专题五 电功率的计算 第一课时 电功率的动态变化问题 课件 -2024-2025学年物理教科版九年级上册

第1课时　电功率的动态变化问题 类型一 电功率变化量的计算 1.(1)如果通过某定值电阻的电流从1 A升高到2 A,加在该电阻两端的电压变化了5 V,则该电阻消耗的电功率变化了　15　 W。 (2)如果某定值电阻两端的电压从3 V升高到5 V,通过它的电流变化了0.5 A,则该电阻消耗的电功率变化了　4　W。 2.如图所示电路,电源电压保持不变,R为定值电阻。闭合开关S,调节滑动变阻器R',电流表示数从0.2 A变为0.6 A,电压表示数从14 V变为2 V。则定值电阻R为　30　Ω,电路总电功率改变了　8　W。 类型二 多开关动态变化的电功率的计算 3.如图所示为某用电器的内部简化电路,R1和R2为定值电阻,R1=176 Ω。现将该用电器接入电压为220 V的电路,当开关S1断开、S2接b时,用电器消耗的电功率为220 W。求: (1)只闭合S1时,流过R1的电流; 解:(1)只闭合S1时,电路为R1的简单电路 此时流过R1的电流: I===1.25 A (2)电阻R2的阻值; (2)当开关S1断开、S2接b时,R1和R2串联 此时电路中的总电阻:R===220 Ω 则电阻R2的阻值: R2=R-R1=220 Ω-176 Ω=44 Ω (3)该用电器的最大电功率。 (3)由P=可知:电源电压一定时,电路中的电阻越小,电功率越大,根据串、并联电路的电阻特点可知:两电阻并联时电路中的总电阻最小 此时R1和R2的电功率分别为: P1===275 W P2===1100W 故该用电器的最大电功率: P最大=P1+P2=275 W+1100 W=1375 W 4.如图所示,电路中使用的是可调电压电源,电阻R1=3 Ω,R2=6 Ω,小灯泡L标有“12 V　18 W”字样(不考虑温度对小灯泡电阻的影响)。 (1)开关S1、S2、S3闭合,调节电源电压为6 V时,求电流表A的示数; 解:(1)开关S1、S2、S3闭合时,R2和L并联,R1被短路,电流表A测干路电流 小灯泡L的电阻:RL===8 Ω 通过小灯泡的电流:I灯===0.75 A 通过R2的电流:I2===1 A 故电流表A的示数: I=I灯+I2=0.75 A+1 A=1.75 A (2)开关S1、S2闭合,S3断开,调节电源电压为10 V 时,求小灯泡L的实际发光功率; (2)开关S1、S2闭合,S3断开时,小灯泡L接入电路,R1被短路,R2断路 小灯泡L的实际发光功率: P===12.5 W (3)开关S1闭合,S2、S3断开,调节电源电压使小灯泡L正常发光时,求电路消耗的总功率。 (3)开关S1闭合,S2、S3断开时,R1和L串联,R2断路 小灯泡正常发光时,通过小灯泡的电流: IL===1.5 A 则电路消耗的总功率:P总=(R1+RL)=(1.5 A)2×(3 Ω+8 Ω)=24.75 W 类型三 滑动变阻器变化的电功率的计算 5.在如图所示的电路中,电源电压恒为6 V,滑动变阻器R2标有“20 Ω　3 A”。闭合开关S,电流表的示数为0.3 A。求: (1)R1的阻值; 解:(1)电阻R1与滑动变阻器R2并联,U1=U2=U=6 V 电流表测R1的电流,I1=0.3 A 则R1的阻值:R1===20 Ω (2)R2允许接入电路的最小阻值; (2)滑动变阻器R2标有“20 Ω　3 A”,表示允许通过的最大电流I2=3 A 则R2允许接入电路的最小阻值: R2===2 Ω (3)整个电路允许消耗的最大功率与最小功率之比。 (3)当滑动变阻器接入电路的电阻最小时,总电流最大,即I大=0.3 A+3 A=3.3 A 当滑动变阻器接入电路的电阻最大时,总电流最小 通过的最小电流:I'2===0.3 A 则电路的最小总电流:I小=0.3 A+0.3 A=0.6 A 由P=UI得,当电压相同时,电功率之比等于电流之比 故整个电路允许消耗的最大功率与最小功率之比: P大∶P小=I大∶I小=3.3 A∶0.6 A=11∶2 6.