1、明途教育 彭老师 151208811231第 5 节 焦 耳 定 律一、电功和电功率1电功(1)电功的定义：电场力对电荷做的功，叫做电功(2)电功的表达式：WqUUIt.（即一段电路上的电功就等于这段电路两端的电压、电路中的电流和通电时间的乘积 ）(3)单位：焦耳，符号为 J.2电功率(1)定义：电流所做的功跟完成这些功所用时间的比值叫做电功率(2)表达式：P UI.Wt(3)单位：瓦特，符号 W.(4)物理意义：表示电流做功的快慢(5)串联电路中：由 PI 2R 知 I 2，电阻越大，功率越大；并联电路中：由 PU 2/R 知P1R1 P2R2P1R1P 2R2U 2，电阻越小，功率越大例
2、1、一根电阻丝，通过 2 C 电荷量所消耗的电能是 8 J若在相同的时间内通过 4 C 的电荷量，该电阻丝上所加电压和消耗的电能分别是( )A4 V 16 J B8 V 16 J C4 V 32 J D8 V 32 J例 2、甲、乙两只普通照明灯泡的铭牌如图所示，下列说法中不正确的是( )A甲灯的实际功率一定总是 40 WB将乙灯接入 110 V 电路中，它的额定功率仍为 60 WC两灯均正常发光时，甲灯灯丝电阻较大D两灯均正常发光时，甲灯消耗的电能较少二、焦耳定律和热功率1焦耳定律(1)内容：电流通过导体时产生的热量跟电流的平方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比(2)表达式：QI
3、2Rt.(3)适用范围：QI 2Rt 是电热的定义式，可求任何电路中电流 I 通过电阻 R 时产生的热量(电热)(4)实质：电流的热效应实质上是电能通过电流做功转化为内能2热功率单位时间内电流通过导体发热的功率叫热功率热功率即电能转化为内能的功率，即 P I 2R.Qt3纯电阻电路和非纯电阻电路明途教育 彭老师 151208811232纯电阻电路 非纯电阻电路 元件特点 电路中只有电阻元件 除电阻外还包括能把电能转化为其他形式的能的用电器 电流、电压、 电阻三者的 关系 遵循欧姆定律 IU/R 不服从欧姆定律，由 UItI 2RtW 知 UIR 或I UR能量转化形式 电流做功全部转化为内能：
4、WQUItI 2Rt tU2R 电流做功转化为内能和其他形式的能量：电功WUIt；电热 QI 2Rt.WQW 其他元件举例 电阻、电炉丝、白炽灯 电动机、电解槽 例 3、家庭用的电吹风中有电动机和电热丝，电动机带动风叶转动，电热丝给空气加热，得到热风将头发吹干，设电动机线圈的电阻为 R1，它与电阻为 R2的电热丝相串联，接到交流电源上电吹风两端电压为 U，通过的电流为 I，消耗的电功率为 P，如图所示，有以下结论：PIU PI 2(R1R 2) PIU PI 2(R1R 2)以上结论正确的是( )A只有 B只有C只有 D只有例 4、微型吸尘器的直流电动机的内阻一定，为 1 ，当加在它两端的电压
5、为 2.0 V 时，电流为 0.8 A，且能正常工作求： (1)它的额定输入功率多大？ (2)工作时由导线发热损失的功率多大？ (3)它的最大输出功率多大？ 课堂练习2一白炽灯泡的额定功率与额定电压分别为 36 W 与 36 V若把此灯泡接到输出电压为 18 V 的电源两明途教育 彭老师 151208811233端，则灯泡消耗的电功率( )A等于 36 W B小于 36 W，大于 9 WC等于 9 W D小于 9 W3下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法中不正确的是( )A电功率越大，电流做功越快，电路中产生的焦耳热一定越多B W UIt 适用于任何电路，而 W I2Rt 只适用于纯电阻电路C
