第九章 课时2 电路中的能量转化 闭合电路的欧姆定律-【导与练】2024高考物理一轮复习高中总复习第1轮教师用书word（浙江专用）

课时2　电路中的能量转化　闭合电路的欧姆定律 一、电功　电功率　焦耳定律 1.电功 (1)实质:导体中的恒定电场对自由电荷的静电力在做正功,电荷的电势能转化为其他形式的能的过程。 (2)公式:W=Uq=UIt,这是计算电功普遍适用的公式。 2.电功率 (1)定义:电流在一段电路中所做的功与通电时间之比叫作电功率。 (2)公式:P==UI,这是计算电功率普遍适用的公式。 3.焦耳定律 电流通过导体时产生的热量Q=I2Rt,这是计算电热普遍适用的公式。 4.热功率 (1)定义:单位时间内电流通过导体的发热量。 (2)表达式:P==I2R。 5.电功与电热的关系 二、电源的电动势和内阻 1.电动势 (1)定义:电动势在数值上等于非静电力把1 C的正电荷在电源内从负极移送到正极所做的功。 (2)表达式:E=。 (3)物理意义:反映电源把其他形式的能转化成电势能的本领大小的物理量。 2.内阻 电源内部也是由导体组成的,也有电阻,内电路中的电阻叫作电源的内阻,它是电源的另一重要参数。 三、闭合电路的欧姆定律 1.内容:闭合电路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。 2.公式 (1)I=,只适用于纯电阻电路。 (2)E=U外+U内,适用于任何电路。 3.路端电压U与电流I的关系 (1)关系式:U=E-Ir。 (2)U-I图像如图所示。 ①当电路断路即I=0时,纵坐标的截距为电源电动势。 ②当外电路电压为U=0时,横坐标的截距为短路电流。 ③图线的斜率的绝对值为电源的内阻。 四、闭合电路的功率和效率 1.电源的总功率 (1)任意电路:P总=EI=P出+P内=IU外+IU内。 (2)纯电阻电路:P总=I2(R+r)=。 2.电源内部消耗的功率:P内=I2r=P总-P出。 3.电源的输出功率 (1)任意电路:P出=IU=IE-I2r=P总-P内。 (2)纯电阻电路:P出=I2R=。 (3)纯电阻电路中输出功率随R的变化关系。 ①当R=r时,电源的输出功率最大为Pm=。 ②当R>r时,随着R的增大输出功率越来越小。 ③当R<r时,随着R的增大输出功率越来越大。 ④当P出<Pm时,每个输出功率对应两个外电阻值R1和R2,且R1R2=r2。 ⑤P出与R的关系如图所示。 4.电源的效率 (1)任意电路:η=×100%=×100%。 (2)纯电阻电路:η=×100%。 因此在纯电阻电路中R越大,η越大。 电功、电热、电功率和热功率 [例1] (2020·浙江7月选考卷)(多选)如图所示,系留无人机是利用地面直流电源通过电缆供电的无人机,旋翼由电动机带动。现有质量为20 kg、额定功率为5 kW的系留无人机从地面起飞沿竖直方向上升,经过200 s到达100 m高处后悬停并进行工作。已知直流电源供电电压为400 V,若不计电缆的质量和电阻,忽略电缆对无人机的拉力,则(　BD　) A.空气对无人机的作用力始终大于或等于200 N B.直流电源对无人机供电的额定电流为12.5 A C.无人机上升过程中消耗的平均功率为100 W D.无人机上升及悬停时均有部分功率用于对空气做功 解析:无人机上升过程中必然有一个减速上升的阶段,所以必然会有一个阶段空气对无人机的作用力小于200 N,A错误;由P=UI可知,直流电源对无人机供电的额定电流为I==12.5 A,B正确;由于无人机上升过程中有部分功率用于对空气做功,所以无人机上升过程中消耗的平均功率大于100 W,C错误,D正确。 [变式1] 如图所示是某型号电吹风的电路图,它主要由电动机M和电热丝R构成。已知电吹风的额定电压是220 V,吹冷风时的功率为120 W,吹热风时的功率为1 000 W。关于该电吹风,下列说法正确的是(　B　) A.若S1、S2闭合,则电吹风吹冷风 B.电热丝的电阻为55 Ω C.电动机工作时输出的机械功率为880 W D.当电吹风吹热风时,电动机每秒消耗的电能为1 000 J 解析:S1、S2都闭合时,由于电热丝加热,吹出的是热风;吹热风时电阻丝的电功率为PR=(1 000-120)W=880 W,电动机的功率为PM=120 W,则电热丝的电阻为R==55 Ω,吹热风时电动机每秒消耗电能W=PMt=120 J,选项A、C、D错误,B正确。 闭合电路的欧姆定律 [例2] 某同学做电学实验,用干电池作为电源,通过改变滑动变阻器的电阻大小,观察到电压表和电流表的读数同时变大,则他所连接的电路可能是图中的(　C　) 解析:设图中定值电阻的阻值为R,电表内阻忽略,则四个选项中电压表的读数分别为UA=E-I(r+R),UB=E-Ir,UC=IR和UD=E-Ir,则可知只有选项C满足要求。 [变式2] 如图所示的电路中,电源的内阻不可忽略,当开关S断开时,电流表的示数为0.30