资源简介

(共18张PPT)
微专题Ⅲ　欧姆定律、电功率的相关计算
1.小明家中的电热水壶铭牌上部分信息如下表所示,若断开家中的其他用电器,让电热水壶单独工作,测得1.5 min内电能表指示灯闪烁了72次(电能表如图所示)。请你解决下列问题:[水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)]
额定电压 220 V
频率 50 Hz
额定容量 1.8 L
额定功率 1 000 W
(1)该电热水壶正常工作时的电流是多少
(2)用该电热水壶将1 kg的水从20 ℃加热到100 ℃,水吸收的热量是多少
(3)该电热水壶的实际功率为多少 请你分析实际功率和额定功率不相同的原因(写出一条)。
答案:(1)4.5 A　(2)3.36×105 J　(3)900 W　电路中电压偏低
解析:(1)该电热水壶正常工作时的电流是I=≈4.5 A。
(2)将1 kg的水从20 ℃加热到100 ℃,水吸收的热量为
Q吸=cm(t-t0)=4.2×103 J/(kg·℃)×1 kg×(100 ℃-20 ℃)=3.36×105 J。
(3)3 200 imp/(kW·h)表示电路中每消耗1 kW·h的电能时,指示灯闪烁3 200次,电能表指示灯闪烁72次消耗的电能为W= kW·h=0.022 5 kW·h
则该电热水壶的实际功率为P'==0.9 kW=900 W
电路中电压偏低时,根据公式P=可知,电热水壶的实际功率会小于额定功率。
2.定值电阻R1和标有“8 V　8 W”字样的灯泡L的I-U关系图像如图甲所示。图乙中电源电压恒定不变,滑动变阻器标有“20 Ω　1 A”字样,电流表量程为0~3 A,当闭合开关S、S2,断开开关S1,将滑动变阻器R2的滑片P移到b端时,灯泡L的实际功率为1 W。
甲
乙
(1)求灯泡正常发光时的电流。
(2)求电源电压。
(3)当开关S、S1闭合,S2断开时,调节滑片P,求整个电路的最大总功率。
答案:(1)1 A　(2)12 V　(3)12 W
解析:(1)已知灯泡标有“8 V　8 W”字样,则灯泡正常发光时的电流为
I额==1 A。
(2)当闭合开关S、S2,断开开关S1时,灯泡L和R2串联;将滑动变阻器R2的滑片P移到b端时,滑动变阻器接入最大阻值20 Ω;由题可知,此时灯泡L的实际功率为1 W,观察题图甲可得,此时灯泡两端的电压为UL实=2 V,流过灯泡的电流为IL实=0.5 A,即串联电路中的电流为I'=0.5 A
则滑动变阻器两端的电压为
U2=I'R2最大=0.5 A×20 Ω=10 V
电源电压为
U=UL实+U2=2 V+10 V=12 V。
(3)由题图甲可知,定值电阻R1==10 Ω
当开关S、S1闭合,S2断开时,R1和R2串联,根据P=UI可知,电流越大,电路的总功率越大;在保证电路中各元件都安全的前提下,减小滑动变阻器接入电路的阻值,可增大电路中的电流;若R2接入电路的电阻为0,此时电路中的电流为
I″==1.2 A
大于滑动变阻器能承受的最大电流1 A,因此为保证电路安全,电路允许通过的最大电流为Imax=1 A,则整个电路的最大总功率为
Pmax=UImax=12 V×1 A=12 W。
3.小明购买了一个多功能煮茶壶,它有加热、保温两个挡位,R和R0均为发热电阻,说明书给出的电路图如图所示,正常工作电压为220 V,加热挡功率为1 000 W,保温挡功率为200 W,其中电热丝阻值均不变。[ρ水=1.0×103 kg/m3,c水=4.2×103 J/(kg·℃)]
(1)当开关S闭合,S0　　　(选填“断开”或“闭合”)时,煮茶壶处于加热挡。
(2)求R和R0的阻值。
(3)若不考虑能量损失,则煮茶壶用加热挡将质量为2 kg、初温为25 ℃的水加热到75 ℃,按说明书计算正常工作需要的时间。
(4)小明在(3)中实际用时小于通过说明书计算出的时间,为探究原因,小明做了如下实验:用加热挡测得烧开一壶水用时6 min,通过电能表转数,算出此次烧水消耗电能0.121 kW·h,求煮茶壶工作时的实际电压。
答案:(1)闭合
(2)48.4 Ω　193.6 Ω
(3)7 min
(4)242 V
