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第九章
电路和电能
第2讲　电能　能量守恒定律
1.理解电功、电功率、焦耳定律,并能在纯电阻电路和非纯电阻电路中进行计算。2.理解电动势的物理意义,理解闭合电路欧姆定律并能够利用其分析电路的动态变化。3.掌握路端电压和电流的关系及电源的U-I图像。4.会计算涉及电源的电路中的功率,理解电源的输出效率。
1.电功。
(1)定义:导体中的自由电荷在_______的作用下做定向移动,电场力做的功称为电功。
(2)公式:W=_______=UIt。
(3)电流做功的实质:_______转化成其他形式能的过程。
考点1　电功、电功率、电热、热功率
静电力
Uq
电能

UI
电流
电阻


考向1　纯电阻电路的功率
【典例1】　额定电压都是110 V、额定功率PA=110 W和PB=40 W的两盏电灯,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(　　)
　

答案　C
考向2　非纯电阻电路的功和功率
【典例2】　(多选)如图所示的实验电路中,当调节滑动变阻器R阻值较大使电动机不转动时,此时理想电流表和理想电压表的示数分别为0.60 A和0.30 V;重新调节R使电动机正常转动时,理想电流表和理想电压表的示数分别为2.00 A和10.00 V,下列说法正确的是(　　)
A.电动机的内电阻为5 Ω
B.电动机的内电阻为0.5 Ω
C.正常转动时电动机的输出功率为18 W
D.正常转动时电动机的输出功率为20 W

答案　BC
【易错警示】　电动机不转动时,没有机械能输出,相当于纯电阻元件,消耗的电能全部转化成热能。电动机正常工作时加在电动机两端的电压大于电动机内阻上的电压。

考点2　闭合电路欧姆定律

本领

电动势
(1)电动势的大小反映了电源把电能转化为其他形式的能的本领大小
( )
(2)电动势和内阻是电源的重要参数,电动势由电源中非静电力的特性决定,与电源的体积和外电路均无关( )
(3)在电源电动势和内阻恒定的闭合电路中,路端电压随外电阻的增大而增大,但不可以超过电动势( )

【典例3】　(多选)在如图所示的电路中,电源电动势E和内阻r均为定值,当外电路电阻R发生变化时,回路电流I、路端电压U、内电压U'都将随之发生变化。下列图像能正确表示其变化规律的是(　　)

答案　AB
考向2　闭合电路的动态分析
1.程序法。
2.“串反并同”结论法。
(1)所谓“串反”,即某一电阻增大时,与它串联或间接串联的电阻中的电
流、两端电压、电功率都将减小,反之则增大。
(2)所谓“并同”,即某一电阻增大时,与它并联或间接并联的电阻中的电
流、两端电压、电功率都将增大,反之则减小。
3.极限法。
因滑动变阻器滑片滑动引起电路变化的问题,可将滑动变阻器的滑片分别滑至两个极端,让电阻最大或电阻为零去讨论。
【典例4】　在如图所示的电路图中,电压表、电流表均为理想电表,闭合开关后,当滑动变阻器的滑动片由a向b滑动时,下列判断正确的是
(　　)
A.电压表的示数变小
B.电流表的示数变大
C.电源的内阻消耗的功率变小
D.整个电路消耗的功率变大
解析　滑动变阻器的滑动片由a向b滑动,滑动变阻器接入电路的电阻变小,总电阻减小,总电流变大,路端电压减小,即R3上的电压减小,电流表示数变小,B项错误;干路电流变大,又因为电流表示数变小,滑动变阻器所在支路电流变大,因此R2两端电压变大,电压表的示数变大,A项错误;由于干路电流变大,根据P=I2r可知电源的内阻消耗的功率变大,C项错误;由于干路电流变大,根据P=EI可知,整个电路消耗的功率变大,D项正确。
答案　D
考向3　含容电路的分析和计算
1.电路简化。
把电容器所处的支路视为断路,简化电路时可以去掉,求电荷量时再在相应位置补上。
2.电容器的电压。
(1)电容器两端的电压等于与之并联的电阻两端的电压。
(2)电容器所在的支路中没有电流时,与之串联的电阻无电压,相当于导线。
3.电容器的电荷量及变化。
(1)利用Q=UC计算电容器初、末状态所带的电荷量Q1和Q2。
(2)如果变化前后极板带电的电性相同,通过所连导线的电荷量为|Q1-Q2|。
(3)如果变化前后极板带电的电性相反,通过所连导线的电荷量为Q1+Q2。
【典例5】　(多选)平行金属板A、B水平放置,构成平行板电容器,下极板B接地,与电阻箱R1、定值电阻R2、电源E、滑动变阻器R组成如图所示电路,滑动变阻器R的滑动片置于中间位置。下列说法正确的是(　　)
A.上极板A带正电,下极板B不带电
B.仅增加极板A、B间的距离,极板带电量减小
C.仅增大电阻箱R1的阻值,电容器两端电压减小
D.仅将滑动变阻器R的滑片向b端滑动,极板带电量增大