6、在不是纯电阻的电路中，UII 2RD焦耳热 QI 2Rt 适用于任何电路4有一只电风扇，标有“220 V,50 W”，电动机线圈的电阻为 0.4 ，把它接入 220 V 的电路中，以下几种计算时间 t 内产生热量的方法，正确的是( )A Q B Q Pt C Q 2Rt D以上三种方法均正确U2tR (PU)5如图所示，电压 U 不变，电阻 R 为固定电阻，如要使电路消耗的总功率稍稍增大一点，则可行的办法是( )A给 R 串联一个较小的电阻 B给 R 并联一个较小的电阻C给 R 串联一个较大的电阻 D给 R 并联一个较大的电阻7有两盏电灯 L1和 L2，用图中所示的两种方式连接到电路中，已知电
7、压 U 相同，且两盏电灯均能发光，比较在甲、乙两个电路中电灯 L1的亮度，则( )A甲图的电路中灯 L1较亮B乙图的电路中灯 L1较亮C两个电路中灯 L1一样亮D不知它们的额定电压和额定功率，无法判断明途教育 彭老师 1512088112348.电饭锅工作时有两种状态：一种是锅内的水烧干以前的加热状态，另一种是水烧干后的保温状态右图是电饭锅的电路图， R1是一个电阻， R2是加热用的电阻丝(1)自动开关 S 接通和断开时，电饭锅分别处于哪种状态？说明理由(2)要使 R2在保温状态下的功率是加热状态的一半， R1 R2应该是多大？第 6 节 导体的电阻表一、电阻定律1内容：同种材料的导体，其电阻
8、 R 与它的长度 l 成正比，与它的横截面积 S 成反比；导体电阻与构成它的材料有关2公式：R .lS对电阻定律的理解：(1)如右图所示，一块长方体铜块，若通以电流 I1，则长度为 a，横截面积为 bc；若通以电流 I2时，则长度为 c，横截面积为 ab， 是材料的电阻率(2)此式为电阻的决定式，表明导体的电阻由 、l、S 决定，而与加在导体两端的电压 U 和流过导体的电流 I 无关(3)R 适用于温度一定，粗细均匀的金属导体或浓度均匀的电解质溶液lS(4)电阻定律指出了导体电阻由导体本身决定，也提出了通过控制导线长度达到改变电阻的方法例 1 白炽灯的灯丝由钨丝制成，当灯丝烧断后脱落一段，又将
9、剩余灯丝刚好能搭上使用，若灯泡功明途教育 彭老师 151208811235率原来为 60 W，观察搭接起来的灯丝长度大约为原来的 ，则现在灯泡的功率约为( )34A30 W B45 W C60 W D80 W二、电阻率1物理意义电阻率 是一个反映导体导电性能的物理量，是导体材料本身的属性，与导体的形状、大小无关，它的单位是欧姆米，国际符号 m，而电阻 R 反映的是导体的属性，与导体的材料、形状、大小有关2大小(1)计算公式： .RSl(2)各种材料的电阻率在数值上等于用该材料制成的长度为 1 m、横截面积为 1 m2的导体的电阻各种材料都有各自的电阻率，各种金属中银的电阻率最小，其次是铜、铝，
10、合金的电阻率大于组成它的任何一种纯金属的电阻率(3)电阻率与温度的关系各种材料的电阻率都随温度的变化而变化，金属的电阻率随温度升高而增大(可用于制造电阻温度计)；半导体和电介质的电阻率随温度的升高而减小(半导体的电阻率随温度变化较大，应用于制成热敏电阻)；有些合金如锰铜、镍铜的电阻率几乎不受温度变化的影响(可用来制作标准电阻)；当温度降低到绝对零度附近时，某些材料的电阻率突然减小到零成为超导体例 2 、金属铂的电阻值对温度的高低非常“敏感” ，所以可以利用铂的电阻随温度变化的性质制成铂电阻温度计，下图的 IU 图象中能表示金属铂电阻情况的图象是( )例 3(双选)关于材料的电阻率，下列说法中正
