高中鲁科版 (2019)电阻学案及答案

这是一份高中鲁科版 (2019)电阻学案及答案，共7页。
[学习目标] 1.理解电功、电功率、电热和热功率的概念，知道它们的区别与联系(重点)。2.知道纯电阻电路与非纯电阻电路的特点和区别，理解两种电路的能量转化关系(重难点)。
一、电功和电功率
在生产生活中，电灯把电能转化为光能，电动机把电能转化为动能，电热器把电能转化为内能…，电能如何转化为其他形式的能的呢？
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1．电功
(1)自由电荷在________力的作用下定向移动而形成电流，________力对自由电荷做的功，称为电功。
(2)公式：如果电路两端的电压为U，电流为I，在时间t内电流做的功W＝________。
(3)1 kW·h＝____________ J。
2．电功率
(1)________________内电流所做的功就叫电功率。
(2)用公式表示为P＝eq \f(W,t)＝________，单位：____________。
(3)在电气设备或家用电器的铭牌和使用说明书上，一般都标有__________________和________________。
例1 功率为10 W的发光二极管(LED灯)的亮度与功率为60 W的白炽灯相当。根据国家节能战略，普通白炽灯应逐步被淘汰。假设每户家庭有两只60 W的白炽灯，均用10 W的LED灯替代，估算出全国一年节省的电能最接近( )
A．7.3×108 kW·h B．7.3×1010 kW·h
C．7.3×1011 kW·h D．7.3×1013 kW·h
例2 (2023·三明一中高二期中)一只灯泡标有“220 V,110 W”字样，将其接到110 V的电源上(不考虑灯泡电阻的变化)，则有( )
A．灯泡的实际功率为110 W
B．灯泡的实际功率为55 W
C．通过灯泡的电流为0.5 A
D．通过灯泡的电流为额定工作电流的eq \f(1,2)
二、焦耳定律
电流通过电气设备时，导体一般会产生一定的热量，这就是电流的热效应。电流通过导体时产生热量的多少与哪些因素有关呢？
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1．焦耳定律
(1)内容：电流通过导体产生的热量跟____的二次方成正比，跟导体的____________及________________成正比。
(2)公式：Q＝________。
(3)单位：在国际单位制中，热量Q的单位是焦耳J。
(4)电热的意义：电热是电能转化为内能的量度，用公式Q＝I2Rt计算。
(5)纯电阻电路与非纯电阻电路：电流的热效应实质上是电能通过电流做功转化为内能(电热)。在纯电阻电路中，电能全部转化为电热，即Q＝W＝________＝eq \f(U2,R)t＝I2Rt。在非纯电阻电路中，电能除部分转化为内能外，还要转化为机械能、化学能等，这时电功W＝________＝________________，电热用Q＝________________计算，此时二者不再相等。
2．热功率
(1)定义：电流通过导体产生的热量跟所用时间之比称为热功率。热功率就是电能转化为内能的功率。
(2)公式：P＝eq \f(Q,t)＝________，适用于所有电路。
3．电动机的简单模型及其功率、效率
(1)电动机的总功率(输入功率)：P总＝UI。
(2)电动机的发热功率：P热＝I2R。
(3)电动机的输出功率(机械功率)P机＝P总－P热＝UI－I2R。
(4)电动机的效率：η＝eq \f(P机,P总)×100%。
(1)电热Q＝I2Rt可以用来计算所有含有电阻的电路中产生的焦耳热。( )
(2)任何电路中的电功W＝UIt，电热Q＝I2Rt，且W＝Q。( )
(3)电功W＝UIt在任何电路中都适用，Q＝I2Rt只在纯电阻电路中适用。( )
(4)电动机消耗的电能，一部分转化为机械能，一部分转化为线圈电阻产生的电热。( )
例3 (2023·福州市高二期中)如图所示为直流电动机提升重物装置，电动机的内阻一定，闭合开关K，当把它接入电压为U1＝0.2 V的电路时，电动机不转，测得此时流过电动机的电流是I1＝0.5 A；当把电动机接入电压为U2＝4.0 V的电路中，电动机正常工作且电动机匀速提升重物，工作电流是I2＝1.0 A，求：
(1)电动机线圈的电阻r；
(2)当U2＝4.0 V电动机正常工作时的输出功率；
(3)如果重物质量m＝1.0 kg，当U2＝4.0 V时电动机提升重物的速度大小是多少？(g取10m/s2)
