电功和电热

电功和电热一．本节高考考点及要求电功率、焦耳定律二．基础回顾1．概念电功：电流对某段电路所做的功（亦即电场力对定向移动的电荷所做的功）叫电功。表达式为W=UIt。电热：电流流通过导体时所产生的热量，称为电热。某段电路所产生的电热，等于该电路将电能转化为的值。焦耳定律：电流流过电路所产生的热量，与电流的平方成正比；与电路电阻成正比；与通电时间成正比。表达式为。电功率：表征电流做功的，其定义式为。2．电功和电热的关系纯电阻电路与非纯电阻电路的区别：纯电阻电路（如电热器）：满足欧姆定律U=IR，电能电热。非纯电阻电路（如电动机）：不满足欧姆定律U＞IR，电能电热。（1）纯电阻电路，消耗了多少电能，就一定会产生多少电热，因此电功等于电热。电功、电热关系式W=Q===电功率、热功率关系式P=PQ===（2）非纯电阻电路，消耗的电能只有一部分转化为电热，因此电功大于电热。电功W=，电热Q=电功率P=，热功率PQ=三．例题精讲例1．已知如图，R1=6Ω，R2=3Ω，R3=4Ω，则接入电路后这三只电阻的实际功率之比为_________。解：本题解法很多，注意灵活、巧妙。经过观察发现三只电阻的电流关系最简单：电流之比是I1∶I2∶I3=1∶2∶3；还可以发现左面两只电阻并联后总阻值为2Ω，因此电压之比是U1∶U2∶U3=1∶1∶2；在此基础上利用P=UI，得P1∶P2∶P3=1∶2∶6例2．某一电动机，当电压U1=10V时带不动负载，因此不转动，这时电流为I1=2A。当电压为U2=36V时能带动负载正常运转，这时电流为I2=1A。求这时电动机的机械功率是多大？解：电动机不转时可视为为纯电阻，由欧姆定律得，511IUR，这个电阻可认为是不变的。电动机正常转动时，输入的电功率为P电=U2I2=36W，内部消耗的热功率P热=RI22=5W，所以机械功率P=31W例3．如图所示，直流电动机与可变电阻1R并联，路端电压U恒定，调节1R使两个支路中的电流强度相等，则可知A．两个支路中的电阻相等B．两支路两端的电压相等C．两支路产生的热量相等D．两支路消耗的电功率相等分析：电动机属非纯电阻电路，不满足欧姆定律，故两支路电阻不相等；由于两支路并联，故电压相等；由RIQ2，它们产生的热量因电阻R的不同而不同；再由P=UI可知，两支路消耗的电功率相等，答案BD正确。例4.某一直流电动机提升重物的装置，如图所示，重物的质量m=50kg，电源提供给电动机的电压为U=110V，不计各种摩擦，当电动机以v=0.9m/s的恒定速率向上提升重物时，电路中的电流强度I=5.0A，求电动机的线圈电阻大小（取g=10m/s2）解：电动机输出的机械功率P机=mgv=450WR2R1R3=UI=550W则电动机发热功率PQ=P-P机=100W由PQ=I2r可求得电动机的线圈电阻r=4Ω四．跟踪练习（一）．选择题1.一台电动机的输出功率是10kW，这表明该电动机工作时().(A)每秒消耗10kw电能(B)每秒对外做10kw功(C)每秒消耗10kJ电能(D)每秒对外做10kJ功2．电饭锅工作时有两种状态：一种是锅内的水烧干以前的加热状态，另一种是水烧干后的保温状态。如图11是电饭锅的电路图，R1是一个电阻，R2是加热用的电阻丝。则下列关于它工作状态说法正确的有：A．S接通是保温状态B．S接通是加热状态C．S断开是保温状态D．S断开是加热状态3.电动机的电枢阻值为R，电动机正常工作时，两端的电压为U，通过的电流为I，工作时间为t，下列说法中正确的是().(A)电动机消耗的电能为UIt(B)电动机消耗的电能为I2Rt(C)电动机线圈产生的热量为I2Rt(D)电动机线圈产生的热量为U2t/R4.某品牌电动自行车的铭牌如下:车型:20寸(车轮直径:508mm)电池规格:36V，12Ah(蓄电池)整车质量:40kg额定转速:210r／min外形尺寸:L1800mm×W650mm×H1100mm充电时间:2～8h电机:后轮驱动、直流永磁式电机额定工作电压／电流:36V／5A根据此铭牌中的有关数据，可知该车的额定时速约为().(A)15km／h(B)18km／h(C)20km／h(D)25km／h5.如图所示，电阻R1=20Ω，电动机的绕组R2=10Ω.当电键S断开时，电流表的示数是0.5A，当电键S闭合后，电动机转动起来，电路两端的电压不变，电流表的示数I和电路消耗的电功率应是().(A)I=1.5A(B)I＜1.5A(C)P=15W(D)P＜15W6.