第二章 8 焦耳定律 电路中的能量转化 9 家庭电路(配套课件PPT)-【步步高】2025-2026学年高二物理必修第三册学习笔记(教科版)
2026-08-11
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教辅
山东金榜苑文化传媒有限责任公司
进店逛逛 资源信息
| 学段 | 高中 |
| 学科 | 物理 |
| 教材版本 | 高中物理教科版必修 第三册 |
| 年级 | 高二 |
| 章节 | 8. 焦耳定律 电路中的能量转化,9. 家庭电路 |
| 类型 | 课件 |
| 知识点 | - |
| 使用场景 | 同步教学-新授课 |
| 学年 | 2025-2026 |
| 地区(省份) | 全国 |
| 地区(市) | - |
| 地区(区县) | - |
| 文件格式 | PPTX |
| 文件大小 | 4.96 MB |
| 发布时间 | 2026-08-11 |
| 更新时间 | 2026-08-11 |
| 作者 | 山东金榜苑文化传媒有限责任公司 |
| 品牌系列 | 步步高·学习笔记 |
| 审核时间 | 2026-08-11 |
| 下载链接 | https://m.zxxk.com/soft/59161403.html |
| 价格 | 4.00储值(1储值=1元) |
| 来源 | 学科网 |
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摘要:
该高中物理课件围绕电功、电功率、焦耳定律、热功率及电路能量转化展开,涵盖纯电阻与非纯电阻电路区别及家庭电路安全节约用电知识。通过生活用电器提问能量转化途径导入,衔接电路基础,搭建知识支架。
其亮点在于结合电炉丝与导线发热差异、电动机工作等实例培养能量观念,通过电阻功率计算、家庭导线选择等问题发展科学推理与论证能力,安全用电内容强化科学态度与责任。采用表格对比、例题解析和分层练习,助力学生深化理解与应用,为教师提供系统教学资源。
内容正文:
第
二
章
焦耳定律 电路中的能量转化
8
家庭电路
9
1.理解电功、电功率、电热、热功率的概念,知道它们的区别和联系(重点)。
2.知道纯电阻电路与非纯电阻电路的特点和区别,并能进行有关计算(重难点)。
3.理解电路中的能量转化关系(重难点)。
4.了解安全用电和节约用电常识。
学习目标
内容索引
一、电功、电功率
二、焦耳定律、热功率
三、电路中的能量转化
课时对点练
四、安全用电 节约用电
< 一 >
电功、电功率
现代生活中常见的用电器有电灯、电热水壶等。你知道这些用电器中的能量是通过什么途径转化的吗?
答案 通过电流做功来实现,即导体中的恒定电场对自由电荷的静电力所做的功。
1.电功
(1)定义:电场力在一段电路上所做的功等于这段电路两端的 与电路中的 、通电 三者的乘积。
(2)计算公式:W= = (适用于任何电路)
(3)单位: ,符号J。
(4)电流做功实质:①从能的角度看, 转化为 的过程就是电流做功的过程,电流做功的多少等于 转化为__________
____的数量。②从力的角度看,电流做功实质是电场力对自由电荷做功。
梳理与总结
电压U
电流I
时间t
qU
UIt
焦耳
电能
其他形式能量
电能
其他形式
能量
2.电功率
(1)定义:电流 与做这些功所用 的比。
(2)公式:P=___= 。
(3)单位: ,符号 ,1 W=1 J/s。
(4)意义:表示电流做功的快慢。
(5)额定功率:额定功率是指用电器在额定电压下正常工作时所消耗的功率,此时流经用电器的电流就是它的额定电流。
(6)实际功率:用电器实际工作消耗的电功率,为了保证用电器不被损坏要求实际功率不能大于额定功率。
所做的功W
时间t
UI
瓦特
W
我们常说的月耗电量为100度,其中“度” 表示什么物理意义?100度是多少焦耳?
