2022年第二部分串、并联电路电功和电热 .pdf

高考综合复习恒定电流专题复习第二部分串并联电路、电功和电热第 1 页第二部分串、并联电路电功和电热知识要点梳理知识点一电阻的连接知识梳理串、并联电路特点串联电路并联电路电流各处电流相等即电流分配和电阻成反比电压电压分配和电阻成正比各支路两端电压相等总电阻总电阻等于各电阻之和，即总电阻的倒数等于各电阻倒数之和，即功率分配功率分配和电阻成正比，即功率分配和电阻成反比，即疑难导析1处理复杂电路，关键是画复杂电路的等效电路图，其原则和方法为：（1）原则：无电流的支路除去；电势相等的各点合并；理想导线任意长短；理想电流表可认为短路，理想电压表可认为断路；电压稳定时电容器可认为断路。（2）方法：电流分支法：先将各结点用字母标上，判定各支路元件中电流的有无和方向（可假设在总电路两端加上电压后判定），然后按电流流向，自左到右将各元件结点，分支逐一画出，加工整理即可；等势点排列法：标出结点字母，判断出各结点电势的高低（电路无电压时可先假名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 10 页 - - - - - - - - - 高考综合复习恒定电流专题复习第二部分串并联电路、电功和电热第 2 页设加上电压），将各结点按电势高低自左到右排列，再将各结点间的支路画出，然后加工整理即可。注意：以上两种方法常常结合使用。2几个有用的结论（1）串联电路的总电阻大于电路中任意一个电阻，电路中任意一个电阻变大时，串联的总电阻变大。（2）并联电路的总电阻小于电路中任意一个电阻，任意一个电阻变大时，总电阻变大。（3）电阻并联后的总电阻为。（注意并联后总电阻不等于）1：如图所示，两个截面不同、长度相等的均匀铜棒接在电路中，两端电压为U，则（）A通过两棒的电流强度相等B两棒的自由电子定向移动的平均速率不等C两棒内的电场强度不同，细棒内场强大于粗棒内场强D细棒两端的电压大于粗棒两端的电压答案： ABCD 解析： 两棒串联，故选项A正确。由，因，所以，故选项 B对。，因，所以，故选项C正确。，因，所以，故选项D正确。知识点二电功、电功率和电热知识梳理1电功电流做功的实质是电场力对电荷做功。电场力对电荷做功，电荷的电势能减少，电名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 10 页 - - - - - - - - - 高考综合复习恒定电流专题复习第二部分串并联电路、电功和电热第 3 页势能转化为其他形式的能。因此电功，这是计算电功普遍适用的公式。2电功率单位时间内电流做的功叫电功率。，这是计算电功率普遍适用的公式。3焦耳定律（1）电热：由于导体的电阻，使电流流过导体时消耗的电能中转化为内能的那一部分叫电热。（2）计算公式（焦耳定律）：，这是普遍适用的电热计算公式。焦耳定律是电流热效应的实验规律，凡是要计算电热，都应首选焦耳定律。焦耳定律说明了有电阻才能产生电热，如果一段电路上的电阻R=0，这段电路上将无电热产生，如电流流过超导体时。（3）热功率定义：单位时间内电流产生的热量。公式：。疑难导析1、纯电阻电路和非纯电阻电路（1）如果一段电路中只含有电阻元件（例如电炉、电熨斗、电饭锅、电烙铁、白炽灯等）称之为纯电阻电路，它有两大基本特点：遵循欧姆定律；电流通过纯电阻电路时，电流做功所消耗的电能全部转化为内能，电功等于电热，即。（2）如果电路中除了含有电阻外，还包括电动机、电解槽等能够把电能转化为其他形式的能的用电器，这种电路称为非纯电阻电路，其特点是：不遵循欧姆定律，在非纯电阻电路中；电流通过电路时，电流做功消耗的电能除了转化为内能外，还要转化成其他形式的能，如机械能、化学能等，即。2、额定功率和实际功率的区别和联系额定功率是指用电器在额定电压下工作时所消耗的功率；实际功率是指用电器在实际电压下工作时所消耗的功率。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 10 页 - - - - - - - - - 高考综合复习恒定电流专题复习第二部分串并联电路、电功和电热第 4 页（1）用电器正常工作的条件：用电器两端的实际电压等于其额定电压；用电器中的实际电流等于其额定电流；用电器的实际功率等于其额定功率。由于以上三个条件中的任意一个得到满足时，其余两个条件必然同时满足，因此它们是用电器正常工作的等效条件。灵活使用等效条件，往往能够简化解题过程。（2）用电器在一般工作状态下，其实际功率与额定功率的关系为：。但一般工作状态下的电阻可认为与额定工作状态下的电阻相同，即。而实际工作的电流、电压和实际功率由电路具体情况确定。