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电功率突破二 电路动态分析与焦耳定律漫画释义知识互联网 模块一 动态电路分析与计算思路导航可变电阻最大实际电功率的问题如图所示, 一个定值电阻R与一个滑动变阻器RP串联, 且RP阻值大于R. 我们比较熟悉的是定值电阻R的功率变化趋势, 即滑动变阻器阻值越小, 电流就越大, 根据, 定值电阻R的功率就越大.但是可变电阻RP的电功率又是如何变化的呢? 下面我们一起来探究一下吧.可变电阻最大实际电功率的问题所以, 当时, RP的功率最大, 且最大值为. 可变电阻电功率随其阻值变化规律如下图所示. 当RPR时, 随着RP的增加, P减少. 电功率变化量问题利用欧姆定律中, 建立起关系式解决电功率变化量的问题, 但注意, 电功率变化量, 能力提升【例1】 如图所示, 电源电压不变. 闭合开关后, 下列说法正确的是 ( )A. 若向右移动滑动变阻器的滑片, 会使电压表示数变大RPR0SAVB. 当滑动变阻器接入电路电阻最大时, 电路消耗的总功率最大 C. 若向左移动滑动变阻器的滑片, R消耗的电功率将逐渐变大D. 移动滑动变阻器的滑片, 会发现电流表与电压表变化情况相反【答案】 C【例2】 如图所示, 电源电压不变, 闭合开关S后, 滑动变阻器滑片P向b端移动过程中, 下列说法正确的是 ( )A. 电流表A1示数变小, 电路的总电阻变小B. 电流表A2示数不变, 电路消耗的总功率变小C. 电压表V示数变小, R1与R2两端的电压之比变小 D. 电压表V示数不变, 电压表V的示数与电流表A2的示数比值变大【答案】 B【解析】 等效电路图如图所示, 滑片P向b端移动过程中, 总电阻增大, 总电流减小, 电流表A1示数变小, 电流表A2示数不变, 电路总功率变小. SR1R2PR1R2【例3】 (多选) 如图所示的电路中, 电源电压U保持不变, R1为定值电阻, R2为滑动变阻器. 闭合开关S, 当滑动变阻器的滑片P从变阻器当中某一位置滑到最右端的过程中, R2的电功率有可能 ( )A. 始终变小 B. 始终变大C. 先变小, 后变大 D. 先变大, 后变小【答案】 ABD【解析】P2随R2变化的图如右图所示, 设滑片从某一点移动至最右端过程中, 电阻R2从变大至, 因此答案为ABD.【例4】 如图所示电路中, 电源两端电压保持不变, 在电路中M、N两点间接入一只标有“2.5V 0.75W”的小灯泡L1, 闭合开关S, 调节滑动变阻器滑片, 使L1恰好正常发光. 保持滑动变阻器滑片位置不变, 若在M、N两点间换接另一只标有“2.5V 2W”的小灯泡L2(L1和L2的灯丝电阻均保持不变), 下列说法中正确的是 ( )ASRPPabMNA. 电流表的示数为0.3AB. L2可能不发光或发出较暗的光C.L2的实际功率大于2WD. 要使L2正常发光, 需将滑动变阻器滑片适当向右调节【答案】 B【例5】 如图所示电路, 电源电压保持不变, 开关S闭合后调节滑动变阻器的滑片P, 使电压表的示数为10V, 滑动变阻器的功率是10W; 调节滑动变阻器的滑片P到另一位置时, 电压表的示数为5V, 此时滑动变阻器的功率是7.5W, 则定值电阻R0的阻值为 . 【答案】 10【例6】 如图所示电路, 电源两端电压U8V, 且保持不变, 定值电阻R1的阻值为8, L为标有“6V 3W”的小灯泡, 不考虑灯丝电阻随温度的变化. 滑动变阻器R2的阻值范围是020, 电流表量程为00.6A, 电压表量程为03V, 闭合开关S后, 要求灯L两端的电压不超过额定电压, 且两电表的示数均不超过各自的量程, 则小灯泡L消耗电功率的变化范围是_W. 