解析:(1)由题图乙可知,当开关S闭合、S0断开时,R和R0串联,根据串联电路的电阻特点可知,此时电路中的总电阻最大,由P=可知,总功率最小,煮茶壶处于保温挡;当开关S、S0都闭合时,只有R工作,电路中的总电阻最小,总功率最大,煮茶壶处于加热挡。
(2)由P=可知,R的阻值为R==48.4 Ω
R和R0串联的总电阻为R总==242 Ω
根据串联电路的电阻特点可知,R0的阻值为
R0=R总-R=242 Ω-48.4 Ω=193.6 Ω。
(3)水吸收的热量为
Q吸=c水m(t-t0)=4.2×103 J/(kg·℃)×2 kg×(75 ℃-25 ℃)=4.2×105 J
不考虑热量损失,煮茶壶消耗的电能为W=Q吸=4.2×105 J
由P=可得,需要的时间为t'==420 s=7 min。
(4)煮茶壶工作时的实际功率为
P实==1.21 kW=1 210 W
由P=可知,实际电压为U实==242 V。
4.小华家有一个标有“220 V　2 200 W”的即热式水龙头,在使用时发现不能满足家人对冬夏两季水温的需求,于是他增加了两个相同的发热电阻R和两个指示灯(指示灯电阻不计),设计了如图甲所示的电路进行改进,其中R0为改进前水龙头的发热电阻,开关S1可以同时与a、b相连或只与c相连,使其具有两挡工作状态(忽略发热电阻阻值的变化)。
(1)求R0的阻值。
(2)改进前,小华关闭家中其他用电器,只让该水龙头工作,发现家中电能表(如图乙所示)1 min转20 r,求此时该水龙头的实际功率。
(3)改进后,水龙头正常工作时两挡电功率之比为4∶1,求正常工作时高温挡的电功率。
答案:(1)22 Ω　(2)2 000 W　(3)4 400 W
解析:(1)根据P=得R0的阻值为
R0==22 Ω。
(2)因600 r/(kW·h)表示电能表转盘每转600 r用电器消耗1 kW·h的电能,关闭其他用电器,只让该水龙头工作时,电能表1 min转盘转了20 r,所以该水龙头消耗的电能为
W=×20 kW·h= kW·h=1.2×105 J
则此时该水龙头的实际功率
P实==2 000 W。
(3)由电路图可知,闭合开关S2,将开关S1与a、b相连时,电阻R与R0并联,R并=,总电阻较小,根据P=UI=可知,此时电路的总功率最大,水龙头处于高温挡;
由电路图可知,闭合开关S2,将开关S1与c相连时,R与R0串联,R串=R+R0,总电阻较大,总功率较小,水龙头处于低温挡;
改进后,水龙头正常工作时两挡电功率之比为4∶1,即
P高∶P低==4∶1解得R=R0=22 Ω
水龙头正常工作时高温挡的电功率为
P高==4 400 W。
5.某品牌新型油电混合汽车,它的部分参数如表格所示,求:(g取10 N/kg)
整车质量/1 500 kg 发动机最大功率/60 kW
电动机最大功率/36 kW 锂电池能量/18 kW·h
(1)若用功率为1.5 kW的充电桩给该汽车的锂电池充满电,需要多少时间 (设电池组充电前电池容量为零)
(2)在发动机模式下,若试乘人员质量忽略不计,汽车匀速行驶36 km,用时
18 min,受到的阻力是汽车总重的,则发动机的功率为多少 (不计机械损失)
(3)在纯电动模式下某次测试中,当该型号汽车充满电后匀速行驶120 km,仪表盘电子屏显示电量剩余20%,已知匀速行驶中该车所受阻力为360 N,求该汽车在纯电动模式下的效率。
答案:(1)12 h　(2)50 kW　(3)83.3%
解析:(1)根据P=得,充电需要时间为
t==12 h。
(2)不计机械损失,根据速度公式,汽车匀速行驶速度为
v= m/s
汽车匀速行驶时,受力平衡,则牵引力为
F牵=Ff=G=mg=×1 500 kg×10 N/kg=1 500 N
则发动机的功率为
P'=F牵v=1 500 N× m/s=50 000 W=50 kW。
(3)该型号汽车充满电后匀速行驶s0=120 km=120 000 m,汽车匀速行驶时,受力平衡,则牵引力做功为
W0=F0s0=Ff0s0=360 N×120 000 m=4.32×107 J
仪表盘电子屏显示电量剩余20%,则消耗的电能为
W电=(1-20%)×18×3.6×106 J=5.184×107 J
则该汽车在纯电动模式下的效率为
η=≈83.3%。

展开更多......

收起↑