3、电路中的极值问题（1）电压或电流的极值问题串联电路允许的电压、电流最大值串联电路的特点是电流处处相等。为使电流流过额定电流不相同的各元件都不损坏，电路允许的最大电流应等于各元件中最小的那个额定电流值，并以此电流值计算加在该电路两端的最大电压。并联电路允许的电压、电流最大值并联电路的特点是各支路电压相等。为使额定电压不同的各元件不损坏，并联电路允许加的最大电压应等于各元件中额定电压最小的那个值，并以该电压值计算并联部分的最大电流。混联电路允许的电压、电流最大值对混联电路， 先分析并联部分的最大允许电压，等于并联各元件中最小的额定电压，然后根据求出并联部分的总电流，最后把和串联元件的额定电流相比较，选最小的电流作为整个电路允许的最大电流，并由计算最大电压。（2）电路消耗的最大（或最小）功率电路消耗的最大功率先找出电路允许通过的最大电流，然后利用计算。某元件功率的最大值由知，流过某元件的电流最大时，它的功率就最大。电路消耗的最小功率名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 10 页 - - - - - - - - - 高考综合复习恒定电流专题复习第二部分串并联电路、电功和电热第 5 页当电路两端的电压恒定时，由知， P最小的条件是I 最小。2：理发用的电吹风机中有电动机和电热丝，电动机带动风叶转动，电热丝给空气加热，得到热风将头发吹干设电动机线圈的电阻为，它与电热丝的电阻相串联，接到直流电源上，电吹风机两端电压为U，电流为I ，消耗的电功率为P，则有（）A BC D答案： D 解析： 电功和电热是不同的，电功率，热功率，在含有电动机的非纯电阻的电路中，电功率大于热功率，即，由此可得，故本题选项D正确。典型例题透析题型一串、并联电路的性质分析电路中所连接的各种元器件应充分考虑它们的额定电压，额定电流等信息，避免烧坏元件，其次各元件的连接方式决定了它们对电流、电压、功率等的分配关系。3、如图所示， AB两端接直流稳压电源，100V，40，滑动变阻器总电阻 R20，当滑动片处于变阻器中点时，C、D两端电压为_V，通过电阻的电流为 _A。思路点拨： 要画出等效电路，根据欧姆定律和串、并联电路中电压、电流的分配关系求解。解析： 滑动变阻器上半部分的电阻与串联，则。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 10 页 - - - - - - - - - 高考综合复习恒定电流专题复习第二部分串并联电路、电功和电热第 6 页答案： 80；2 总结升华： 该题考查了串、并联电路的计算和部分电路欧姆定律。举一反三【变式】 有三个电阻的阻值及额定功率分别为=10，10 W ，20、80W ，5，20 W ，它们组成的电路如图甲、图乙、图丙所示，关于各图的说法中正确的（）A图甲两端允许加的最大电压为60 V B图乙电路允许通过的最大电流为3.5 A C图丙两端允许加的最大电压为17.5 V D图丙电路允许消耗的最大功率为110 W 答案： BC 解析： 图甲分析：先由计算三电阻的额定电流，=1 A，2 A，4A，三电阻的额定电流最小为1 A ，1 A 就是该电路保证各元件不损坏的最大电流，即= 1 A 。最大电压35 V 。选项 A错。对图乙分析：先 根 据计 算 各 元 件 的 额 定 电 压 ，10 V，40 V ，10 V，三电阻最小的额定电压为10 V，10 V 就是并联电路允许加的最大电压值，即=10 V。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 10 页 - - - - - - - - - 高考综合复习恒定电流专题复习第二部分串并联电路、电功和电热第 7 页电路允许的最大总电流A=3.5 A 。选项 B正确。对图丙分析：在图甲和图乙的分析中，已经知道，的额定电压分别是10 V 和 40 V，故并联部分允许承受的最大电压=10 V，该部分的最大电流A=1.5 A ，又知的额定电流=2 A ，故整个电路允许通过的最大电流=1.5A ，允许加在电路两端的最大电压V=17.5 V。 选项 C对。根据求出的最大允许电压及电流，可计算出图丙电路允许承受的最大功率W=26.25 W。选项 D错。题型二非纯电阻电路分析解决非纯电阻电路的问题，关键是分析清楚多种情况下电能分别转化为什么形式的能，然后再确定选什么公式计算电功或电功率，切不可在没有分析清楚的情况下生搬硬套。对于电动机问题则要分情况而定，电动机不转，视为纯电阻，若正常运转，则视为非纯电阻。4、有一个直流电动机，把它接入0. 