【答案】 0.751.92R0SPVAL【例7】 如图所示的电路中, R0为定值电阻, 电源电压15V保持不变, 灯泡L上标有“6V”字样, 额定功率字迹不清楚, 电流表的量程为(00.6)A, 电压表的量程为(03)V. 当开关S闭合后, 滑动变阻器的滑片P在最左端时, 灯泡L恰好正常发光. 移动滑动变阻器的滑片P, 在保证电路元件安全的情况下, 灯泡L消耗的最小电功率与它的额定功率之比是 . (灯丝的电阻不受温度的影响)【答案】 16:25【例8】 如图甲所示电路, 电源两端电压不变. R1是滑动变阻器, R2是定值电阻. 当开关S闭合后, 逐步改变滑动变阻器接入电路的电阻值, 根据电压表与电流表的示数, 绘制的图像如图乙所示. 下列判断正确的是 ( )甲R2SAVR100.20.40.60.8161248I/AU/V乙A. 电路消耗电功率的最大值为7.2WB. 变阻器R1接入电路的最大阻值为120WC. 定值电阻R2的电阻值为40WD. 电源两端电压为10V【答案】 A模块二 焦耳定律探究实验及比例计算夯实基础【例9】 如图所示是某实验小组在“探究影响电流通过电阻丝产生热量的因素”时设计的一个实验方案: 将三个相同的空烧瓶口分别用完全相同的气球密封, 用三段阻值不同的电阻丝(R1R2R3)分别给三个烧瓶中的空气加热. 请回答下列问题: R1R2ab气球R3cS(1) 如图所示的电路要研究的是电流产生热量的多少跟_大小的关系. (2) 实验中, 通电一段时间后, 体积变得最大的是气球_(选填“a”、“b”、“c”或“一样大”). 由此可以得到的结论是: 在通电时间和 一定时, . 【答案】 (1) 电阻 (2) c; 电流; 电阻丝的电阻越大, 电流通过电阻丝产生的热量越多 【例10】 关于电流通过导体时产生的热量, 下列说法中正确的是( ) A. 根据可知, 时间相同, 电阻越大, 电流产生的热量越少B. 根据QI2Rt可知, 时间相同, 电阻越大, 电流产生的热量越多 C. 根据QUIt可知, 时间相同, 电压越大, 电流产生的热量越多D. 根据QI2Rt可知, 时间和电流相同时, 电阻越大, 电流产生的热量越多【答案】 D【例11】 在家庭电路中, 用甲、乙两根电热丝先后给完全相同的三壶水加热至沸腾. 单独接甲需用时间t1; 甲、乙串联需用时间t2; 则甲、乙并联需用时间t3 . 【答案】【解析】 .由焦耳定律可知: , , 解题关键控制变量: Q相等、U相等, 时间与总电阻成正比由(1)(2)可得电阻比: 由(1)(3)(4)可得: 【例12】 如果将电阻丝R1、R2串联接在电压为2U的电源两端, 电阻丝R1、R2在60s内产生的总热量为2Q; 如果只将电阻丝R1接在电压为U的电源两端, 电阻丝R1在120s内产生的热量为5Q; 如果将电阻丝R1、R2并联接在电压为U的电源两端, 要使电阻丝R1、R2产生的总热量为25Q, 则需要通电的时间是_s. 【答案】 480 【解析】 考点: 本题考查了焦耳定律中电路变换的比例问题, 属于难题. 解题方法: 选择合适的电功公式, 求出电阻之比; 再利用电阻之比找到电热与时间的关系.因为 所以, 并联电路中: 即并联电路中R1电热为20Q, R2电热为5Q.对比第二个状态和第三个状态, R1的两端电压相等, R1电热之比1:4, 所以时间之比为1:4, 即480s.模块三 电路变换计算强化训练能力提升【例13】 如图所示电路中, 电源两端电压为U, 且保持不变. R1、R2和R3为三个定值电阻, 已知R15. 