗在电阻的发热上，即电能完全转化为内能。依据电功W=UIt和电功率P=UI，结合或U=IR可有W=t=I2Rt和P=I2R。RUI RU2RU2有些用电装置，例如电动机、电解槽等，当电流通过时也会发热，这说明在它们的内部也有电阻；但同时还可获得机械能或化学能等除内能以外其他形式的能量，这种能量也是由电能在这些用电装置中转化来的。依据能的转化和第 3 页（共 8 页）守恒定律应有：在电动机中：输入的电能=输出的机械能+增加的内能在电解槽中：消耗的电能=产生的化学能+增加的内能若以单位时间来计量能量的转化，即以功率计算，则输入的电功率 P入=IU，因电阻发热而消耗的电功率P热=I2R。显然，P入P热，即UII2R，或UIR，即在这种电路中，对于形式的欧姆定律不再成立(这种电路叫做非纯RUI 电阻电路，其中的电流、电压和电阻的相互关系不再能用、U=IR的形式表述)。RUI 在非纯电阻电路中，电功W=UIt，电功率 P=UI，但是电功Wt 或WI2Rt；同样，电功率PU2/R或RU2PI2R。5、解题步骤：(1)明确题意，根据题意和电路图分析电路结构和各电路元件在电路中所起的作用。(2)画出等效电路图，并在图上标明已知量和未知量。(3)根据电功率公式、欧姆定律、串并联电路的特点，以及题目给定的条件列方程。(4)建立方程组，将已知数据带入方程，注意对应关系。三、例题分析：例 1、如图所示的电路电压恒定不变，如图所示的电路电压恒定不变，R RababR R0 0，当滑片从，当滑片从a a向向 b b滑的过程中，问各物理量的变化情况及各量滑的过程中，问各物理量的变化情况及各量间的关系。间的关系。分析与解这是一个动态物理问题，由于滑片 P 向b端滑动，变阻器接入电路的电阻Rx 增大(1)R=R0+Rx，总电阻总电阻R R增大增大I=，电流表示数变小XRRU0Uo=IRo定值电阻两端电压Uo 变小Ux=UUo 电压表示数变大(2)Po=()2Ro，定值电阻消耗的功率变小定值电阻消耗的功率变小XRRU0当Rx=0 时，P0max=U2/R0第 4 页（共 8 页）当Rx=Rab时，P0min=()2RoabRRU0(3)P=Po+Px=，电路消耗的总功率减小电路消耗的总功率减小XRRU02当Rx=0 时，Pmax=U2/R0当Rx=Rab时，Pmin=abRRU02(4)Px=()2Rx=XRRU002024RRRRUXX当Rx=R0时，PXmax=U2/4Ro滑片移向b的过程中Rx 增大，变阻器消耗的功率先变大后变小，函数图象如图2。当RxRo 时，Px 随Rx 增大而增大。当RxRo 时，Px 随Rx 增大而减少。注意：滑片移向b的过程中Rx 增大，当RabRo 时，变阻器消耗功率逐渐变大。PXmax=()2RababRRU0当Rab=Ro 时，变阻器消耗功率逐渐变大，PXmax=U2/4Ro(5)滑片移向b的过程中，Rx 增大，Po:Px=I2Ro:I2Rx=Ro:Rx，Po:Px 值变小Po:P总=I2Ro:I2(Ro+Rx)，Po:P总值变小。例 2：如图所示的电路中，电源电压保持不变，电阻R1=10，R2=20，R3的阻值不等于零，当断开开关 S 后，电压表的示数为 6V，当闭合开关S 后电压表的示数可能是()A.11V B.10V C.9V D.8V分析与解这是一道求电压取值范围的习题，从题目中所给的条件可知定值电阻 R3阻值未知，其限制条件为 R30，本题求在开关 S 闭合后电压表示数的取值范围。当 S 断开时，由电阻 R1、R2和 R3组成串联电路。U=U2(R1+R2+R3)/R2，即 U=6(10+20+R3)/20(1)当 S 闭合时，电阻 R1被短路，R2、R3组成串联电路U=U2(R2+R3)/R2，即 U=U2(20+R3)/20(2)由(l)、(2)可得：6(10+20+R3)/20=U2(20+R3)/20第 5 页（共 8 页）U2=333206062020106RRR当 R30 时，U2=9V当 R3时，U2=6VS 闭合后电压表取值范围为 6VU29V，给定选项中只有 D 选项符合题意，因此选：D。说明：从题中可以看到建立的方程数比未知数的个数少，因而解题难度较大，必须灵活运用数学知识才能正确迅速进行物理问题的运算。可见解决物理问题时，数学知识是必不可少的。例 3：已知电路由两个定值电阻、一个开关和电压为 60V 的电源用导线连成的，且电源电压恒定。当开关处于一状态时，电路的电功率为 40W，当开关处于另一状态时，电路的电功率增加了 20W，求两定值电阻的阻值。分析与解首先要清楚电源电压恒定的物理意义，根据欧姆定律，当电路“电压恒定”时，电路中的总电流与总电阻成反比，在这样条件的电路中，总电阻的改变是第一控制变量，由题目中“电压恒定”的条件，想方设法改变两电阻组成的电路的总阻值是解题关键。利用开关，“并联闭合短路，串联断开断路”的作用来改变两电阻组成的电路的总阻值，连接方式如图 4、图 5 所示。(1)由图 4 所示：S 断开，40602122121RRRRUPS 闭合，606012121RRUP联立和解得：R1=60，R2=30(2)由图 5 所示：S 断开，406012122RRUP解得：R1=90 22221212290906060RRRRRRUp第 6 页（共 8 页）S 闭合，解得：R2=180说明：开关的断开、闭合会引起电路结构的变化，全面考虑问题、正确画出两种连接方式的电路图是解答本题的关键。