讨论交流
答案 “度”是能量单位,1度=1 kW·h=3.6×106 J
100度=100×3.6×106 J=3.6×108 J。
(1)电功率越大,表示电流做功越多。( )
(2)由公式P=可知,时间越短,功率越大。( )
×
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易错辨析
(来自教材)三个阻值相同,但允许消耗的最大功率不同的电阻如图所示连接,各自允许消耗的最大功率分别是10 W、10 W、4 W。电路工作时,求它们实际消耗的功率之比。
例1
答案 4∶1∶1
两并联电阻的阻值相同,电压相同,根据P=则功率相同;根据串并联规律,左侧电阻通过的电流是右侧任一电阻通过的电流的两倍,根据P=I2R,则功率是两并联电阻的4倍,故它们实际消耗的功率之比为4∶1∶1。
1.无论是串联电路还是并联电路,电路消耗的总功率都等于各电阻消耗的功率之和。
2.串、并联电路的功率分配:串联时电流相同,由P=I2R可知,P与R成正比;并联时电压相同,由P=可知,P与R成反比。
3.最大功率求法:先找出电路允许通过的最大电流或允许加的最大电压,然后利用P=I2R或P=求解。
总结提升
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< 二 >
焦耳定律、热功率
1.焦耳定律
(1)内容:电流通过电阻产生的热量Q跟 成正比、跟____
___________成正比、跟 成正比。这个关系式最初是由_____通过实验直接得到的,物理学中就把它叫作焦耳定律。
(2)表达式Q= 。
2.热功率
(1)定义:电流通过电阻所产生的热量Q与产生这些热量所用时间t的比,它在数值上等于 内电流通过电阻所产生的热量。
(2)公式:P热==I2R。
电流I的二次方
导
体的电阻R
通电时间t
焦耳
I2Rt
单位时间
用电炉烧水时,炉盘内的电炉丝被烧得通红,产生大量的热,而连接电炉的导线却不怎么热,这是什么原因?
讨论交流
答案 通电导线跟电炉丝是串联在一起的,通过它们的电流相等,而电炉丝的电阻比导线的电阻要大得多。由焦耳定律Q=I2Rt知,在相等的时间内导线产生的热量比电炉丝产生的热量要少得多。
两根由同种材料制成的均匀电阻丝A、B并联在电路中,A的长度为2L,直径为d;B的长度为L,直径为2d,那么通电后,A、B在相同的时间内产生的热量之比为
A.QA∶QB=1∶8 B.QA∶QB=8∶1
C.QA∶QB=1∶2 D.QA∶QB=4∶1
例2
√
电阻丝A、B的长度之比为2∶1,直径之比为1∶2,则横截面积之比为1∶4,根据电阻定律R=ρ知,电阻之比为8∶1,电阻丝A、B并联在电路中,电压相同,根据I=可得电阻丝A、B中的电流之比为IA∶IB=1∶8,根据Q=I2Rt可知电阻丝A、B在相同的时间内产生的热量之比为QA∶QB=
1∶8,故选A。
(多选)(2024·巴中市高二期末)如图所示是电饭锅的电路原理图,R1是定值电阻,R2是加热用的电热丝。电饭锅工作时有两种状态,当自动开关S闭合时为锅的加热状态;当自动开关S断开时为保温状态。若要使R2在保温状态下的功率是加热状态的四分之一,不考虑电阻随温度的变化,则R2在保温状态下的电压U1与加热状态下的电压U2之比及R1、R2的电阻值之比,分别为
A.U1∶U2=1∶1 B.U1∶U2=1∶2
C.R1∶R2=(-1)∶1 D.R1∶R2=1∶1
例3
√
√
在加热状态下P加热=,在保温状态下P保温=R2,P加热=4P保温,解得R1∶R2=1∶1,根据串联电路的分压原理,可知S断开后,两个电阻的电压相等,则U1=,加热状态的电压U2=U,可得U1∶U2=1∶2,故选B、D。
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< 三 >
电路中的能量转化
电熨斗工作时,将电能转化为什么能?电吹风工作时,将电能转化为什么能?