当只闭合开关S2时, 电流表的示数为0.3A, 电路消耗的总功率为P; 当三个开关都闭合时, 电流表的示数变化了1.95A, 电路消耗的总功率为P. 当只断开开关S1时, 电流表的示数为0.45A, 电路消耗的总功率为P. 下列判断正确的是 ( )A. U6V, R220B. U9V, R330C. R310, P:P3:2D. R220, P:P2:15【答案】 D【例14】 如图所示的电路中, 电源两端电压U保持不变, 小灯泡上标有“12V 6W”字样, R1为定值电阻, 滑动变阻器的最大阻值为R2, 忽略温度对电阻的影响, 闭合开关S, 将滑动变阻器的滑片P移至最右端时, 电压表的示数为U1, 小灯泡的实际功率为其额定功率的1/4; 将滑动变阻器的滑片P移至最左端时, 电压表的示数为U2, 小灯泡正常发光. 若U1: U2=3: 2, 则滑动变阻器接入电路的最大阻值R2为 . SPBAC DR2R1L【答案】 48复习巩固【练1】 如图所示电路, 电源电压保持不变, R1为定值电阻, 滑动变阻器的最大阻值为R2, 当闭合开关S, 调节滑动变阻器阻值从最大变化到最小, 两个电阻的“UI”关系图像如图中的甲、乙所示. 当滑动变阻器的滑片P移到R2/3时, 则电路消耗的总功率 W. R2R1图甲P AV1V2R2S图乙丙2460.20.40.60.80I/AU/V8乙丙甲丙【答案】 3.2【解析】 滑动变阻器接入电路电阻最大时, 电路图如图1所示; 通过对图像的分析可知, 随着电流的增大而减小的是V2表, V1表随电流增大而增大. 于是可知最小电流和最大电流值, 可求两个电阻的阻值大小. 滑片移到最左端时, 电路图如图2所示. 滑动变阻器接入电路阻值为R2/3时电路图如图3所示. 【练2】 图甲是测量高于湖水警戒水位装置的原理图. 长方柱形绝缘容器A内部左右两面插有竖直薄金属板并与电路连接, 底部有一小孔与湖水相通, 且容器底面与警戒水位相平. 已知电源电压恒为6V, 小灯泡标有“2V 2W”字样(不考虑温度对灯丝电阻的影响). 两金属板间的湖水电阻R与x的关系如图乙所示(x为容器内水柱高度h的倒数, 即x=1/h). 则下列说法正确的是 ( )A. 小灯泡的电阻是1B. 将电流表改为水位计, 水位计的刻度是均匀的C. 当湖水水位高于警戒水位0.4m 时, 电流表示数为0.6AD. 当湖水水位高于警戒水位5m 时, 灯泡正常工作图甲图乙【答案】 D【练3】 物理兴趣小组的同学用图甲所示的装置来提升重物M, 图乙是物体M上升过程某段时间内的距离s随时间t变化的图像. 已知物体M重为1N, 闭合开关后, 在2.4s2.8s这段时间内, 电流表和电压表的示数分别为0.2A和4V, 则2.4s2.8s这段时间内该装置的效率是 %. 甲t/s2.92.52.72.3S/m乙0.500.600.550.750.700.6562.5【答案】【答案】 62.5电热的利用和防止生活中和许多产业中都要用到电热. 家里的电热水器、电饭锅、电熨斗, 养鸡场的电热孵化器,都是利用电热的例子.但是, 很多情况下我们并不希望用电器的温度过高. 电视机的后盖有很多孔, 就是为了通风散热, 使用时一定要把防尘的布罩拿开. 电动机的外壳有很多翼状散热片, 使用时与轴相连的扇叶还向散热片吹风, 也是为了降温. 电热孵化器 计算机和电脑使用时要注意散热物理名人
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