小伟同学用如图所示的电路测小灯泡的功率。电路中电源电压恒为4.5 V,电压表的量程为03 V,电流表的量程为00.6 A,滑动变阻器的规格为“20 Ω　1 A”,灯泡标有“2.5 V　1.25 W”字样。若闭合开关S,两电表的示数均不超过所选量程,灯泡两端的电压不允许超过额定值,不考虑灯丝电阻的变化,求: (1)小灯泡灯丝的电阻; 解:观察电路图可知,滑动变阻器与小灯泡串联,电流表测串联电路中的电流,电压表测小灯泡两端的电压。 (1)小灯泡允许通过的最大电流: I最大===0.5 A 灯丝的电阻:RL===5 Ω (2)滑动变阻器的电阻允许调节的范围; (2)电路中允许通过的最大电流:I最大=0.5 A 此时电压表的示数(等于灯泡的额定电压)最大,U最大=2.5 V 滑动变阻器接入电路的最小阻值: R最小===4 Ω 所以,滑动变阻器允许调节的范围是420 Ω (3)小灯泡的最小功率和该电路的最大功率。 (3)电路中的最小电流: I最小===0.18 A 小灯泡的最小功率: P最小=RL=(0.18 A)2×5 Ω=0.162 W 电路的最大功率: P最大=UI最大=4.5 V×0.5 A=2.25 W 7.(2023·永州)如图所示,电源电压恒为3 V,小灯泡标有“2.5 V 　1.25 W”(设小灯泡电阻不变),滑动变阻器的最大阻值为20 Ω。 (1)求小灯泡正常发光时的电流; 解:由电路图可知,小灯泡与滑动变阻器串联,电压表测滑动变阻器两端的电压,电流表测量电路中的电流 (1)小灯泡正常发光时的电流:IL===0.5 A (2)求小灯泡正常发光时滑动变阻器接入电路的阻值; (2)小灯泡正常发光时的电阻:RL===5 Ω 则此时滑动变阻器接入电路的阻值: R=-RL=-5 Ω=1 Ω (3)求小灯泡正常发光时电路的总功率; (3)小灯泡正常发光时电路的总功率: P=UIL=3 V×0.5 A=1.5 W (4)在保证电路安全的前提下,移动滑动变阻器的滑片P至某一位置,此时滑动变阻器的功率最大,求滑动变阻器的最大功率。 (4)滑动变阻器的电功率等于电路总功率与小灯泡的功率之差,即:P'=UI-I2RL=3 V×I-I2×5 Ω 根据抛物线的性质可得: 当I==0.3 A时, 滑动变阻器接入电路的电阻: RP=-RL=-5 Ω=5 Ω<20 Ω 此时滑动变阻器的电功率最大,最大为: P'=I2RP=(0.3 A)2×5 Ω=0.45 W 类型四 “多开关”+“滑动变阻器”动态变化的电功率的计算 8.(2023·成都)如图所示电路中,电源电压恒为6 V,灯泡L1标有“6 V”字样,额定功率字迹不清,灯泡L2标有“4 V　1.6 W”字样,滑动变阻器的最大阻值为50 Ω,电流表量程为0~0.6 A。闭合开关S、S1、S2,滑动变阻器滑片位于最右端时,电流表示数为0.42 A,不考虑小灯泡电阻变化。 (1)求小灯泡L1的额定功率; 解:(1)闭合开关S、S1、S2,滑动变阻器滑片位于最右端时,小灯泡L1和滑动变阻器并联,小灯泡L2被短路 通过滑动变阻器的电流:I滑===0.12 A 灯泡L1的额定电流: I1=I总-I滑=0.42 A-0.12 A=0.3 A 则灯泡L1的额定功率:P=UI=6 V×0.3 A=1.8 W (2)只闭合开关S,移动滑动变阻器滑片,在确保电路安全的前提下,求电流表示数变化范围。 (2)只闭合开关S,滑动变阻器和L2串联 灯泡L2的电阻:R2===10 Ω 滑动变阻器滑片位于最右端时,电路的最小电流: I总===0.1 A 电路中能通过的最大电流:I大===0.4 A 综上所述,电流表示数变化范围是0.1~0.4 A 9.