例 4：如图 6 所示电路中，电源电压恒定，滑动变阻器最大阻值为 20。当开关 S1断开、S2闭合,滑动变阻器滑片P 位于变阻器的 b 端时,电压表示数为 4V；当开关 S1闭合、S2断开,滑动变阻器滑片 P 位于变阻器中点时,电压表V1示数为 2V,电流表示数为 0.4A,灯泡 L2正常发光。求:V1A1(1)此时电压表的示数为多少?V3(2)灯泡 L2的额定功率为多少?(温度对灯丝电阻的影响忽略不计)分析与解图 6 涉及的电路元件达 11 个之多。电路计算问题中，首先要识别电路，识别电路图关键要抓住一个“去”字:去掉开路部分;去掉短路部分;去掉电压表。电压表的内阻认为无穷大，视为开路，可直接去掉;去掉电流表，电流表的内阻认为很小,可将电流表换成一段导线。首先，将图 6 中的电流表和电压表去掉,则可得到图 7,这就简单多了。当开关 S1断开、S2闭合,滑动变阻器滑片 P 位于 b 端时,S1处开路,L1被短路,则去掉这两部分,从而得到图 8;当开关 S1闭合、S2断开,S2处开路,滑动变阻器被短路,则去掉这两部分,从而得到图 9。第 7 页（共 8 页）解:当开关 S1断开,S2闭合时,灯泡 L2与滑动变阻器 R 串联。这时电压表测量滑动变阻器两端电压。U2=IR2=(UR/R)V1R2U=U2+UR=(UR/R)R2+UR,U=4R2/20+4 当开关 S1闭合,S2断开时,灯泡 L1和灯泡 L2串联。这时,电压表测量灯泡 L1两端电压,电流表测量串联电路中V1A1的电流。U=U2+U1=IR2+U1 U=0.4R2+2由式、解得，灯泡 L2的电阻 R2=10，电源电压，即电压表的示数 U=6V，故灯泡 L2的额定功率为：P2=IV32R2=(0.4A)210=1.6W说明:搞清每种情况下的电路结构是解题的关键，这也是此题考查的主要目的之一。例 5、有一种电冰箱，只有在压缩机工作时才消耗电能。将一台这样的电冰箱单独接在标有“3000r/kWh”字样的电能表上，测得电冰箱压缩机连续工作 10min，电能表的表盘转过了 75 转。求:(1)这台电冰箱压缩机的功率多大?(2)如果测得该电冰箱某一天耗电为 1.2kWh，设压缩机每次连续工作时间都是 15min,并且每次工作后的间歇时间也都相等,那么,它的间歇时间的可能值是多少 min?(设电冰箱压缩机工作时功率保持不变,计算结果保留整数)分析与解(1)电能表的转盘转过 75 转,压缩机所消耗的电能为：W=1 kWh75/3000=0.025 kWh故电冰箱压缩机的功率为：P=WtW1506010106.3025.06(2)压缩机连续工作一次消耗的电能为：W=Pt=1501560=1.35105J 24 小时内压缩机启动的次数为：n=次321035.1106.32.156总WW又在 24h 内压缩机工作的总时间为：t1=nt=3215min=480min在 24h 内压缩机间歇的总时间为：t2=tt1=2460min480min=960min第 8 页（共 8 页）故在 24h 内，压缩机停机的次数最少为 31 次，最多为 33 次。所以，压缩机最长间歇时间为：t2=t2/31=960min/31=31min压缩机最短时间间歇为：t2”=t2/33=960min/33=29min即压缩机的间歇时间在 2931min 之间。说明：这是一道典型的 STS 型试题，主要考查学生灵活使用电功率定义式 P=W/t 的能力和利用电能表测定用电器功率的方法。解这类问题的关键是，要搞清电能表所标3000r/kWh的含义及了解电冰箱压缩机的工作规律。例 6、在测小灯泡电功率的实验中，如果实验器材完好无缺，但经常碰到下列几种不正常的情况，请分析原因并设法排除。实验电路如图 10 所示:1.闭合开关后，灯泡发光，但瞬间灯丝熔断，电路不工作，示数为零，示数很大。A V分析：变阻器 Ro 接入电路的电阻太小，灯泡两端的电压大于额定电压，强电流将灯丝熔断。解决的办法是：将滑动变阻器的滑片移至阻值最大处，更换己烧坏的灯泡。2.开关闭合后，两电表指针左右摆动，灯泡忽亮忽暗。分析：线路接触不良。排除方法：逐个接头进行检查，特别检查接线柱下面的螺母是否松动，并将其扭紧。3.开关闭合，滑动滑片 P，灯泡亮度不变且很暗，两电表示数不变。分析：变阻器接线错误，两端接线都接在变阻器下面的两个接线柱上，变阻器在电路中起定值电阻(阻值最大)的作用。排除方法：改接一上一下接线柱。4.开关闭合后，灯泡能正常工作，但或指针反向偏转。A V分析：或接线错误，排除方法：将两个接线柱的接线对调。A V5.开关闭合后，灯泡能正常工作，但或指针偏转太大(超 A V量程)或太小。分析：电表的量程选择不当，排除方法：改用合适的量程。6.开关闭合后，灯泡不亮，示数为零，而指针偏转却很 A V大。分析：出现此故障有两个可能，一是灯丝断了，二是、A接错位置(如图 11)，V电路里串联了一只内阻特别大的电压表，通过电路的电流趋于零，而电压表的示数接近电源电压。排除方法：一.更换灯泡。二.两只电表对调。