2 V电压的电路时，电机不转，测得流过电动机的电流是0.4 A ；若把电动机接入2.0 V电压的电路中，电动机正常工作，工作电流是1.0 A 。求电动机正常工作时的输出功率多大？如果在发动机正常工作时，转子突然被卡住，电动机的发热功率是多大？思路点拨： 当电动机转子不转时，电动机无机械能输出，故电能全部转化成内能，相当于纯电阻电路，欧姆定律成立。当电动机转动时一部分电能转化成机械能输出，但因线圈有电阻，故又在该电阻上产生内能，输入的电功率。解析： 接 U=0.2 V 电压，电机不转，电流I=0. 4 A，根据欧姆定律，名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 10 页 - - - - - - - - - 高考综合复习恒定电流专题复习第二部分串并联电路、电功和电热第 8 页线圈电阻=0. 5 。当接=2.0 电压时，电流1. 0 A ，故输入电功率W=2.0W 热功率W=0.5W 故输出功率即机械功率（2.0 0.5)W=1.5W 如果正常工作时，转子被卡住，则电能全部转化成内能，故其发热功率W 8 W。总结升华：（1）对于非纯电阻电路，欧姆定律已不成立，电功、电热、电功率、热功率要分别用不同的公式进行计算。（2）不能简单地认为只要有电动机的电路就是非纯电阻电路，当电动机不转时消耗的电能全部转化为内能，这时电动机相当于一个纯电阻。举一反三【变式】 一台电动机额定电压是220V，额定功率是1.1kW，线圈的电阻是6，问：（1）电动机正常工作时电流是多少？（2）电动机启动时电流是多少？（3）电动机发生“堵转”时最易烧毁的，其原因是什么？解析：（1）由得：（2）启动时电机未转，电流为（3）正常热功率为，“堵转”时热功率为，因此“堵转”时的热功率远大于正常值，故易烧毁。题型三电路中的能量转化问题电路中的能量转化问题主要涉及电能、化学能、机械能、内能等能量，特别是当电名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 10 页 - - - - - - - - - 高考综合复习恒定电流专题复习第二部分串并联电路、电功和电热第 9 页路中含有电动机、电解槽等非纯电阻元件时，部分电路的欧姆定律不再成立，此时应根据能量转化与守恒定律求解，即电功率等于电热功率与机械功率（或转化为化学能的功率）之和。5、如图所示为电动机提升重物的装置，电动机线圈电阻为r=1 ，电动机两端电压为5V，电路中的电流为1A，物体 A重 20 N，不计摩擦力，求：（1）电动机线圈电阻上消耗的热功率是多少？（2）电动机输入功率和输出功率各是多少？（3）10 s 内，可以把重物A匀速提升多高？（4）这台电动机的机械效率是多少？思路点拨： 首先要知道输入功率是电机消耗的总功率，而输出功率是机械功率。消耗的电能转化为机械能和内能两部分，由能量守恒定律可求解。解析：（1）根据焦耳定律，热功率为：（2）电功率等于输入电流与电动机两端电压的乘积输出功率等于输入功率减去发热消耗的功率（3）电动机输出的功率用来提升重物转化为机械功率，在10 s 内，解得（4）机械效率。总结升华：（1）在纯电阻电路中，电功等于电热，电功率可以用计算。（2）在非纯电阻电路中，电功大于电热，电功率只能用计算。（3）对于非纯电阻电路，欧姆定律不再成立。举一反三【变式】 电动自行车是一种重要的交通工具，成都市每天有数十万辆电动自行车行驶在大街小巷，形成了一道独特的风景。电动自行车提供能量的装置为装在电池盒内的电池阻，当它给电动机供电时，电动机将带动车轮转动。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 10 页 - - - - - - - - - 高考综合复习恒定电流专题复习第二部分串并联电路、电功和电热第 10 页假设有一辆电动自行车，人和车的总质量为120kg。当该车在水平地面上以5m/s 的速度匀速行驶时，它受到的阻力约等于人和车总重的0.02 倍，此时电池组加在电动机两端的电压为36V，通过电动机的电流为5A。若连接导线的电阻不计，传动装置消耗的能量不计， g 取 10。求：（1）电动机输出的机械功率；（2）电动机线圈的电阻。解析：（1）当电动自行车匀速行驶时，牵引力等于阻力，有=0.02mg 电动机输出的机械功率=Fv 代入数据解得=120W （2）电动机的输入功率 P=IU 电动机内部的热功率由能量守恒定律有所以代入数据解得 r=2.4 。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 10 页 - - - - - - - - -