
1、歐姆定律: (1)公式: 變形公式: 、 。(2)適用條件: 。 2、電功(電能) W= = ; 3、電功率 P= = ; 電功率推導(dǎo)公式P= = , 適用條件: ;家用電器加熱或保溫狀態(tài)判斷原理: 。 4、焦耳定律公式: 。
5、分析電路的方法:1)化簡: ;2)判斷 ; 3)觀察 ;4)根據(jù)題目要求,選擇適當(dāng)公式、定理解題 。
電壓表看成斷路(去掉),電流表看成導(dǎo)線
例1 如圖所示電路,電源電壓恒為8 V,定值電阻R1的阻值為10 Ω,閉合開關(guān)S.求:(1)當(dāng)滑片P在最左端時(shí),電流表示數(shù)為_____A.(2)當(dāng)滑片P在最右端時(shí),電流表示數(shù)為0.2 A,R2的最大阻值為_____Ω,R1消耗的電功率是_____W.(3)當(dāng)滑片從最右端向左移到某一位置時(shí),電流表示數(shù)變化了0.4 A,R1的電功率變化了______W,電路的電功率變化了______W.
變式1 (改變電路連接方式) 如圖所示電路,電源電壓為 8 V,滑動變阻器R2上標(biāo)有“1.0 A 20 Ω”字樣,閉合開關(guān),電流表的示數(shù)為0.2 A,定值電阻R1的阻值為______ Ω,將R2的滑片移到最左端時(shí),電路消耗的電功率為________W.
變式2 (結(jié)合U-I 圖像、列方程) 如圖甲所示的電路中,R1為定值電阻,閉合開關(guān)S后,將R2的滑片從a端移到b端的過程中,電流表與電壓表示數(shù)關(guān)系如圖乙所示:(1)識別曲線圖:圖乙是電流表與電壓表的關(guān)系圖像,即是______(填用電器符號)的U-I圖像.
(2)圖線上特殊點(diǎn)的應(yīng)用:①起點(diǎn):R2的滑片在最左端時(shí),電路電流最____(選填“大”或“小”),對應(yīng)圖乙中的(_____A、_____V)點(diǎn),電源電壓U=____________(用R1表示).②終點(diǎn):R2的滑片在最右端時(shí),電路電流最____(選填“大”或“小”),對應(yīng)圖乙中的(_____A、_____V)點(diǎn),電源電壓U=______________(用R1表示).③結(jié)合兩個(gè)等式可知電源電壓U=____V,R1=_____Ω,R2的最大阻值為_____Ω.
0.2 A×R1+4 V
類型2 敏感電阻引起的動態(tài)電路計(jì)算
例2 (2021北部灣經(jīng)濟(jì)區(qū))學(xué)校利用過氧乙酸對教室內(nèi)的空氣進(jìn)行熏蒸消毒.某學(xué)習(xí)小組為了測量教室空氣中過氧乙酸氣體的濃度,設(shè)計(jì)了如圖甲所示的檢測儀.已知電源電壓為6 V,定值電阻R0標(biāo)有“2.5 Ω 0.4 A”字樣,過氧乙酸氣體傳感器Rt的阻值隨過氧乙酸氣體濃度ρ的變化關(guān)系如圖乙所示.電壓表的量程為0~3 V,電壓表不同的示數(shù)對應(yīng)不同的過氧乙酸氣體濃度,請通過計(jì)算說明:
(1)按要求,ρ>0.1 g/m3才能達(dá)到消毒要求.當(dāng)電壓表的示數(shù)為0.75 V時(shí), 教室內(nèi)過氧乙酸氣體的濃度是否達(dá)到消毒要求;(2)若該檢測儀處在所能測量的最大ρ值狀態(tài)下工作了500 s,電路消耗的電功率及R0消耗的電能;(3)若檢測儀所能測量的最大ρ值調(diào)整為0.45 g/m3,此時(shí)電壓表指針剛好偏轉(zhuǎn)到最大刻度,則需重新選用哪種規(guī)格的定值電阻.