答案　BD
考向4　电路故障分析
1.电压测量法。
(1)断点故障的判断:用电压表与电源并联,若有电压时,再逐段与电路并联,若电压表指针偏转,则这段电路有断点。
(2)短路故障的判断:用电压表与电源并联,若有电压时,再逐段与电路并联,若电压表示数为零时,该电路被短路;当电压表示数不为零,则该电路没被短路或不完全被短路。
2.假设法。
已知电路发生某种故障,寻求故障发生在何处时,可将整个电路划分为若干部分,然后逐一假设某部分电路发生故障,运用欧姆定律进行正向推理。推理结果若与题述物理现象不符合,则故障不是发生在这部分电路;若推理结果与题述物理现象符合,则故障可能发生在这部分电路。直到找出发生故障的全部可能为止。
【典例6】　如图所示的电路中,电源的电动势为6 V,当开关S接通后,灯泡L1和L2都不亮,用电压表测得各部分的电压是Uab=6 V,Uad=0 V,Ucd=6 V,由此可断定(　　)
A.L1和L2的灯丝都烧断了
B.L1的灯丝烧断了
C.L2的灯丝烧断了
D.变阻器R断路
解析　由Uab=6 V可知,电源完好,灯泡都不亮,说明电路中出现断路故障,且在a、b之间。由Ucd=6 V可知,灯泡L1与变阻器R是通的,断路故障出现在c、d之间,故灯L2断路,C项正确。
答案　C

考点3　闭合电路的功率和效率问题

(1)外电阻越大,电源的输出功率越大( )
(2)电源的输出功率越大,电源的效率越高( )
(3)电源的内部发热功率越大,输出功率越小( )



【典例7】　在如图所示的电路中,R0为定值电阻,R为光敏电阻(光照减弱时阻值增大),C为电容器,闭合开关后,减弱对光敏电阻R光照的强度,下列说法正确的是(　　)
A.电流表的示数增大
B.电容器C的电荷量增大
C.电源输出功率增大
D.电源内部消耗的功率变大
解析　减弱对光敏电阻R光照的强度,其阻值增大,根据闭合电路的欧姆定律可知,电路中的电流将减小,电流表的示数减小,A项错误;电路中的电流减小,则电路的路端电压增大,所以电压表的示数增大,电容器两端的电压增大,根据Q=CU可知,电容器C的电荷量增大,B项正确;当电源的内阻和外电路电阻阻值相等时,电源输出功率最大,本题中电源内阻与外电路电阻阻值之间的大小关系未知,故无法判断电源输出功率增大还是减小,故C项错误;电路中的电流减小,电源内部消耗的功率P=I2r,所以将随电流的减小而减小,D项错误。
答案　B
【典例8】　(多选)如图所示,电动势为E、内阻为r的电池与定值电阻R0、滑动变阻器R串联,已知R0=0.5r,滑动变阻器的最大阻值是3r。闭合开关,当滑动变阻器的滑片P由a端向b端滑动时,下列说法中正确的是(　　)
A.电源内阻消耗的功率变大
B.电源的输出功率先变大后变小
C.滑动变阻器消耗的功率变小
D.定值电阻R0上消耗的功率变大


答案　ABD
用好“等效电源”,巧解最大输出功率
等效法是物理中常用的一种解决问题的方法,本例中在分析滑动变阻器的功率变化时,使用等效法解题非常方便、快捷。把R0+r看成电源的内阻,滑动变阻器接入电路的阻值就是等效电源的外电阻,此时套用闭合电路的输出功率的结论非常方便。

考点4　电源的U-I图像

考向1　电源的U-I图像的理解和应用
【典例9】　如图所示,甲、乙为两个独立电源的路端电压U与通过它们的电流I的关系图线,下列说法正确的是(　　)
A.路端电压都为U0时,它们的外电阻相等
B.电流都是I0时,两电源的内电压相等
C.电源甲的电动势小于电源乙的电动势
D.电源甲的内阻小于电源乙的内阻

答案　A
考向2　电源U-I图像与电阻U-I图像的综合应用
【典例10】　两位同学在实验室利用如图甲所示的电路测定电阻R0、电源的电动势E和内电阻r,调节滑动变阻器的滑动触头P向某一方向移动时,一个同学记录了电流表A和电压表V1的测量数据,另一同学记录的是电流表A和电压表V2的测量数据。根据数据描绘了如图乙所示的两条U-I直线。则图像中两直线的交点表示的物理意义是(　　)
A.滑动变阻器的滑动触头P滑到了最右端
B.电源的输出功率最大
C.定值电阻R0上消耗的功率为1.0 W
D.电源的效率达到最大值

答案　B

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