如图所示电路中，各灯额定电压和额定功率分别是:A灯“10V，10W，B灯60V，60W”，C灯40V，40W，D灯30V，30W.在a、b两端加上电压后，四个灯都能发光.比较各灯消耗功率的大小，正确的是().(A)PB＞PD＞PA＞PC(B)PB＞PA＞PD＞PC(C)PB＞PD＞PC＞PA(D)PA＞PC＞PD＞PB7.家用电热灭蚊器中电热部分的主要元件是PTC，PTC元件是由钛酸钡等半导体材料制成的用电器，其电阻率与温度的关系如图所示，由于这种特性，因此，PTC元件具有发热、控温双重功能.对此，下列判断中正确的组合是().(A)通电后，其电功率先增大后减小(B)通电后，其电功率先减小后增大(C)当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在T1或T2不变(D)当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在T1～T2的某一值不变8.把R1=8Ω、R2=2Ω两个电阻中联到电路中，要使两个电阻消耗的电功率相同，下列方法中可行的是()(A)给R1并联一个阻值为8/3Ω的电阻(B)给R1并联一个阻值为8Ω的电阻(C)给R2串联一个6Ω的电阻(D)给R2并联一个6Ω的电阻9.如图所示，A、B两端的电压U一定，电阻R先接在A、B两端，消耗功率为9W.再将电阻R接在较远的C、D两端，消耗功率为4W.在后一种情况下，输电导线AC、BD共消耗功率为().(A)2W(B)3W(C)4W(D)5如图所示，电路中每个电阻的阻值都相同，额定功率也相同.当电压U升高时，先烧坏的电阻应是().(A)R1和R2(B)R3(C)R4(D)R511.用两个不同的电热丝烧开水，不计热量损失，单独用第一个烧，用时t1，单独用第二个烧同样的水，用时t2。如果把两电热丝串联后接在相同电压下烧同样的水，则需要时间().(A)t1＋t2(B)21tt(C)2tt21(D)2121tttt12.有一电热器，额定电压为220V，额定功率为1000W.现要把它改装一下，用在电压为110V的电路中，若要使它消耗的功率仍为1000W（假设电阻丝不被烧断）.下面做法可行的有().(A)将电热器中的电热丝截去一半(B)将电热器中的电热丝截去3/4，只留下1/4(C)在电热器中再并联一根与原来相同的电热丝(D)将电热器小的电热丝等分成两段，再并联起来（二）．填空题13.三个标有100Ω，4W”、“12.5Ω，8W”、“90Ω，10W字样的电阻，当它们串联时允许加的最大总电压是________V，并联时允许通过的最大总电流是________A.14.某同学在家中测算电冰箱的月耗电量，他将家中其他用电器断开，只使用电冰箱，观察电能表转动情况.测得冰箱制冷时，转盘每12s转一转；冰箱保温时，转盘每120s转一转.电能表上标明“2000r／(kW·h)”.该同学还测得冰箱每小时制冷10min，保温50min.每月按30d(天)汁.则该冰箱月耗电为________________________(kW·h)(度).（三）．计算题15.一个灯泡L，标有6V，12W字样，一台直流电动机D，其线圈电阻为2Ω，把L与D并联，当电动机正常工作时，灯泡也正常发光.把L与D串联，当电动机正常工作时，灯泡的实际功率是额定功率的3/4.求这台电动机正常工作时转化为机械能的功率(假定灯泡电阻保持不变).，接到一个电压恒定的电源上，L1的电功率是100W.如果把它与另一个灯L2串联起来再接到电源上，L2的电功率是9W.问此时灯L1的功率是多少(假定灯泡的电阻恒定不变)?17.如图所示，a、b两端接到电压恒定的电源上，如果c、d两端接一电压表，示数为60V；如接一电流表，示数为3A；如果在c、d间接一电阻R3，则三个电阻消耗的功率相等.求R1、R2、R3的阻值及a、b间的电压(电表为理想表).18．有一个直流电动机，把它接入0.2V电压的电路时，电动机不转，测得流过电动机的电流是0.4A，若把它接入2V电压的电路中，电动机正常工作，工作电流是1A。求：（1）电动机正常工作时的输出功率。（2）如在正常工作时，转子突然被卡住，此时电动机的发热功率多大？（提示：电动机在电路中转子不转动时为视为纯电阻用电器）五．参考答案123456789101112DBCACCBDBADBADABD13.40.5，9.914.2715.4.38W16.1W或81W17.R1=25Ω，R2=100Ω，R3=100Ω，75V18.(1)1.5W(2)8W