解:(1)由圖甲知,定值電阻R0與過氧乙酸氣體傳感器Rt串聯(lián),電壓表測定值電阻兩端的電壓當(dāng)電壓表的示數(shù)為0.75 V時(shí),傳感器兩端的電壓Ut=U-U0=6 V-0.75 V=5.25 V電路中的電流此時(shí)傳感器的阻值由圖乙知,過氧乙酸氣體濃度明顯大于0.1 g/m3,故教室內(nèi)過氧乙酸氣體的濃度達(dá)到了消毒的要求
(2)定值電阻R0標(biāo)有“2.5 Ω 0.4 A”字樣,則電路能通過的最大電流為0.4 A由圖乙可知,當(dāng)過氧乙酸氣體濃度升高時(shí),Rt的阻值減小,電路總電阻減小,電路電流增大,則當(dāng)電路電流為Imax=0.4 A時(shí),對應(yīng)的過氧乙酸氣體濃度為電路能測量的最大濃度.此時(shí)電路消耗的電功率 P=UImax=6 V×0.4 A=2.4 W工作500 s,R0消耗的電能W=Q=I2max R0 t =(0.4 A)2×2.5 Ω×500 s=200 J
(3)若檢測儀能測量的最大ρ值調(diào)整為0.45 g/m3,由圖乙可知,此時(shí)傳感器的阻值Rt′=5 Ω電壓表指針剛好偏轉(zhuǎn)到了最大刻度處,則R0兩端的電壓,U0′=3 V由歐姆定律及串聯(lián)電路的電流規(guī)律可得 代入相關(guān)數(shù)值有 ,解得R0′=5 Ω通過R0′的電流故需要重新選用“5 Ω 0.6 A”的定值電阻
類型3 開關(guān)開閉引起的動態(tài)電路計(jì)算例3 (2019云南省卷)如圖所示,定值電阻R1=6 Ω,當(dāng)S1閉合,S2、S3斷開時(shí),電流表示數(shù)為1 A,S3閉合,S1、S2斷開時(shí),電流表示數(shù)為0.2 A.求:
(1)電源電壓為多少?
①當(dāng)S1閉合,S2、S3斷開時(shí),請畫出其簡化電路;
②此時(shí)電路中有________(選填“R1”“R2”或“R1、R2”)接入電路,電流表測________電流,示數(shù)為 1 A;③在下列空白處求出電源電壓為多少?
解:U=I1R1=1 A×6 Ω=6 V
(2)電阻R2的阻值?
①當(dāng)S3閉合,S1、S2斷開時(shí),請畫出其簡化電路;
②此時(shí)電路為___________________(填電路連接方式),電流表測______電流,示數(shù)為0.2 A;
③在下列空白處求出電阻R2的阻值為多大?
解:R2=R總-R1=30 Ω-6 Ω=24 Ω
(3)當(dāng)S1、S2閉合,S3斷開時(shí),電路消耗的總功率.
①當(dāng)S1、S2閉合,S3斷開時(shí),請畫出其簡化電路;
②電路為__________________(填電路連接方式),電流表測________電流;
③在下列空白處求出電路消耗的總功率為多大?
解:IR1=I1=1 AP=UI總=U(IR1+I(xiàn)R2)=6 V×(1 A+0.25 A)=7.5 W
類型4 滑片移動和多開關(guān)通斷引起的動態(tài)電路計(jì)算例4 如圖所示,電源電壓為6 V且保持不變,小燈泡L標(biāo)有“6 V 6 W”字樣,滑動變阻器R1接入電路中的最大阻值為10 Ω,定值電阻R2的阻值為5 Ω,求:
(1)小燈泡正常發(fā)光1 min 消耗的電能;(2)只閉合開關(guān)S1,移動滑片P使電路消耗的總功率最大時(shí),通過小燈泡的電流;(3)開關(guān)S1、S2、S3都閉合,當(dāng)滑片P移至最右端時(shí),電路消耗的總功率.
解:(1)小燈泡正常發(fā)光1 min消耗的電能W=P額t =6 W×1×60 s=360 J(2)只閉合S1, 小燈泡L與滑動變阻器R1串聯(lián),由 可知,當(dāng)電路中總電阻最小時(shí),總功率最大,即滑動變阻器接入電路中的阻值為零,此時(shí)電源電壓等于小燈泡的額定電壓,所以小燈泡正常發(fā)光,則通過小燈泡的電流(3)開關(guān)S1、S2、S3都閉合,滑片P移至最右端時(shí),小燈泡L被短路,R2與R1并聯(lián),則電路消耗的總功率
1. (2019咸寧)如圖甲所示,電源電壓為6 V恒定不變,滑動變阻器的最大阻值是20 Ω.閉合開關(guān),滑動變阻器消耗的電功率P與滑動變阻器接入電路的阻值R之間的關(guān)系如圖乙所示.
