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【内容综述】
电功、电功率及电流生热牵连的公式多,结合电路计算难度大。总结复习时,注意找规律、抓特点。归纳解题思路和方法,提高能力。
【要点讲解】
1.本章公式的推导及记忆:
本章关于功、功率和电流生热的公式较多,如果盲目记忆,往往会张冠李戴。正确的方法是首先记忆最基本的公式,寻找公式之间的联系和规律,通过推导公式,理解性地记忆。
建议首先记住下列几个基本公式:

在此基础上推导出下列各式:
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电功
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电功率
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电流生热
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W=UI(基本式)
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P=W/t
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Q=W
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W=Q
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P=UI(基本式)
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Q=UIt
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从表中可以看出:如果记住P=UI和I=U/R,则可以导出 和 ,再根据电功、电功率、电流生热的关系,根据W=Pt可以导出电功的一套公式,从Q=W可得到电流生热的一套公式。
2.有关电功率的一般解题思路和方法
只有一种情况,即一种状态的有关电功率的计算题的解题思路和方法是:
(1)结合题目给出的条件对电路图进行分析,弄清电路的连接方式,建立直观的物理图景。
(2)注意挖掘题目中隐含的已知条件。例如:灯正常发光,则暗示它两端的电压等于它的额定电压,它的功率等于额定功率。题目给出用电器的额定电压,额定功率,那么用电器的电阻可以求出,这就是隐含的条件。
(3)具体的解题方法可用分析法(从所求量到已知量)或综合法(从已知条件到所求量)。可以将电功率问题转化成电流、电压和电阻的问题,再结合欧姆定律和电路特点求解,也可以利用题目的已知条件,或电路特点揭示的等量关系列方程求解,还可以建立中间量,列比例式等。
例题1.
如图1 所示的电路中,已知 的示数是0.5安, 的示数为0.2安,电压表V的示数为6伏,求(1)电阻 、 和电路的总电阻是多少?(2) 消耗的功率是多少?(3)1分钟电流通过电阻 产生的热量是多少?
分析与解答:现用去表法,使电路结构简化为电阻 、 并联的电路,如图2所示电压表V测量的就是电源电压, 测量的是总电流I, 测量的是通过电阻 的 。
(1)根据欧姆定律和并联电路的特点:




(2)
(3)1分钟内电流通过电阻 产生的热量

说明:所谓“去表法”,即在解题时,首先应判断用电器的连接方法。判断时要排除电表的干扰,可采用“去表法”,也就是把电表从电路中拿掉。在初中阶段电表认为只起测量物理量的作用,它们对电路的影响不计,因为电流表本身的电阻相对是很小的,把电流表从电路中拿掉以后,此外需要用导线接通;电压表的电阻又相对较大,把电压表拿掉后,此外应是断开的。
例题2.如图3所示电路,电路总电阻为R,且 ,电流表示数为2安不变, 消耗的功率为8.64瓦。求:电阻
分析:根据题意可利用 ,求解电阻 。要求 ,需求出 、 。根据已知条件,要求 ,可通过 与R比值和干路电流求出;要求出 ,而已知 ,应求出 与 的比值。可利用题目中已给出 与R的比值求出。
此题的解法不唯一,由于题目中给出了干路电流和电阻 的功率,所以想到利用 求解,想法比较直接。
已知: I=2安

求:
解:并联电路

、 并联在点电阻





答: 的电阻值为9欧。
说明:求 与 的比值,也可以通过电流间的关系得出。



3.有两种(或两种以上)状态的电功率综合计算题
电路出现有两种状态,即电路发生了变化,引起电路变化的原因一般是开关的断开和闭合;或滑动变阻器的阻值发生变化,也可以是二者的共同作用。前后的两个状态相互独立又紧密联系。解决这一类问题,需要综合运用串、并联电路的特点,电功、电功率的计算公式等。这种电功率和综合题解题的方法和要求是:
(1)针对每一种电路的状态要分别用文字简单说明,并画出相应的电路图,建立物理图景。
(2)对于不同的电路状态,只有电源电压、定值电阻被认为是不变的,其它各量在两种状态中一般是不同的。
(3)运用公式(如欧姆定律、电功率公式)要严格做到“对应”。不但要做到同一导体(或同一段电路)上各物理量“对应”,而且要做到同一种状态下,各物理量的“对应”。
例题3.如图4所示电路,已知电源电压为12伏保持不变。电阻 为8欧,滑支变阻器的最大阻值 为16欧。求:(1)闭合开关S,当滑片P从a端滑到b端的过程中,电流表和电压表的示数变化范围是多少?(2)若用“8V
4W”的灯泡换下电阻 ,要使它正常发光,变阻器接入电路的阻值是多少?
分析与解答:闭合开关S。当滑片P从a端滑到b端,两种状态电路如图5所示。
(1)当滑片P在a端时,电压表的示数等于电源电压U=12伏,电流表的示数是:

当滑片P在b端,电路的总电阻为:



(2)将“8V
4W“的灯泡换下电阻 。电路如图6所示。灯正常发光,求变阻器接入的阻值 。
灯正常发光



答:(1)闭合开关,当滑片P从a端滑到b端的过程中,电流表和电压表的示数变化范围是:1.5安~0.5安;12伏~4伏。
(2)变阻器接入电路和阻值为8欧。
说明:解题时要画出不同状态时的电路图。注意物理量角标的运用。
例题4 如图7所示电路,电源电压U保持不变。滑片P在A、B时,电压表的示数之比是4:3,当P在A点时, 的功率和滑动变阻器的功率之比是1:5。
求:(1)P在A点与在B点时,电流表的示数之比;(2) 与 之比。
分析与解答:滑片P在A、B两点,电路分别为图8(甲)、(乙)所示
已知:
求:(1)
(2)
解:P在A点时



根据已知条件,


P在A、B两点

答:(1)P在A点与B点时,电流表示数之比为4:9;(2)
说明:本题运用比例法解题,有机处理好物理分析和数学方法的关系,运用合比定理和“中间物理量”串联电路电流相等的性质解题,使解题思路更广阔、简捷和灵活。
例5.如图9所示的电路中,L是标有“8V
0.5A”的灯泡其灯丝电阻不随温度变化,电源电压为20伏保持不变,求定值电阻 和滑动变阻器的阻值各为多大时,才能使滑动变阻器的滑片无论在什么位置上,灯L的实际功率都在1—4瓦范围内:
分析:电灯L,电阻 与滑动变阻器 为串联电路。电灯L实际功率的大小与滑动变阻器接入电路中的阻值有关,由 可得,变阻器接入电路中的电阻越大,则电路中电流I越小;反之,当变阻器接入电路中的电阻越小,电路中的电流就越大,电灯的实际功率就越大。
若使滑动变阻器滑片P无论在什么位置上,灯L的实际功率都有1—4瓦范围内,则应使滑片P在a端时,即变阻器接入电路的电阻为零时,灯L消耗的实际功率最大为4瓦;当滑片P移至b端点时,即变阻器接入电路中的电阻最大时,灯L的实际功率为1瓦,所以我们可以抓住滑片P在a端点和b端点这两个特定状态,即变阻器的两个数值点,根据已知条件,再利用串联电路的特点和欧姆定律、功率公式列出方程式求解。
解:滑片P在a端、b端时,电路分别为图10(甲)、(乙)所示
P在a端上:
灯丝电阻


串联电路

P在b端
根据
串联电路


答;定值电阻 的阻值为24欧,滑动变阻器的最大阻值为40欧。
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