答案 电熨斗工作时,将电能转化为内能。电吹风工作时,将电能转化为内能和机械能。
1.纯电阻电路:P电=P热
2.非纯电阻电路:P电=P热+P其他
3.纯电阻电路与非纯电阻电路的比较
梳理与总结
比较项目 纯电阻电路 非纯电阻电路
元件特点 电路中只有电阻元件,如电阻、电炉丝、小灯泡 电路中除电阻外,还包括能把电能转化为其他形式的能的用电器,如电动机、电解槽
欧姆定律 适用,I= 不适用,I<
比较项目 纯电阻电路 非纯电阻电路
能量转化 电能全部转化为内能:
W=Q=UIt=I2Rt=t 电能转化为内能和其他形式的能:
W=UIt,Q=I2Rt,W=Q+W其他
功率特点 电功率等于热功率:
P电=P热=UI=I2R= 电功率等于热功率与其他功率之和:
P电=UI
P热=I2R
P电=P热+P其他
4.闭合电路中的能量转化
在闭合电路中:IE=IU+I2r
这个式子的物理意义:电源把其他形式的能量转化为电能的功率IE,等于电源输出功率IU与电源内电路的热功率I2r之和。
闭合电路欧姆定律实质上是 在闭合电路中的具体体现。
能量守恒定律
(1)电热Q=I2Rt可以用来计算所有含有电阻的电路中产生的焦耳热。
( )
(2)任何电路中的电功W=UIt,电热Q=I2Rt,且W=Q。( )
(3)电功W=UIt在任何电路中都适用,Q=I2Rt只在纯电阻电路中适用。
( )
(4)电动机消耗的电能,一部分转化为机械能,一部分转化为线圈电阻产生的电热。( )
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易错辨析
(来自教材改编)有一个直流电动机,其线圈电阻r=0.5 Ω,若在电动机两端加上2.0 V的电压,电动机正常工作,工作电流是1.0 A。求该电动机在1 min内:
(1)电源输入给电动机的功率为多少?
例4
答案 2 W
电源输入给电动机的功率为P=IU=1×2 W=2 W
(2)电动机消耗的电能为多少?
答案 120 J
电动机消耗的电能为
E=Pt=2×60 J=120 J
(3)电动机线圈产生的热量为多少?
答案 30 J
产生的热量为Q=I2rt=1.02×0.5×60 J=30 J
(4)电动机有多少电能转化为机械能?
答案 90 J
电动机电能转化为机械能为ΔE=E-Q=90 J。
(2024·凉山州高二期末)某实验小组拆下一个小电风扇的电动机,他们把它接入某电路(图中未画出),发现它不转动,用电压表测得它两端的电压U0=0.3 V,流过它的电流I0=0.3 A。该小组又设计了如图所示的实验电路,已知电源的电动势E=10 V,内阻 r=1 Ω。小灯泡的额定电压U=
2 V,额定功率P=2 W。闭合开关S,调节电阻箱的阻值, 当R=2 Ω时,灯泡恰好正常发光,电动机正常工作,根据以上信息,可知
A.电动机线圈的电阻为5 Ω
B.电动机正常工作时输出功率为5 W
C.电源的效率为80%
D.电动机被突然卡住(未烧坏)时的发热功率为 W
例5
√
电动机两端电压为0.3 V,电流为0.3 A时,电动机不转动,根据欧姆定律有RM==1 Ω,故A错误;
当 R=2 Ω时,灯泡恰好正常发光,则电路电流为I1==1 A,电动机两端电压为U1=E-U-I1(r+R)=5 V,电动机正常工作时输出功率为P输=U1I1-RM=4 W,故B错误;
电源的效率为η=×100%=90%,故C错误;
30
灯泡电阻为RL==2 Ω,电动机被突然卡住(未烧坏)时,根据闭合电路欧姆定律有I2== A此时电动机的发热功率为P'=RM= W,故D正确。
31
电动机电路的分析与计算
1.当电动机正常工作时,要注意分清电功和电热的关系,电动机消耗的电能也就是电流做的功W=UIt,电动机产生的内能必须用Q=I2Rt来求。另外,还要注意能量守恒定律的应用,即W=Q+E(E为其他形式的能)或P电=P机+P热,其中P电=UI,P热=I2R,P机为机械功率。
2.当电动机被卡住时,非纯电阻电路转变为纯电阻电路,电动机消耗的电能全部转化为电动机产生的内能,W=Q,即UIt=I2Rt。
总结提升
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< 四 >
安全用电 节约用电
1.安全用电
(1)安装可靠的 。
(2)过载保护与漏电保护。
家庭电路中使用的是低压 ,又称自动空气开关。
2.节约用电
(1)尽量使用 的用电器。
(2)合理使用空调。
(3)较长时间不使用的电器,请 电源。
接地线
断路器
节能
关闭
3.不同规格铜芯导线允许通过的电流
横截面积/mm2 直径/mm 25 ℃时的载流量/A
1.5 1.38 18
2.5 1.78 26
4 2.25 38
6 2.76 44
10 1.30×7 80
(1)发现有人触电,该怎样施救?