11、确的是( )A导体的电阻率与导体的长度成正比，与导体的横截面积成反比，还与导体材料有关B金属导体的电阻率随温度的升高而增大C纯金属的电阻率比合金的电阻率小D产生超导现象时，材料的电阻为零，但材料的性质没有变，材料的电阻率不为零课堂练习1(双选)下列说法中正确的是( )A据 R U/I 可知，当通过导体的电流强度不变，加在电阻两端的电压变为原来的 2 倍时，导体的电阻也变为原来的 2 倍B据 R U/I 可知，通过导体的电流强度改变，加在电阻两端的电压也改变，但导体的电阻不变C据 RS/l 可知，导体的电阻率与导体的电阻和横截面积的乘积 RS 成正比，与导体的长度 l 成反比D导体的电阻率与导体
12、的长度 l、横截面积 S、导体的电阻 R 皆无关2一段粗细均匀的电阻丝横截面的直径为 d，电阻为 R，把它拉制成直径为 的均匀细丝后，它的电阻d10变成( )明途教育 彭老师 151208811236A R/1 000 B10 000 R C R/100 D100 R3如图是横截面积、长度均相同的甲、乙两根电阻丝的 I R 图象现将甲、乙串联后接入电路中，则( )A甲电阻丝两端的电压比乙电阻丝两端的电压小B甲电阻丝的电阻率比乙电阻丝的电阻率小C在相同时间内，电流通过乙电阻丝产生的焦耳热少D甲电阻丝消耗的电功率比乙电阻丝消耗的电功率小4如下图所示，相距 40 km 的 A、 B 两地架两条输电线
13、，电阻共为 800 ，如果在 A、 B 间的某处发生短路，这时接在 A 处的电压表示数为 10 V，电流表示数为 40 mA，求发生短路处距 A 有多远？ 第 7 节 闭合电路的欧姆定律一、闭合电路欧姆定律1描述闭合电路的基本物理量 (1)内电路、内电阻、内电压 将电源和用电器连接起来，就构成闭合电路，如右图所示，电源内部的电路叫闭合电路的内电路内电路的电阻叫电源的内阻 当电路中有电流通过时，内电路两端的电压叫内电压,用 U 内 表示 (2)外电路、外电压(又称路端电压) 电源外部的电路叫外电路外电路两端的电压叫外电压，也叫路端电压，用 U 外 表示(3)三者关系：EU 内 U 外2闭合电路欧
14、姆定律(1)闭合电路中的电流跟电源的电动势成正比，跟内、外电路的电阻之和成反比这个结论叫闭合电路的欧姆定律(2)表达式：I .ER r明途教育 彭老师 151208811237变式：EIRIr 或 EU 外 Ir 或 U 外 EIr.其中 R 为外电路的等效电阻例 1、右图中电阻 R1、R 2、R 3的阻值相等，电池的内阻不计开关 K 接通后流过 R2的电流是 K 接通前的( )A. B. C. D.12 23 13 14例 2如图所示电路中，电源电动势 E9 V、内阻 r3 ， R15 .下列说法中正确的是( )A当 S 断开时， UAC9 VB当 S 闭合时， UAC9 VC当 S 闭合时
15、， UAB7.5 V， UBC0D当 S 断开时， UAB0， UBC0练习 1.电路如图所示，已知电池组的总内阻 r1 ，外电路电阻 R5 ，电压表的示数 U2.5 V，则电池组的电动势 E 应等于( )A2.0 V B2.5 VC3.0 V D3.5 V2.(2012 长沙高二检测)如图所示电路中,电源电动势 E=9 V、内阻 r=3 ,R=15 ,下列说法中正确的是( )A.当 S 断开时,U AC=9 V B.当 S 闭合时,U AC=9 VC.当 S 闭合时,U AB=7.5 V,UBC=0 D.当 S 断开时,U AB=0,UBC=03、如右图所示的电路中，当 K 闭合时，电压表和
16、电流表(均为理想电表)的示数各为 1.6 V 和 0.4 A当 K 断开时，它们的示数各改变 0.1 V 和 0.1 A，求电源的电动势二、路端电压与负载的关系当 U 内 Ir 代入 EUU 内 ，得 UEU 内 EIr.1当外电阻 R 增大时，根据 I 可知，电流 I 减小(E 和 r 为定值)，内电压 Ir 减小，根据ER rUEIr 可知路端电压 U 增大2当外电阻 R 减小时，根据 I 可知电流 I 增大，内电压 Ir 增大，根据 UEIr 可知路端电压 UER r减小3当外电路断开时，R，I0，Ir0，UE，此为直接测量法测电动势的依据当外电路短路时，明途教育 彭老师 1512088
