5.1 电路中的能量-2021-2022学年高二物理精讲精练（新粤教版必修第三册）

5.1 电路中的能量 考点精讲 考点1：电功、电功率的理解和计算 1．对电功的理解 （1）从力的角度看，电流做功的实质是电场力对自由电荷做功。 （2）从能的角度看，电流做功过程是电能转化为其他形式的能的过程，电功的大小表示电能的减少量，标志着电能转化为其他形式的能的多少。 （3）电功W＝UIt＝qU对任何电路都适用。 2．串、并联电路中的功率关系 串联电路 并联电路 功率分配 ＝ ＝ 功率关系 P＝P1＋P2＋…＋Pn P＝P1＋P2＋…＋Pn 3.额定功率和实际功率 （1）用电器正常工作时所消耗的功率叫做额定功率。当用电器两端电压达到额定电压U额时，电流达到额定电流I额，电功率也达到额定功率P额，且P额＝U额I额。 （2）用电器的实际功率是用电器在实际工作时消耗的电功率。为了使用电器不被烧毁，要求实际功率不能大于其额定功率。 【例1】　额定电压都是110 V，额定功率P甲＝100 W，P乙＝40 W的电灯两盏，若接在电压是220 V的电路上，使两盏电灯均能正常发光，且电路中消耗功率最小的电路是(　　) 【分析】 【解析】C　对灯泡有P＝UI＝，可知：R甲<R乙，对于A电路，由于R甲<R乙，所以U乙>U甲，且有U乙>110 V，乙灯被烧毁，U甲<110 V不能正常发光，A错误； 对于B电路，由于R乙>R甲，甲灯又并联变阻器，并联电阻更小于R乙，所以U乙>U并，乙灯被烧毁； 对于C电路，乙灯与变阻器并联，电阻可能等于R甲，所以可能U甲＝U乙＝110 V，两灯可以正常发光； 对于D电路，若变阻器的有效电阻等于甲、乙的并联电阻，则U甲＝U乙＝110 V，两灯可以正常发光。 比较C、D两个电路，由于C电路中变阻器功率为(I甲－I乙)×110，而D电路中变阻器功率为(I甲＋I乙)×110，所以C电路消耗电功率最小。 【技巧与方法】 功率求解的技巧 1. 在纯电阻电路中，比较用电器的电功率时，要根据已知条件灵活选用公式，如用电器电流相同时，用P＝I2R比较，若电压相同时用P＝比较，若电阻相同时，可根据I或U的关系比较。 2. 求解串、并联电路中的功率分配问题，比例法求解会使问题简化，但一定要明确是正比还是反比关系。 3. 当求解用电器的功率时，要明确求解的是什么功率，实际功率与额定功率不一定相等。 【针对训练】 1．电阻R1、R2的I­U图像如图所示，则下列说法正确的是(　　) A．R1∶R2＝3∶1 B．将R1与R2串联后接于电源上，则电压比U1∶U2＝1∶3 C．将R1与R2并联后接于电源上，则电流比I1∶I2＝1∶3 D．将R1与R2并联后接于电源上，则功率比P1∶P2＝1∶3 【解析】B　由I­U图象可知R1∶R2＝∶＝1∶3，选项A错误；将R1与R2串联后接于电源上，则通过两电阻的电流相等，由欧姆定律U＝IR可得U1∶U2＝R1∶R2＝1∶3，选项B正确；将R1与R2并联后接于电源上，则两电阻两端的电压相等，由欧姆定律I＝可得I1∶I2＝R2∶R1＝3∶1，由P＝可得P1∶P2＝R2∶R1＝3∶1，故选项C、D错误。 考点2：电功与电热的比较 1．纯电阻电路和非纯电阻电路 （1）常用的电灯泡、电炉子等为纯电阻电路；电动机、电解槽等为非纯电阻电路。 （2）纯电阻电路服从欧姆定律，而非纯电阻电路不完全服从欧姆定律。 （3）纯电阻电路电流做功时，电能全部转化为电热；而非纯电阻电路，电流做功将电能一部分转化为电热，一部分转化为机械能或其他形式的能。 2．电功与电热 纯电阻电路 非纯电阻电路 电功 W＝UIt＝I2Rt＝t W＝UIt 电热 Q＝UIt＝I2Rt＝t Q＝I2Rt 关系 W＝Q W>Q 3.电功率与热功率 纯电阻电路 非纯电阻电路 电功率 P电＝UI＝I2R＝ P电＝UI 热功率 P热＝UI＝I2R＝ P热＝I2R 关系 P电＝P热 P电>P热 【例2】规格为“220 V　36 W”的排气扇，线圈电阻为40 Ω，求： （1）接上220 V的电压后，求排气扇转化为机械能的功率和发热的功率； （2）如果接上220 V的电压后，扇叶被卡住，不能转动，求电动机消耗的功率和发热的功率。 【分析】(1)额定电压下，电流可据I＝求出。 (2)机械功率可通过P机＝P电－P热求出。 (3)电动机不工作时，220 V电压全加在40 Ω电阻上，电动机此时即为“电阻”。 【解析】(1)排气扇在220 V的电压下正常工作时的电流为： I＝＝A≈0.16 A， 发热功率为： P热＝I2R＝(0.16)2×40 W≈1 W。 转化为机械能的功率为： P机＝P－P热＝36 W－1 W＝35 W。 (2)扇叶被卡住不能转动后，电动机成为纯电阻电路，电流做功全