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高中物理第4章探究閉合電路歐姆定律電路中的能量轉(zhuǎn)化與守恒學案滬科版選修3-1-資料下載頁

2024-11-19 23:12本頁面

【導讀】[學習目標定位]、電功率的概念與公式并能進行相關計算.電功的計算公式:電場力對電荷q所做的功為W=qU,而q=It,所以W=UIt.熱功率:單位時間內(nèi)電流通過導體發(fā)出的熱叫做熱功率,其表達式為P=Q/t=I2R.4.電源的效率:η=UIEI×100%=UE×100%.3.電功常用的單位還有:千瓦時,也稱“度”,1kW·h=×106J.3.非純電阻電路中:W=UIt=Q+E其他>Q=I2Rt;P=UI=I2R+P其他>P熱=I2R.1.在一個閉合電路中電源的輸出功率與外電阻之間有怎樣的關系?當外電路為純電阻電路時,P出與外電阻R的函數(shù)關系圖像如圖所示,從圖中看出當R<r時,若R增大,P出增大;輸出功率相等,即2R1=2R2,化簡后得到這兩個阻值的關系為R1R2=r2.電風扇正常工作時通過風扇電動機的電流強度;P熱=I′2r=112×20W=2420W.例3如圖2所示,電路中E=3V,r=Ω,R0=Ω,變阻器R的最大阻值為10Ω.Pm′=E2+R0=32+×W=278W.1.關于三個公式P=UI、P=I2R、P=U2R的適用范圍,

  

【正文】 率將變小 答案 BC 解析 由于電動機是非純電阻元件,歐姆定律不再適用,電動機的輸入功率 P1= UI,熱功率 P2= I2R,輸出功 率 P3= mgv, P1= P2+ P3,可解得: U= IR+ mgvI ,又由閉合電路歐姆定律得: E= U+ Ir,解得: r= EI- mgvI2 - R;當電動機轉(zhuǎn)軸被卡住時,電動機變成純電阻元件,總電流 I 總= ER+ r,電流增大,故較短時間內(nèi)電源消耗的功率 P 增大,所以選項 B、 C正確. 9.如圖 6所示為用一直流電動機提升重物的裝置,重物質(zhì)量 m 為 50 kg,電源電動勢 E 為110 V,內(nèi)阻 r= 1 Ω,不計摩擦.當電動機以 m/s的恒定速度向上提升重 物時,電路中的電流 I= 5 A,由此可知電動機線圈的電阻 R= ________Ω.(g取 10 m/s2) 圖 6 答案 4 解析 電源的輸出功率 P= I(E- Ir),對電動機由能量守恒 P= P 機+ PR,得: R=- - mgvI2 =- - 501052 Ω= 4 Ω. 題組四 綜合題組 10.如圖 7 所示,電源電動勢 E= 30 V,內(nèi)阻 r= 1 Ω,燈泡上標有 “6 V 12 W”字樣,直流電動機線 圈電阻 R= 2 Ω,若燈泡恰好能正常發(fā)光,求電動機輸出的機械功率. 圖 7 答案 36 W 解析 因燈泡正常發(fā)光,所以 I= PU= 126 A= 2 A U 內(nèi)= Ir= 21 V= 2 V 所以電動機兩端電壓為 UM= E- U 內(nèi)- U= 30 V- 2 V- 6 V= 22 V 電動機輸出的機械功率為 P 機= UMI- I2R= 222 W- 222 W= 36 W. 11.如圖 8 所示的電路中,電路消耗的總功率為 40 W,電阻 R1 為 4 Ω, R2 為 6 Ω,電源內(nèi)阻 r 為 Ω,電源的效率為 94%,求: 圖 8 (1)a、 b 兩點間的電壓; (2)電源電動勢. 答案 (1) V (2)20 V 解析 (1)因電源效率 η= 94% 所以內(nèi)阻消耗功率 P 內(nèi)= P 總 (1- η)= 40(1- 94%)= W 所以總電流 I= P內(nèi)r = 2 A 由于 R R2 并聯(lián),所以 Uab= IR1R2R1+ R2= V (2)由 P 總= IE 得電源電動勢 E= P總I = 20 V 9 所示為電動機提升重物的裝置,電動機線圈的電阻為 r= 1 Ω,電動機兩端的電壓為 5 V,電路中的電流為 1 A,物體 A重 20 N,若不計摩擦力.則: 圖 9 (1)電動機線圈電阻上消耗的熱功率是多少? (2)電動機的輸入功率和輸出功率各是多少? (3)10 s 內(nèi),可以把重物 A勻速提升多高? (4)這臺電動機的機械效率是多少? 答案 (1)1 W (2)5 W 4 W (3)2 m (4)80% 解析 首先要知道輸入功率是電機 消耗的總功率,而輸出功率是機械功率,消耗的電能轉(zhuǎn)化為機械能和內(nèi)能兩部分,由能量守恒定律可求解. (1)根據(jù)焦耳定律,熱功率為 P 熱= I2r= 121 W= 1 W. (2)輸入功率等于輸入電流與電動機兩端電壓的乘積 P 入= IU= 15 W= 5 W. 輸出功率等于輸入功率減去內(nèi)阻消耗的熱功率 P 出= P 入- P 熱= 5 W- 1 W= 4 W. (3)電動機的輸出功率等于提升重物單位時間內(nèi)轉(zhuǎn)化的機械能,在 10 s 內(nèi) P 出= mght .解得 h= P出 tmg = 41020 m= 2 m. (4)機械效率為 η= P出P入 100%= 45100%= 80%.
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