17、11238R0，I (称为短路电流)，U0.由于通常的电源内阻很小，短路时会形成很大的电流这就是严禁把Er电源两极不经负载直接相接的原因例 3、如右图所示的电路中，电源的电动势为 E，内阻为 r.当可变电阻的滑片 P 向 b 移动时，电压表V1的读数 U1与电压表V 2的读数 U2的变化情况是( )AU 1变大，U 2变小 BU 1变大，U 2变大CU 1变小，U 2变小 DU 1变小，U 2变大例 4、2011 年 7 月 6 日 18 时 45 分，山东省枣庄防备煤矿有限公司井下 255 米处一台空气压缩机着火，初步核查造成事故区域 36 名矿工被困井内装有火警报警器，如图是其部分电路示意
18、图其中 R2为用半导体热敏材料(其阻值随温度的升高而迅速减小)制成的传感器，电流表 A 为值班室的显示器， B 为值班室报警电铃当传感器 R2所在处出现火情时，电流表 A 显示的电流 I、报警电铃两端的电压 U 的变化情况是( )A I 变大， U 变大 B I 变小， U 变小C I 变小， U 变大 D I 变大， U 变小例 5、在如图所示的电路内，水平放置的平行板电容器中有一带电液滴正好处于静止状态，现将滑动变阻器的滑片 P 向左移动，则( )A电容器中的电场强度将增大B电容器上的电荷量将减少C电容器的电容将减小D液滴将向上运动练习1、(2011海南高考)如图， E 为内阻不能忽略的电
19、池， R1、 R2、 R3为定值电阻，S 0、S 为开关， 与分别为电压表和电流表初始时 S0与 S 均闭合，现将 S 断开，则( )A. 的读数变大， 的读数变小B. 的读数变大， 的读数变大C. 的读数变小， 的读数变小D. 的读数变小， 的读数变大2.在如图所示的闭合电路中，当滑片 P 向右移动时，两电表读数的变 化是( )A. 变大， 变大B. 变小， 变大C. 变大， 变小D. 变小， 变小3、(改编题)如图所示，电源电动势为 E，内电阻为 r，当 滑动变阻器的滑片 P 处于左端时，三盏灯 L1、 L2、 L3均发光良好在滑片 P 从左端逐渐向右移动过程中，下列说法中正确的是( )A
20、小灯泡 L1、 L2变暗， L3变亮明途教育 彭老师 151208811239B小灯泡 L3变暗， L1、 L2变亮C电压表 V1、V 2示数均变大D电压表 V1、V 2示数之和变大4.A 灯与 B 灯电阻相同，当变阻器滑片向下移动时，对两灯明暗程度的变化判断正确的是( )A、A、B 灯都变亮B、A、B 灯都变暗C、A 灯变亮，B 灯变暗D、A 灯变暗，B 灯变亮5.如图所示的电路中,当滑动变阻器的触头 P 向上滑动时,则( )A.电源的总功率变小B.电容器储存的电荷量变大C.灯 L1变暗D.灯 L2变亮6、在如图所示的电路中，灯泡 L 的电阻大于电源的内阻 r，闭合电键 S，将滑动变阻器的滑
21、片 P 向左移动一段距离后，下列结论正确的是( )A灯泡 L 变亮B电流表读数变小，电压表读数变大C电容器 C 上电荷量增加D电容器 C 上电荷量减少4路端电压与电流的关系图象(UI 图象)如下图所示，UI 图象是一条_线，该图线与纵轴交点的纵坐标表示_，该线的斜率表示_例 6、如图所示，甲、乙为两个独立电源的路端电压 U 与通过它们的电流 I 的关系图象，下列说法中正确的是( )A路端电压都为 U0时，它们的外电阻相等B电流都是 I0时，两电源的内电压相等C电源甲的电动势大于电源乙的电动势D电源甲的内阻小于电源乙的内阻变式训练.有两节电池,它们的电动势分别为 E1 和 E2,内电阻分别为 r