(1)當(dāng)滑動變阻器滑片從左端移至右端的過程中,電壓表的示數(shù)_________(選填“逐漸增大”“先增大后減小”或“逐漸減小”);(2)結(jié)合圖乙數(shù)據(jù)計(jì)算定值電阻R0的阻值;(3)當(dāng)滑動變阻器兩次消耗的電功率都為0.8 W時(shí),對應(yīng)滑動變阻器接入電路的阻值R1和R2分別是多少?
解:(2)由圖乙知,當(dāng)R=10 Ω時(shí),P最大=0.9 W由P=I2R可得,電路中的電流因?yàn)榇?lián)電路中總電阻等于各分電阻之和,則R0=R總-R=20 Ω-10 Ω=10 Ω
(3)根據(jù)串聯(lián)電路的電阻規(guī)律和P=I2R可得,滑動變阻器消耗的功率當(dāng)滑動變阻器兩次消耗的功率都為0.8 W時(shí)即解得 R1=5 Ω,R2=20 Ω
(1)閉合S1、S2、S3,斷開S4,電流表的讀數(shù)為2.0 A,求此時(shí)燈泡實(shí)際消耗的電功率;(2)閉合S1,斷開S2、S3、S4,求此時(shí)電流表 的讀數(shù);(3)閉合S1、S3、S4,斷開S2,將滑片P由O滑到a點(diǎn)過程中,電流表 的讀數(shù)最大值為2.25 A,求滑動變阻器Oa之間的電阻值,并求出電流表讀數(shù)為2.25 A時(shí),滑動變阻器消耗的總功率.
3. (2020黃石)一個(gè)標(biāo)有“3 V 3 W”小燈泡L(燈絲電阻不隨溫度變化),滑動變阻器(0~6 Ω),電流表 連接成如圖所示的電路,滑片P正處在滑動變阻器正中間O點(diǎn)位置,電源電壓恒定.
解:(1)閉合S1、S2、S3,斷開S4時(shí),滑動變阻器的下半部分與燈泡并聯(lián)接入電路,則滑動變阻器下半部分的電阻為 3 Ω又因?yàn)樾襞軱標(biāo)有“3 V 3 W”,可知燈泡的電阻為則電路總電阻為則電源電壓為U=IR總=2.0 A×1.5 Ω=3 V即小燈泡兩端電壓為3 V,則小燈泡正常發(fā)光,故小燈泡此時(shí)的實(shí)際功率等于額定功率3 W
(2)閉合S1,斷開S2、S3、S4時(shí),滑動變阻器上半部分與燈泡串聯(lián)則此時(shí)電路中的電流為
(3)即電流表 的讀數(shù)為0.5 A,閉合S1、S3、S4,斷開S2時(shí),滑動變阻器的下半部分與上半部分并聯(lián)接入電路滑片P由O滑到a點(diǎn)過程中,上部分電阻設(shè)為Ra,則總電阻的函數(shù)關(guān)系為由函數(shù)知識可知,P由O滑到a點(diǎn)過程中,總電阻不斷減小
即在a點(diǎn)時(shí),電流最大,總電阻為則有 可得 Ra=2 Ω 或 Ra=4 Ω上半部分電阻不超過3 Ω,所以 Ra=2 Ω則滑動變阻器Oa之間的電阻值為 ROa= R滑-Ra=3 Ω-2 Ω=1 Ω電流表讀數(shù)為2.25 A時(shí),滑動變阻器消耗的總功率P=UI″=3 V×2.25 A=6.75 W
類型一:開關(guān)引起的電路變化例1:如圖所示電路,開關(guān)S1閉合,開關(guān)S2由斷開到閉合的過程中,下列有關(guān)說法正確的是( )A.電壓表示數(shù)不變,電流表示數(shù)變大B.電壓表示數(shù)變大,電流表示數(shù)變小C.電壓表和電流表的示數(shù)的比值不變D.電壓表和電流表的示數(shù)的比值變大
解題思路:由電路圖可知,開關(guān)S2斷開時(shí),兩電阻串聯(lián),電壓表測R1兩端電壓,即電路中部分電壓,小于電源電壓。開關(guān)S2閉合時(shí),電路為R1的簡單電路,電壓表測電源電壓,因而電源電壓表示數(shù)變大,故A不正確。開關(guān)S2由斷開到閉合的過程中,電路中的總電阻變小,由I=U/R可知,電路中的電流變大,即電流表的示數(shù)變大,故B不正確;因電壓表和電流表的示數(shù)的比值等于定值電阻R1的阻值,所以,電壓表和電流表的示數(shù)的比值不變,故C正確、D不正確
