部分电路的分析与计算问题综合.doc

部分电路的分析与计算问题综合 一、学习目标 1. 理解电功和电功率的概念，重点掌握在非纯电阻电路中电功与电热的计算方法。 2. 知道串并联电路的特点及功率分配关系。 3. 掌握电表改装原理并能熟练进行相关的计算。 二、考点地位 电路的分析与计算、电功与电功率的计算问题是高考考查的重点内容，也是每年高考的必考内容，出题的形式主要为选择题、填空题，出题背景常与实际问题相结合，侧重考查学生的分析、理解和计算能力，电学实验是历年高考考查的重点，电表的改装问题是电学实验的一个重要组成部分。 1. 电功 （1）实质：因电流是自由电荷在电场力作用下定向移动形成的，电流做的功实质上是电场力移动电荷做的功。 （2）表达式：设加在一段电路两端的电压为U，流过电路的电流强度为I，则t时间内流过电路的电量。 电场力移动电荷做的功。 t时间内电流做功。 表明：电流在一段电路上所做的功，跟这段电路两端的电压、电路中的电流和通电时间成正比。 注意：为电功的定义式，适用于任何电路。在纯电阻电路中，由于，所以在纯电阻电路中的电功率可表示为： 。 （3）单位：在国际单位制中功的单位是焦耳，符号为J，常见的电功单位还有“度”。 1度=。 （4）意义：电流做功的过程是电能转化为其他形式能的过程，电流做了多少功，就表明有多少电能转化为其他形式的能，即电功反映了电能转化为其他形式能的多少。 2. 电功率 （1）定义：电流所做的功跟完成这些功所用时间的比值，叫做电功率。 （2）公式：计算电功率的普适公式为和。对于纯电阻电路，计算电功率还可以用公式和。 （3）单位：在国际单位制中电功率的单位是瓦，符号为W。 （4）意义：电功率表示电流做功的快慢。 3. 焦耳定律 （1）电流的热效应：电流通过导体（或用电器）时，做定向移动的自由电子要频繁地跟金属正离子碰撞，由于这种碰撞，电子在电场力的加速作用下获得的动能，不断传递给金属正离子，使金属正离子的热运动加剧，于是通电导体的内能增加，温度升高，即电能通过电流做功转化为内能，这就是电流的热效应。 （2）焦耳定律：在一段电路中只有电阻元件，则电场力所做的功W等于电流通过这段电路时发出的热量Q，即Q=W=UIt。由欧姆定律有，热量Q的表达式可写成，这就是焦耳定律。 （3）热功率：单位时间内发热的功率，通常称为热功率，由焦耳定律可得热功率为。 4. 电功和电热 对于任何电路，电流做的功恒为；电流产生的热量恒为。 （1）在纯电阻电路中，由于，因此UIt=，即电流做的功全部转化为电热。 （2）在非纯电阻电路（像含有电动机、电解槽的电路）中，电流做的功只有很少一部分转化为电热，绝大部分转化成（机械能或化学能等）其他形式的能。因此，即，根据能的转化和守恒定律知，在非纯电阻电路中满足电功=电热+其他形式的能，即。 问题1 电功与电热的计算问题 例题1 下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法中正确的是（ ） A. 电功率越大，电流做功越快，电路中产生的焦耳热一定越多 B. 适用于任何电路，而只适用于纯电阻的电路 C. 在不是纯电阻的电路中 D. 焦耳热适用于任何电路 答案：BCD 变式1：一台小型发动机在3V电压下工作，通过它的电流强度是0.2A，用此电动机提升重力为4N的物体时，在30s内可使该物体匀速提升3m。若不计除电动机线圈发热以外的其他能量损失，求在提升重物的30s内，电动机线圈所产生的热量。 解析：电动机提升重物的机械功率为： 。 电动机输入的功率为：。 由能量关系有。 得。 所产生的热量。 变式2：“220V 66W”的电风扇，线圈的电阻为20Ω，求接上220V电压后，电风扇消耗功率转化为机械能的功率和发热功率，如果接上电源后，扇叶被卡住，不能转动，求电动机消耗的功率和发热功率。 解析：电风扇工作时，其电路不是纯电阻电路，它从电源获取的电功率一部分转化为线圈的发热功率，另一部分转化为扇叶转动时的机械功率，它们三者之间的关系为：。 其中，。 电风扇接在220V电压下正常工作，电流大小为 。 发热功率为。 转化为机械能的功率为。 扇叶被卡住不能转动，电动机相当于纯电阻，电能全部转化为内能，通过电扇的电流为。 小结： 电路消耗的电能全部转化为电热（内能）的电路称为纯电阻电路，对纯电阻电路有： 。 电路消耗的电能并不完全转化为内能，还有一部分转化为其他形式的能（如机械能、化学能等），这种电路叫非纯电阻电路。如其中有电动机、电解槽的电路等，对非纯电阻电路有：，此时或，决不能乱套用公式。 三、串并联电路的规律及特点 1. 串联电路： （1）电路中各处电流强度相等，即。 （2）电路两端的总电压等于各部分电路两端电压之和，即 （3）总电阻等于各个导体电阻之和，即 （4）电压分配：各个电阻两端电压和它的电阻成正比，即 （5）功率