22、1 和 r2.将它们分别连成闭合电路,其外电路的电流 I 和路端电压 U 的关系如图所示,可以判定( )A.图象交点所示状态, 两电路的外电阻相等B.E1E2,r1r2明途教育 彭老师 1512088112310C.图象交点所示状态, 两电路的电阻相等D.E1E2,r1r2三、闭合回路中的功率1电源的功率 P：电源将其他形式的能转化为电能的功率，也称为电源的总功率，计算式为：PIE(普遍适用)，P I 2(Rr)(只适用于外电路为纯电阻的电路)E2R r2电源内阻消耗功率 P 内 ：电源内阻的热功率，也称为电源的损耗功率，计算式为：P 内 I 2r.3电源的输出功率 P 出 ：外电路上消耗的功
23、率，计算式为：P 出 IU 外 (普遍适用)，P 出 I 2R (只适用于外电路为纯电阻的电路)E2R R r 24输出功率随外电阻 R 的变化关系：电源的输出功率：P 出 UI .RE2 R r 2 E2 R r 2R 4r由上式可以看出：(1)当 Rr 时，电源的输出功率最大，P m ，此时电源效率 50%.E24r(2)当 Rr 时，随着 R 的增大输出功率越来越小(3)当 Rr 时，随着 R 的增大输出功率越来越大(4)当 P 出 P m时，每个输出功率对应两个可能的外电阻 R1和 R2，且 R1R2r 2.(5)P 出 与 R 的关系如右图所示5闭合电路上功率分配关系为：PP 出 P
24、 内 即 EIUII 2r.闭合电路上功率分配关系，反映了闭合电路中能量的转化和守恒，即电源提供的电能，一部分消耗在内阻上，其余部分输出给外电路，并在外电路上转化为其他形式的能能量守恒的表达式为：EItUItI 2rt(普遍适用)，EItI 2RtI 2rt(只适用于外电路为纯电阻的电路)6电源的效率： P外P UIEI UE.( RR r， 只 适 用 于 外 电 路 为 纯 电 阻 的 电 路 )由上式可知，外电阻 R 越大，电源的效率越高例 7、 如右图所示， R 为电阻箱， V 为理想电压表，当电阻箱读数为 R12 时，电压表读数为U14 V；当电阻箱读数为 R25 时，电压表读数为
25、U25 V求：明途教育 彭老师 1512088112311(1)电源的电动势 E 和内阻 r.(2)当电阻箱 R 读数为多少时，电源的输出功率最大？最大值 Pm为多少？例 8、如右图所示的电路中，电池的电动势为 E，内阻为 r，电路中的电阻 R1、R 2和 R3的阻值都相同，在开关 S 处于闭合状态下，若将开关 S1由位置 1 切换到位置 2，则( )A电压表的示数变大B电池内部消耗的功率变大C电阻 R2两端的电压变大D电池的效率变大 例 9一电源与电阻 R 组成串联电路，电源的路端电压 U 随电流的变化图线及外电阻的 UI 图线分别如右图所示，求：(1)电源的电动势和内阻；(2)电源的路端电
26、压；(3)电源的输出功率练习1.(2013 宝鸡高二检测)如图所示,已知电源内电阻 r 为 2 ,定值电阻 R0为 3 ,滑动变阻器阻值范围为010 .当滑动变阻器 R 使其阻值为 R1时,滑动变阻器获得最大功率,则 R1的阻值应为( )A.2 B.3 C.4 D.5 2.如图所示,已知电源的内阻为 r,外电路的固定电阻 R0=r,可变电阻 Rx的总 阻值为2r.在 Rx的滑动触头从 A 端滑向 B 端的过程中( )A.电源的总功率保持不变 B.Rx消耗的功率减小C.电源内消耗的功率增大 D.R0消耗的功率减小3.如图所示,M 为一线圈电阻 rM=0.4 的电动机,R=24 ,电源电动势 E=