類型二:滑動變阻器引起的電路變化 例2:小燈泡L的額定電壓為3 V,它的I-U圖象如圖甲所示.把小燈泡接入如圖乙所示的電路中,先將滑動變阻器的滑片P移至B端,閉合開關(guān)S,電壓表示數(shù)為1.5 V;再將滑片P向左移動,直到電壓表示數(shù)為3 V.已知電源電壓恒定,滑動變阻器的銘牌標(biāo)有“10 Ω 2 A”.下列說法中錯(cuò)誤的是( )A.電源電壓為4.5 VB.小燈泡的額定功率為1.5 WC.小燈泡正常發(fā)光時(shí),滑動變阻器消耗的電功率為1.25WD.小燈泡正常發(fā)光時(shí),滑動變阻器接入電路的阻值為3Ω
解題思路:當(dāng)滑動變阻器的滑片P移至B端時(shí),滑動變阻器的最大阻值和燈泡串聯(lián),由圖象可知,當(dāng)電壓表示數(shù)為1.5 V時(shí),電路中的電流I=0.3 A,U滑=IR滑=0.3 A×10 Ω=3 V,U=UL+U滑=1.5 V+3 V=4.5 V,故A正確; 由圖象可知,小燈泡兩端的電壓為3 V時(shí),電路中的電流I′=0.5 A,PL額=UL額I′=3 V×0.5 A=1.5 W,故B正確;小燈泡正常發(fā)光時(shí),滑動變阻器兩端的電壓U滑′=U-UL額=4.5 V-3 V=1.5 V,滑動變阻器接入電路中的電阻R滑′=I′(U′滑)=0.5 A(1.5 V)=3 Ω,故D正確;滑動變阻器消耗的電功率P滑′=U滑′I′=1.5 V×0.5 A=0.75 W,故C錯(cuò)誤.
例3:如圖所示,電源電壓恒定,小燈泡上標(biāo)有“2V 1W”的字樣,滑動變阻器R2的最大阻值為50Ω .求: (1)小燈泡正常發(fā)光時(shí)的電阻. (2)斷開開關(guān)S1.閉合開關(guān)S、S2、S3.將滑片P移到距a端的長度為總長ab的l/5位置時(shí).小燈泡L恰好正常發(fā)光.電源電壓是多少? (3)斷開開關(guān)S2,閉合開關(guān)S、S1、S3,將滑片P移到a端時(shí),電流表示數(shù)為2A,求電路此時(shí)消耗的總功率?
解題思路:(1)RL = UL2/PL = (2V)2/1W = 4Ω···1分(2)當(dāng)斷開開關(guān)S1,閉合開關(guān)S、S2、S3時(shí),R1被短路,燈泡L與R2串聯(lián)R2 = 1/5 ×50Ω = 10Ω I = IL = PL/UL = 1W/2V = 0.5A U總 = IR總 = I(R2 +RL) = 0.5A×(10Ω + 4Ω) = 7V(3)當(dāng)斷開開關(guān)S2,閉合開關(guān)S、S1、S3 ,滑片P移到a端時(shí),燈泡L與R1并聯(lián)∵小燈泡兩端的實(shí)際電壓為7V,遠(yuǎn)大于它的額定電壓2V∴小燈泡將被燒斷,電壓表示數(shù)為7V此時(shí)電路中只有電阻R1在工作 R1 = U/I1 = 7V/2A = 3.5Ω P=UI=7V×2A=14W
鞏固訓(xùn)練1:如圖所示,電路的電源電壓保持不變,閉合開關(guān)S,將滑動變阻器的滑片P從中點(diǎn)移到b端的過程中( )A. 燈泡變暗??????? B. 電壓表示數(shù)變大????? C. 電流表示數(shù)變小??????? D. 電路總功率變小
鞏固訓(xùn)練2:如圖所示,電源電壓保持12V不變,電阻R1=50Ω,只閉合開關(guān)S3,將滑動變阻器滑片P移到中點(diǎn)時(shí).電流表示數(shù)為0.2A,小燈泡L的實(shí)際功率為1.8W;電流表的量程為0~0.6A,電壓表的量程為0~3V。(不考慮溫度對燈絲電阻的影響)求:(1)當(dāng)開關(guān)S1、S2、S3都閉合時(shí),通過R1的電流是多少?(2)小燈泡的電阻是多少?只閉合開關(guān)S3,滑片P在中點(diǎn)時(shí),電壓表的示數(shù)是多少?(3)電路安全工作時(shí),消耗的最小功率是多少?