(2023·济宁)在如图所示的电路中,小灯泡L上标有“6 V　3 W”字样,电流表量程为0~0.6 A,电压表量程为0~15 V,定值电阻R0=16 Ω,滑动变阻器R的最大电阻为100 Ω。只闭合S1,滑动滑片P,使变阻器电阻Rap=R,此时电压表示数为10 V。若电源电压不变,不计灯丝电阻随温度的变化,求: (1)小灯泡的电阻; 解:(1)小灯泡电阻:RL===12 Ω (2)电源电压; (2)只闭合S1,R0与变阻器R串联 变阻器的电阻:Rap=R=20 Ω 电路电流:I===0.5 A 则电源电压: U=I(R0+Rap)=0.5 A×(16 Ω+20 Ω)=18 V (3)只闭合S2,在电表的示数不超过量程,灯泡两端的电压不超过额定值的情况下,电路消耗的总功率范围。 (3)只闭合S2时,L与R串联,电压表测变阻器两端的电压,电流表测电路中的电流 小灯泡正常工作的电流:IL===0.5 A 已知电流表量程为0~0.6 A,为了保证各元件的安全,电路中最大电流:Imax=IL=0.5 A 则电路消耗的最大功率: Pmax=UImax=18 V×0.5 A=9 W 已知电压表量程为0~15 V,当电压表示数最大为15 V时,变阻器接入的阻值最大,电路中电流最小,功率最小 小灯泡两端的最小电压: UL'=U-U滑大=18 V-15 V=3 V 电路中的最小电流:Imin=IL'===0.25 A 滑变接入的阻值最大为Rmax==60 Ω<100 Ω,满足条件 则电路消耗的最小功率: Pmin=UImin=18 V×0.25 A=4.5 W 故电路消耗的总功率范围为4.5 W~9 W 10.(2024·成都成华区期末)如图甲所示电路,电源电压恒定不变,电压表的量程为015 V,电流表的量程为00.6 A,R1是滑动变阻器,R2是定值电阻,灯L上标有“4 V 1.6 W”字样(不计温度对灯丝电阻的影响)。只闭合开关S1、S3时,滑动变阻器R1的滑片从A端滑向B端的过程中,滑动变阻器R1的电功率P随电流I变化关系图像如图乙所示。求: (1)滑动变阻器的最大阻值; 解:(1)只闭合开关S1、S3时,R1、R2串联接入电路,电流表测通过电路的电流,电压表测滑动变阻器两端的电压;滑动变阻器R1的滑片在A端时,滑动变阻器接入电路阻值最大,根据欧姆定律可知,此时通过电路的电流最小; 由图乙可知:通过电路的最小电流为0.1 A,此时滑动变阻器的电功率为0.5 W 则滑动变阻器两端的电压:U1===5 V 故滑动变阻器的最大阻值:R1===50 Ω (2)电源电压和定值电阻R2的阻值; (2)电源电压:U=I1R2+U1=0.1 A×R2+5 V① 滑片位于B端时,滑动变阻器接入电路的阻值为0,此时电路为仅有定值电阻R2的简单电路,根据欧姆定律可知:此时通过电路的电流最大,由图乙可知:通过电路的最大电流为0.6 A,则电源电压: U=I2R2=0.6 A×R2② 联立①②解得:R2=10 Ω,U=6 V (3)只闭合开关S1、S2时,在保证电路安全的前提下,求滑动变阻器R1的功率范围。 (3)只闭合开关S1、S2时,小灯泡和滑动变阻器串联接入电路,电流表测通过电路的电流,电压表测滑动变阻器两端的电压;电压表的量程为015 V,电源电压为6 V,电压表安全 小灯泡的电阻:RL===10 Ω 小灯泡正常发光时的电流:IL===0.4 A 小灯泡正常发光时通过电路的电流最大 滑动变阻器的电功率等于电路总功率与小灯泡的电功率之差 即:P=UI-I2RL=6 V×I-I2×10 Ω 根据抛物线的性质可知: 当I===0.3 A<0.4 A, 滑动变阻器的电功率最大,为: P=6 V×0.3 A-(0.3 A)2×10 Ω=0.9 W 当滑动变阻器接入电路阻值最大时,通过电路的电流最小,最小为:I'===0.1 A 根据抛物线性质,此时滑动变阻器的电功率最小,为: P'=I'2R1=(0.1 A)2×50 Ω=0.5 W 综上所述,滑动变阻器R1的功率范围为0.5~0.9 W $$