27、40 V.当 S 断开时,电流表的示数为 I1=1.6 A,当开关 S 闭合时,电流表的示数为 I2=4.0 A.求:(1)电源内阻 r;(2)开关 S 闭合时电动机输出的机械功率;(3)开关 S 闭合时电源输出功率.明途教育 彭老师 15120881123124.(2013 海淀高二检测)如图所示是一个小灯泡的伏安特性曲线.(1)若把 4 个这样的小灯泡串联后,接到 16 V 的恒压电源上,求每个小灯泡的电阻和小灯泡上消耗的电功率.(2)若将一个小灯泡接在一个电源电动势为 8 V,内阻为 20 的电源上,求电路中的电流、小灯泡的电阻及小灯泡上消耗的电功率.课后练习1(双选)若 E 表示电动势
28、， U 表示外电压， U表示内电压， R 表示外电路的总电阻， r 表示内电阻， I表示电流，则下列各式中正确的是( )A U IR B U E UC U E Ir D U ERR r2.如右图所示，用两节干电池点亮几个小灯泡，当逐一闭合开关，接入灯泡增多时，以下说法错误的是( )A灯少时各灯较亮，灯多时各灯较暗B灯多时各灯两端的电压较低C灯多时通过电池的电流较大D灯多时通过各灯的电流较大3(双选)按如图所示的电路连接各元件后，闭合开关 S，L 1、L 2两灯泡都能发光在保证灯泡安全的前提下，当滑动变阻器的滑动头向左移动时，下列判断正确的是( )AL 1变暗 BL 1变亮CL 2变暗 DL 2
29、变亮4.如图是一火警报警电路的示意图其中 R3为用某种材料制成的传感器，这种材料的电阻率随温度的升高而增大值班室的显示器为电路中的电流表，电源两极之间接一报警器当传感器 R3所在处出现火情时，显示器的电流 I、报警器两端的电压 U 的变化情况是( )明途教育 彭老师 1512088112313A I 变大， U 变小 B I 变小， U 变大C I 变大， U 变大 D I 变小， U 变小5如右图所示的电路中，电源的电动势 E 为 3.2 V，电阻 R 的阻值为 30 ，小灯泡 L 的额定电压为3.0 V，额定功率为 4.5 W，当开关 S 接位置 1 时，电压表的读数为 3.0 V，那么当
30、开关接到位置 2 时，小灯泡 L 的发光情况是( )A很暗，甚至不亮 B正常发光C比正常发光略亮 D有可能被烧坏6.如右图所示，直线 A 为电源的 U I 图线，直线 B 和 C 分别为电阻 R1和 R2的 U I 图线，用该电源分别与 R1、 R2组成闭合电路时，电源的输出功率分别为 P1、 P2，电源的效率分别为 1、 2，则( ) A P1 P2 B P1 P2C 1 2 D 1 27如图所示为汽车蓄电池与车灯(电阻 不变)、电动机组成的电路，蓄电池内阻为 0.05 ，电流表和电压表均为理想电表只接通 S1时，电流表示数为 10 A，电压表示数为 12 V，再接通 S2，电动机工作时，电
31、流表示数变为 8 A，则此时通过电动机的电流是( )A2 A B8 A C50 A D58 A8如图所示，电动势为 E、内阻不计的电源与三个灯泡和三个电阻相接只合上开关 S1，三个灯泡都能正常工作，如果再合上 S2，则下列表述正确的是( )A电源输出功率减小 BL 1上消耗的功率增大明途教育 彭老师 1512088112314C通过 R1上的电流增大 D通过 R3上的电流增大9如右图所示 E10 V， R14 ， R26 ， C30 F.电池内阻可忽略(1)闭合开关 S，求稳定后通过 R1的电流(2)然后将开关 S 断开，求这以后流过 R1的总电荷量10如图所示，电源电动势 E10 V，内阻 r0.5 ， “8 V,16 W”的灯泡恰好能正常发光，电动机 M绕组的电阻 R01 .求：(1)路端电压；(2)电源的总功率；(3)电动机的输出功率