(1)0.24A,(2)3V,(3)1.8W
【例題1】如圖1,電源電壓恒為3V,燈泡L的阻值為10Ω,閉合開關(guān), 則通過L電流是 A ;消耗的電功率是 W。
分析:已知電壓與電阻,求電流,利用I=U/R=3V/10Ω=0.3A, 利用P=UI=3V×0.3A=0.9W可求得
【例題2】如圖2,電源電壓恒為3V,電阻R的阻值為5Ω,燈L上標(biāo)有“3V,0.9W”,則通過燈L電流是 A ;L兩端電壓是 V;燈L消耗的電功率是 W。
分析:R和L串聯(lián),L的電阻由銘牌求 得為10Ω,
I=U總/R總=3V/15Ω=0.2A
UL=IRL =0.2A×10Ω=2V
PL=ULI=2V×0.2A=0.4W
【例題3】如圖3,電源電壓恒為3V,電阻R的阻值為5Ω,燈L標(biāo)有“3V0.9W”則:求:(1)當(dāng)S1S2都閉合時(shí),通過燈泡電流是?燈消耗 的電功率是?(2)當(dāng)S1閉合,S2斷開時(shí)通過燈泡電流是? 此時(shí)燈泡消耗的電功率是多少?
分析:開關(guān)S1S2都閉合,電路變?yōu)椋?br/>解:燈泡正常發(fā)光,根據(jù)P=UI得:
燈消耗的功率P=P額=0.9W
分析:當(dāng)S1閉合,S2斷開,電路變?yōu)椋?br/>(2)解:當(dāng)S1閉合,S2斷開,R和L串聯(lián)。燈電阻RL為:
燈消耗的實(shí)際功率P實(shí)為:
小結(jié):圖3與圖1、圖2有什么聯(lián)系?遇到動態(tài)電路問題如何處理使得解答起來簡單些?
圖1是圖3中當(dāng)開關(guān)S1S2都閉合的情況;圖2是圖3中當(dāng)S1閉合,S2斷開的情況,這兩圖是圖3的電路兩個(gè)等效電路圖
將動態(tài)電路圖變化成相應(yīng)的等效的電路圖,再判斷電路連接情況,標(biāo)出已知量,根據(jù)條件解題
練習(xí)題1:電吹風(fēng)簡化電路如圖4所示,主要參數(shù)如表格中所示。則(不考慮溫度對電阻的影響,選擇開關(guān)是一金屬塊):(1)當(dāng)選擇開關(guān)旋至BC檔時(shí),通過吹風(fēng)機(jī)電路中的電流多大?(2)當(dāng)選擇開關(guān)旋至AB檔,吹風(fēng)機(jī)吹熱風(fēng)時(shí),通過電熱絲的電流是多大?(3)電熱絲的電阻為多大?
解:(1)當(dāng)開關(guān)打至BC檔,吹冷風(fēng),此時(shí)功率P冷=110W,根據(jù)P=UI得:
(2)當(dāng)開關(guān)打至AB檔時(shí),電動機(jī)與發(fā)熱絲并聯(lián),吹熱風(fēng),此時(shí)電路功率P熱=880W,電路總電流I總為:
則,通過發(fā)熱絲的電流IR為:
(3)根據(jù)I=U/R得:電熱絲電阻R為:
答:(1)通過電動機(jī)電流為0.5A; (2)通過電熱絲電阻為3.5A; (3)電熱絲電阻為62.8Ω
練習(xí)2:滑動變阻器與一標(biāo)有“3V0.9W”的燈泡連接成如圖5電路,電源電壓3V。(1)當(dāng)滑片P移至a端,燈泡兩端電壓是 V;1min內(nèi)消耗的電能為 J;(2)當(dāng)滑片移動到N點(diǎn),電壓表示數(shù)是1V時(shí),則滑動變阻器接入電路的阻值為多少?燈泡的實(shí)際功率是多少?
分析:當(dāng)滑片移至 a端時(shí)等效電路圖為:
電阻被短路,電壓表測電源電壓為3V
燈泡正常發(fā)光,W=Pt=0.9W×60s=54J
當(dāng)P移至N點(diǎn)時(shí)電路圖為:
燈實(shí)際功率P實(shí)=ULI
解:(2)當(dāng)P移至N點(diǎn),相當(dāng)接入RN和燈泡串聯(lián)
電阻分得電壓URN為:
燈泡消耗實(shí)際功率P實(shí)為:
答:滑動變阻器此時(shí)接入阻值20Ω,燈的實(shí)際功率0.1W
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