讨论交流
答案 应先切断电源开关,使触电者脱离电源后再进行抢救。
(2)列举家庭电路中的安全防护措施。
答案 ①安装可靠的地线,②过载保护,③漏电保护。
(来自教材)小明经过一番努力,终于把家里的主要电器工作时消耗的电功率情况基本摸清:空调柜机2 800 W,挂机1 200 W×2,微波炉1 500 W,电磁炉2 000 W,洗衣机300 W,电冰箱120 W,电视机100 W×2,台式电脑150 W,照明灯具130 W,其他不常用的如电熨斗、电吹风、吸尘器等未计入。请计算一下,他家的主输电线的横截面积应该选用多大的?
例6
答案 6 mm2
上述所有用电器同时启动时消耗的总功率
P=9 600 W
干路的电流
I== A=43.6 A
从上表中查到,应该使用横截面积为6 mm2的铜导线。
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< 五 >
课时对点练
题号 1 2 3 4 5 6 7 8
答案 CD D C D C A A AB
题号 9 10 11 12
答案 D AD (1)2 Ω (2)75% (1)6 Ω (2)20 A 2 400 W (3)1.2 m/s
对一对
答案
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考点一 电功和电热的理解
1.(多选)(2024·南充市高级中学高二月考)关于公式①P=UI;②P=I2R;③P=;下列叙述正确的是
A.只要是求电路的热功率,公式①②③均可以用
B.在非纯电阻电路中,①②③公式都可适用于求电功率,也可适用于求电热
功率
C.在纯电阻电路中,①②③公式都可适用于求电功率,也可适用于求电热功率
D.公式②在纯电阻电路中和非纯电阻电路中均可求电路的热功率
基础对点练
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答案
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公式①适用于任何电路求电功率,也适用于纯电阻电路求电热功率;公式②适用于任何电路求电热功率,也适用纯电阻电路求电功率,但不适用非纯电阻电路求电功率;公式③只适用纯电阻电路求电功率,也适用纯电阻电路求电热功率,故A、B错误;
根据以上分析可知,在纯电阻电路中,①②③公式都可适用于求电功率,也可适用于求电热功率,故C正确;
根据以上分析可知,公式②在纯电阻电路中和非纯电阻电路中均可求电路的热功率,故D正确。
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2.(2023·四川省合江县马街中学高二期中)输电线路会产生电能损失。一根某型号铜导线电阻约为0.8 Ω,通过2 A的电流时,10 s内产生的热量约为
A.5 J B.10 J
C.24 J D.32 J
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由焦耳定律可得Q=I2Rt=32 J,故选D。
考点二 纯电阻电路的分析与计算
3.(2024·巴中市高二期末)如图所示,a、b两只灯泡额定功率分别为100 W、50 W,额定电压均为110 V,R为一定值电阻。将下列连接方式电路的c、d两端分别加上220 V的电压时,两灯泡都可能正常发光的是
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A、B图中一灯泡与电阻串联后再与另一灯泡并联,a、b两灯泡两端的电压不相等,不可能都正常发光,故A、B不符合题意;
C、D图中a、b两只灯泡额定功率分别为100 W、50 W,额定电压均为110 V,由R=,可知b灯泡电阻较大,应与电阻R并联后,再与a灯泡串联,当并联总电阻与a灯泡电阻相同时,此时两灯泡两端电压都是110 V,两灯泡都正常发光,故C符合题意,D不符合题意。
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4.(2024·达州市外国语学校高二期中)如图所示,闭合开关S的瞬间,电路中的各个位置迅速建立了恒定电场,在恒定电场的作用下,电路中各处的自由电子几乎同时开始定向移动,整个电路也就几乎同时形成了电流。不考虑灯泡电阻随温度的变化,以下哪种措施可以让电子沿完整的电路dcbad运动的平均速率变为原来的。
A.调整滑动变阻器的阻值变为原来的一半
B.调整滑动变阻器使得灯泡L1的功率变为原来的一半
C.调整滑动变阻器使得灯泡L2的功率变为原来的一半
D.调整滑动变阻器使得电路总功率变为原来的一半
√