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电动机做功往往视为非纯电阻电路问题，但如果电风扇通电后由于某种原因被卡住，导致扇叶不转动，此时电动机做功视为纯电阻电路问题。
例4 (2024·铁岭市清河中学阶段检测)如图所示，A为电解槽，M为电动机，N为电炉子，恒定电压U＝12 V，当S1闭合，S2、S3断开时，电流表示数为6 A；当S2闭合，S1、S3断开时，电流表示数为5 A，且电动机的内阻rM＝1 Ω；当S3闭合，S1、S2断开时，电流表示数为4 A，且电解槽内阻rA＝2 Ω。求：
(1)电炉丝的电阻及发热功率；
(2)电动机的机械效率；
(3)在电解槽工作时，电能转化为化学能的功率。
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三、身边的电热
1．电热流效应的应用
如电热水器、电饭锅、电熨斗、电暖器等(如图)都是利用电流的____________工作的。
2．电流热效应的危害
如果插头和插座之间接触不良会迸出火花。在输电线路中由于电热降低了电能的传输效率，如果电流________，散热不好，还可能烧坏电线的绝缘层，引起漏电、触电等事故。
例5 (多选)室内有几种用电器，1.0 kW的电磁炉、150 W的洗衣机、800 W的电热水壶、200 W的电视机和2.5 kW的空调器。如果进线处有13 A的保险丝，供电电压为220 V，下列情况下不可能同时使用的是( )
A．电磁炉和洗衣机
B．电热水壶和空调器
C．电磁炉和空调器
D．洗衣机、电视机和空调器
第3节 电功与电热
一、
电能转化为其他形式的能的过程就是电流做功的过程。消耗了多少电能，电流就做了多少功。
梳理与总结
1．(1)电场 电场 (2)UIt
(3)3.6×106
2．(1)单位时间 (2)UI 瓦特(W)
(3)额定电压 额定功率
二、
与通过导体的电流、导体的电阻及通电时间有关。
梳理与总结
1．(1)电流 电阻 通电时间
(2)I2Rt (5)UIt UIt I2Rt＋E其他 I2Rt
2．(2)I2R
三、
1．热效应
2．过大
例1 B [假设每户每天只亮灯5 h，每户每年节省电能E＝2×(60－10)×10－3×5×365 kW·h＝182.5 kW·h。假设每户有3口人，全国有4亿户左右。节省总电能为E总＝4×108×182.5 kW·h＝7.3×1010 kW·h。B正确。]
例2 D [根据P＝eq \f(U2,R)可知当电压减半时，不考虑灯泡电阻的变化，则灯泡的电功率变为原来的四分之一，即灯泡的实际功率为25 W，故A、B错误；灯泡的额定电流为Im＝eq \f(Pm,Um)＝0.5 A，根据I＝eq \f(U,R)当电压减半时，通过灯泡的电流变为0.25 A，则电流为额定电流的0.5，故C错误，D正确。]
易错辨析
(1)√ (2)× (3)× (4)√
例3 (1)0.4 Ω (2)3.6 W (3)0.36 m/s
解析 (1)电动机不转时，此时电动机为纯电阻元件，
则r＝eq \f(U1,I1)＝0.4 Ω
(2)电动机正常工作时消耗的功率为
P＝U2I2＝4.0×1.0 W＝4.0 W
电动机正常工作时线圈电阻损耗的功率为
P热＝I22r＝0.4 W
电动机正常工作时输出功率为P出＝P－P热＝3.6 W
(3)匀速提升时，拉力等于重力，即F＝mg＝10 N
由电动机的输出功率P出＝Fv
可得提升重物的速度为v＝eq \f(P出,F)＝0.36 m/s。
例4 (1)2 Ω 72 W (2)58.3 % (3)16 W
解析 (1)当S1闭合，S2、S3断开时，电炉子接入电路。电炉丝为纯电阻元件，由欧姆定律得电炉丝的电阻
R＝eq \f(U,I1)＝eq \f(12,6) Ω＝2 Ω
电炉丝发热功率
P＝UI1＝12×6 W＝72 W
(2)电动机为非纯电阻元件，则有
I2U＝I22rM＋P输出
η＝eq \f(P输出,I2U)×100%≈58.3%
(3)电解槽为非纯电阻元件，
则有P化学＝I3U－I32rA＝16 W。
例5 BC [电路中允许的最大功率为Pm＝UI＝2 860 W。用电器的功率之和大于Pm时，用电器就不可能同时使用，故选项B、C正确。]
比较项目
纯电阻电路
非纯电阻电路
元件特点
电路中只有电阻元件，如电阻、电炉丝、小灯泡
电路中除电阻外，还包括能把电能转化为其他形式的能的用电器，如电动机、电解槽
欧姆定律
适用，I＝eq \f(U,R)
不适用，I