【解题探究】
(1)当开关S闭合或断开时,电路的连接方式是怎样的?
提示:开关S闭合时R2被短路,电路中只有R1;S断开时电阻R1和R2串联。 (2)在解答本题时,P=UI、P=I2R和P=
三个公式中用哪个最方便?
最方便。
提示:开关断开和闭合时用电器两端的电压不变,用P=
【解析】由于是纯电阻电路,当开关S闭合时,R2被短路,电路中只有R1,此时用电器消耗的电功率为P1=保温状态。
答案:S闭合时为加热状态 S断开时为保温状态 【母题追问】
1.在【典例示范】中用电器由照明电路供电,U=220 V,设加热时用电器的电功率为400 W,保温时用电器的电功率为40 W,则R1和R2分别为多大? 【解析】S闭合时,由P1=
得 ;S断开时,P2=
,故S闭合时为加热状态,S断开时为
R1== Ω=121 Ω。
S断开时,R1和R2串联, 由P2=
得
R2=-R1= Ω=1 089 Ω。
答案:121 Ω 1 089 Ω
2.如图是常见的LED显示屏。现有一显示屏是由某种型号的LED灯组成的,每只灯在不同电压下发出不同颜色的光,发光时的工作电流均为20 mA,当电压为 1.4 V时发红光;当电压为1.8 V时发黄光;当电压为3.2 V时发蓝光。已知该显示屏面积为3 m2,1 m2灯的数量为1.0×104个,则当整个显示屏所有LED灯都发光时,LED灯的总功率最接近
( )
A.1.0×102 W C.1.0×104 W
B.1.0×103 W D.1.0×106 W
【解析】选B。当LED灯发蓝光时,两端的电压U=3.2 V,通过的电流I=20 mA= 0.02 A,则每个LED灯的电功率P=UI=3.2×0.02 W=0.064 W。1 m2灯的数量为1.0×104个,若电压为3.2 V,则总功率:P总=nP=3.0×104×0.064 W=1 920 W,可知在四个选项中,最接近的是B选项。故B正确,A、C、D错误。 【补偿训练】
1.关于公式①P=UI,②P=I2R,③P=
,下列说法正确的是
( )
A.公式①适用于任何电路的电功率 B.公式②适用于任何电路的电功率
C.公式①、②、③均适用于任何电路的电功率 D.公式①只适用于纯电阻电路的电功率
【解析】选A。P=UI适用于任何电路计算电功率,则A正确,D错误;P=I2R,适用于任何电路计算热功率,但在非纯电阻电路中不能用于计算电功率,则B错误;②、③只适用于纯电阻电路的电功率,则C错误。
2.下列四个图像中,最能正确地表示家庭常用的白炽灯泡在不同电压下消耗的电功率P与电压平方U2之间的函数关系的是
( )
【解析】选C。灯泡消耗的功率P=度升高,其电阻R增大,=
,随着电压的增大,灯泡消耗的功率增大,温
,则P-U2图像切线的斜率减小,故C正确。
三 纯电阻电路与非纯电阻电路中的能量问题
1.两种电路:
2.功能关系:
纯电阻电路 非纯电阻电路 【思考·讨论】
(1)焦耳定律适用范围是? (科学思维)
提示:焦耳定律适用于纯电阻电路,也适用于非纯电阻电路。 (2)电功率和热功率的区别和联系是什么?
(科学思维)
提示:①区别:电功率是指某段电路的全部电功率,或这段电路上消耗的全部电功率,决定于这段电路两端电压和通过的电流强度的乘积。热功率是指在这段电路上因发热而消耗的功率。决定于通过这段电路电流强度的平方和这段电路电阻的乘积。
②联系:对纯电阻电路,电功率等于热功率;对非纯电阻电路,电功率等于热功率与其他形式的功率之和。 【典例示范】
取一个玩具小电机,其内阻R=1.0 Ω,把它接在如图所示的电路中。
(1)先夹住电机轴,闭合电键,小电机不转。调整滑动变阻器的阻值,使电压表的示数为0.50 V,记下电流表的示数,算出小电机消耗的电功率和热功率,并加以比较。
(2)再松开夹子,使小电机转动,调整滑动变阻器的阻值,使电压表的示数为 2.0 V(此电压为小电机的额定电压),电流表的示数为0.4 A,算出小电机消耗的电功率和热功率,并加以比较。 【审题关键】
序号 ① 信息提取 电路的连接,电机与滑动变阻器的连接
② ③ 先夹住电机轴,闭合电键,小电机不转 再松开夹子,使小电机转动 【解析】(1)小电机不转时,电机是一个纯电阻元件, 电机的内阻与滑动变阻器串联,U=0.50 V, 由欧姆定律I==
=0.50 A
则P电=UI=0.50×0.50 W=0.25 W P热=I2R=0.502×1.0 W=0.25 W P电=P热
(2)小电机转动时,
电机是非纯电阻元件,U=2.0 V,I=0.40 A, P电=UI=2.0×0.40 W=0.80 W P热=I2R=0.402×1.0 W=0.16 W P电>P热
答案:(1)0.25 W,0.25 W 电功率等于热功率 (2)0.80 W,0.16 W 电功率大于热功率
【素养训练】
1.电动机与电阻R1并联,如图所示,电阻R1=20 Ω,电动机的线圈电阻R2=10 Ω,当开关S断开时,电流表的示数是1.5 A,当开关S闭合后,电动机转动起来,电路两端的电压不变,此时电流表读数为3.5 A,则电动机的热功率是( )
(新教材)【人教版】20版必修三关键能力·素养形成·分层设计 12.1电路中的能量转化