自由电子沿完整的电路dcbad运动的平均速率变为原来的,则电路电流变为原来的。调整滑动变阻器的阻值变为原来的一半,总电压不变,总电阻减小,总电流增大,故A不符合题意;
电路为串联,由于不考虑灯泡电阻随温度的变化,则由P=I2R可知,调整滑动变阻器使得灯泡L1或L2功率变为原来的一半,则电流变为原来的,故B、C不符合题意;
调整滑动变阻器使得电路总功率变为原来的一半,由于电源电动势不变,则由P=UI可知,电路电流变为原来的,故D符合题意。·
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考点三 非纯电阻电路的分析与计算
5.(2024·德阳市什都中学高二月考)如图所示,电阻R1=10 Ω,电动机绕线电阻R2=1 Ω,加在电路两端的电压为100 V;当开关S合上后,电动机正常工作,此时电流表的示数I=30 A,设电路两端的电压不变,电动机的输出功率P为
A.3 000 W B.2 000 W
C.1 600 W D.400 W
√
通过电阻R1的电流I1==10 A
通过电动机的电流I2=I-I1=20 A
电动机输入功率P入=UI2=2 000 W
电动机发热功率P热=R2=400 W,
电动机输出功率P=P入-P热=1 600 W,故选C。
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6.如图甲所示,用充电宝为一手机电池充电,其等效电路如图乙所示。在充电开始后的一段时间t内,充电宝的输出电压U、输出电流I可认为是恒定不变的,设手机电池的电阻为r,则时间t内
A.手机电池储存的化学能为UIt-I2rt
B.手机电池产生的焦耳热为t
C.手机电池产生的焦耳热为UIt
D.充电宝输出的电功率为UI+I2r
√
手机电池储存的化学能为E化=UIt-I2rt,故A正确;
手机电池产生的焦耳热为Q=I2rt,由于手机电池是非纯电阻元件,上述焦耳热不等于t,且上述焦耳热小于UIt,故B、C错误;
充电宝输出的电功率为P=UI,故D错误。
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考点四 安全用电
7.关于家庭电路,下列说法正确的是
A.家庭电路采用的是电压为220 V的交流电
B.洗衣机、电冰箱等家用电器都使用三孔插座,是为了节约用电
C.在家庭电路中,已有两盏灯正常发光,若再打开电视,则电路中的总
电流变小
D.可以用铜丝代替保险丝,这样可以防止断电
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家用电路采用的是电压为220 V的交流电,故A正确;
使用三孔插座,是为了将金属外壳的电荷引入大地,防止因漏电而发生触电事故,故B错误;
在家庭电路中,并联的用电器越多,总电阻越小,家庭电路的电压不变,则电路中的总电流变大,故C错误;
铜丝无法像保险丝一样在电路过载时及时熔断,故无法起到保护电路的作用,故D错误。
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8.(多选)小红家的限电器允许通过的最大电流是10 A,她家有2个标有“220 V,40 W”的日光灯,4只标有“220 V,15 W”的灯泡,1个标有“220 V,1 000 W”的热水器,1台合计起来有160 W的电脑,1台制冷时耗电为140 W的电冰箱,1台耗电为80 W的电视机,1台标有“220 V,1 200 W”的空调。请你通过计算判断:小红家的这些用电器可以同时使用吗?哪些电器可以同时使用
A.不能同时使用,灯泡、电视、空调、电脑、冰箱可以同时使用
B.不能同时使用,灯泡、日光灯、电视、冰箱、空调、电脑可以同时使用
C.不能同时使用,灯泡、热水器、空调可以同时使用
D.都能同时使用
√
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小红家最大可用电功率为P=UI=220×10 W=2 200 W,而所有的电器都打开时总耗电功率为2 720 W,所以不能同时使用。热水器和空调同时使用时的功率恰好等于限电功率,打开任意电器,只要不跟空调、热水器共同使用即可,故A、B正确。
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9.(2025·成都市蓉城高三多校联考)为比较额定电压为5 V、内阻为2.5 Ω的USB小电风扇(如图甲)正常工作时和卡住时的功率,将其电机拆下与电动势为6 V、内阻为2 Ω的电源串联(如图乙),电机恰好能正常工作,则此电路中电机正常工作时的功率与卡住时的功率的比值为
A. B.
C. D.
√
能力综合练
电机正常工作时,由闭合电路欧姆定律有E=UM+Ir
解得I=0.5 A
电机的功率P正=UMI=2.5 W
电机卡住时相当于纯电阻,则E=I'(RM+r)
解得I'= A
此时电机的功率P卡=I'2RM= W
所以=,故选D。
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10.(多选)(2024·成都市石室中学高二月考)直流电动机在生产生活中有着广泛的应用。同学们为了研究直流电动机的机械效率(有用功率与总功率的百分比)问题,设计了如图甲所示的电路,一内阻为r1=1 Ω直流电动机M和规格为“6 V
6 W”的指示电灯L并联之后接在电动势为E=8 V、内阻r2=0.5 Ω的直流电源上。闭合开关S,电动机和指示灯均正常工作,在提升物体过程中,如图乙所示,则下列说法正确的是
A.流过电动机的电流为3 A
B.该电源的效率为60%
C.电动机的输出功率为15 W
D.用该电动机可将重为7.5 N的物体以0.6 m/s的速度匀速提升,则电动机工作
的机械效率为25%
√
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根据题意,由公式P=UI可得,
由于指示灯正常工作,则流过指示灯的电流为IL==1 A
设干路电流为I,由闭合回路欧姆定律有UL=E-Ir2
解得I=4 A
则流过电动机的电流为IM=I-IL=3 A,故A正确;
该电源的效率为η=×100%=×100%=75%,故B错误;
电动机的输出功率为P出=UMIM-r2=(6×3-32×1)W=9 W,故C错误;
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用该电动机可将重为7.5 N的物体以0.6 m/s的速度匀速提升,根据能量转化和守恒定律得,电动机的有用功率为P有=Gv=4.5 W
则电动机工作的机械效率为η=×100%=×100%=25%,故D正确。
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11.(2024·绵阳市南山中学高二期中)如图所示,电源电动势E=6 V,小灯泡L的规格为“3 V 0.9 W”,开关S接1,当滑动变阻器调到R=8 Ω时,小灯泡L正常发光,现将开关S接2,小灯泡L和电动机M均正常工作,已知电动机的线圈电阻R0=2 Ω。求:
(1)电源内阻;
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答案
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答案 2 Ω
小灯泡正常发光时的电阻为
RL==10 Ω
流过小灯泡的电流I==0.3 A
当开关S接1时R总==20 Ω
电源内阻为r=R总-RL-R=2 Ω
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(2)电动机效率。
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答案 75%
当开关S接2时,灯泡正常发光,电路中的电流与开关S接1时的电流相同,所以电动机的正常工作电压U机=E-I(RL+r)=2.4 V
电动机的输入功率P入=U机I=0.72 W
而电动机的热功率P热=I2R0=0.18 W
则电动机输出的机械功率
P机出=P入-P热=0.54 W
电动机的效率η机=×100%=×100%=75%。
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尖子生选练
12.有一个用直流电动机提升重物的装置,重物的质量m=50 kg,电路电压为120 V,当电动机以v=0.9 m/s的恒定速率向上提升重物时,电路中的电流I=5 A。(取g=10 m/s2)
(1)电动机线圈的电阻R等于多少?
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答案 6 Ω
电动机提升重物时,根据能量守恒定律得P电=P热+P机,
即UI=I2R+mgv
解得R=6 Ω
(2)若因故障电动机不能转动,这时通过电动机的电流是多大?电动机消耗的电功率又为多大?
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答案 20 A 2 400 W
若因故障电动机不能转动,则由欧姆定律得通过电动机线圈的电流为I'== A=20 A
电动机消耗的电功率为P电'=I'2R=2 400 W
(3)电动机对该重物的最大提升速度是多少?
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答案 1.2 m/s
根据P电=P热+P机,得P机=P电-P热=UI″-I″2R
当I″=时,P机有最大值,最大值为
即I″==10 A时,P机max=600 W
根据P机max=mgvmax,得vmax=1.2 m/s。
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第
二
章
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