版必修3第十二章电路中的能量转化.docx
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版必修3第十二章电路中的能量转化
电路中的能量转化
如图12.1-3,当电动机接上电源后,会带动风扇转动,这里涉及哪些功率?
功率间的关系又如何?
【例题】一台电动机,线圈的电阻是0.4Ω,当它两端所加的电压为220V时,通过的电流是5A。
这台电动机发热的功率与对外做功的功率各是多少?
分析本题涉及三个不同的功率:
电动机消耗的电功率P电、电动机发热的功率P热和对外做功转化为机械能的功率P机。
三者之间遵从能量守恒定律,即P电=P机+P热解由焦耳定律可知,电动机发热的功率为P热=I2R=52×0.4W=10W电动机消耗的电功率为P电=UI=220×5W=1100W根据能量守恒定律,电动机对外做功的功率为P机=P电-P热=1100W-10W=1090W这台电动机发热的功率为10W,对外做功的功率为1090W。
练习与应用
1.试根据串、并联电路的电流、电压特点推导:
串联电路和并联电路各导体消耗的电功率与它们的电阻有什么关系?
2.电饭锅工作时有两种状态:
一种是锅内的水烧干以前的加热状态,另一种是水烧干以后的保温状
在保
态。
图12.1-4是电饭锅的电路图,R1是电阻,R2是加热用的电阻丝。
(1)自动开关S接通和断开时,电饭锅分别处于哪种状态?
说明理由。
(2)要使电饭锅温状态下的功率是加热状态的一半,R1R2应该是多少?
3.四个定值电阻连成图12.1-5所示的电路。
RA、RC的规格为“10V4W”,RB、RD的规格为“10V2W”。
请按消耗功率大小的顺序排列这四个定值电阻,并说明理由。
4.如图12.1-6,输电线路两端的电压U为220V,每条输电线的电阻
R为5Ω,电热水器A的电阻RA
为30Ω。
求电热水器A上的电压和它消耗的功率。
如果再并联一个电阻
RB为40Ω的电热水壶B,
则电热水器和电热水壶消耗的功率各是多少?
闭合电路的欧姆定律练习与应用
1.某个电动势为E的电源工作时,电流为I,乘积EI的单位是什么?
从电动势的意义来考虑,EI表示
什么?
2.小张买了一只袖珍手电筒,里面有两节干电池。
他取出手电筒中的小灯泡,看到上面标有“2.2V0.25A”的字样。
小张认为,产品设计人员的意图是使小灯泡在这两节干电池的供电下正常发光。
由此,他推算出了每节干电池的内阻。
如果小张的判断是正确的,那么内阻是多少?
提示:
串联电池组的电动势等于各个电池的电动势之和,内阻等于各个电池的内阻之和。
3.许多人造地球卫星都用太阳电池供电(图
12.2-7)。
太阳电池由许多片电池板组成。
某电池板不接
负载时的电压是600μV,短路电流是30μA。
这块电池板的内阻是多少?
4.电源的电动势为4.5V、外电阻为4.0Ω时,路端电压为4.0V。
如果在外电路并联一个6.0Ω的电阻,路端电压是多少?
如果6.0Ω的电阻串联在外电路中,路端电压又是多少?
5.现有电动势为1.5V、内阻为1.0Ω的电池多节,准备用几节这样的电池串联起来对一个工作电压为
6.0V、工作电流为0.1A的用电器供电。
问:
最少需要用几节这种电池?
电路还需要一个定值电阻来分压,请计算这个电阻的阻值。
6.图12.2-8是汽车蓄电池供电简化电路图。
当汽车启动时,启动开关
S闭合,电动机工作,车灯会
变暗;当汽车启动之后,启动开关S断开,电动机停止工作,车灯恢复正常亮度。
请分析以上现象发生的原因。
7.充电宝内部的主要部件是锂电池,充电宝中的锂电池在充电后,就是一个电源,可以给手机充电。
充电宝的铭牌通常标注的是“mA·h”(毫安时)的数量,即锂电池充满电后全部放电的电荷量。
机场规定:
严禁携带额定能量超过160W·h的充电宝搭乘飞机。
某同学查看了自己的充电宝铭牌,上面写着“10000mA·h”和3“.7V”,你认为能否把它带上飞机?
实验:
电池电动势和内阻的测量
练习与应用
1.某同学按图12.3-1的电路测量蓄电池的电动势和内阻。
他调整滑动变阻器共测得5组电流
和电压的数据,如表1。
请作出蓄电池路端电压U随电流I变化的U-I图像,根据U-I图像得出蓄
电池的电动势和内阻的测量值。
电流I/A
1.72
1.35
0.98
0.63
0.34
电压U/V
1.88
1.92
1.93
1.98
1.99
表1蓄电池路端电压、电流的各组数据
2.某同学按图12.3-1的电路测定电池组的电动势和内阻。
图12.3-6已将实验器材进行了部分连
接。
(1)请根据实验原理,将图中的实物电路补充
完整。
(2)实验时发现电流表坏了,于是移去电流
表,同时用电阻箱替换滑动变阻器。
重新连接电路,仍然通过U-I图像处理实验数据,获得所测电动势和内阻的值。
请画出相应的电路图,并说明怎样得到U-I图像中电流I的数据。
3.
某中学生课外科技活动小组利用铜片、锌片和家乡盛产的橙子制作了橙汁电池,他们
I为通过电阻箱的电流),根据图像得出该
请作出本实验的U-I图像(U为电阻箱两端的电压,橙汁电池的电动势和内阻?
能源与可持续发展
把刚煮好的热鸡蛋放在冷水中,过一会,鸡蛋的温度降低,水的温度升高,最后水和鸡蛋的温
度相同。
是否可能发生这样的现象:
原来温度相同的水和鸡蛋,过一会儿水的温度自发地降低,而鸡蛋的温度上升?
练习与应用
1.有人说:
“既然能量不会凭空产生,也不会凭空消灭,能量在转化和转移的过程中,其总量是保持不变的,那么,我们为什么还要节约能源?
”请你用能量转化和转移的方向性来论述节约能源的必要性。
2.生活中的许多用品都可以看作能量转化器,它们把能量从一种形式转化为另一种形式。
请观察你家中的各种生活用品,分别指出它们工作时进行了哪些能量转化。
3.图12.4-6是某工程师的轻轨车站设计方案,与站台前后连接的轨道都有一个小坡度,列车进
站时要上坡,出站时要下坡。
假设站台高度比途中轨道高出2m,列车在途中轨道进站前的速度为29.2km/h。
1)此时切断电源,不考虑阻力,列车能否“冲”上站台?
如果能,到达站台上的速度是多大?
g取10m/s2。
2)你认为工程师这样设计的意图是什么?
3
4.某地区的风速为14m/s,空气的密度为1.3kg/m3。
若使风力发电机转动的风通过的截面积为
400m2,且风能的20%可转化为电能,则发电功率是多少?
5.图12.4-7是架在屋顶的太阳能热水器。
已知单位时间内太阳垂直射到地面附近单位面积的能
322量E0为7×103J/(m2·s)。
一台热水器的聚热面积为2m2,
若每天相当于太阳直射热水器4h,太阳能的20%可转化为
水的内能,那么这个热水器一天内最多能利用的太阳能为
多少?
6.三峡水力发电站是我国最大的水力发电站。
三峡水库蓄水后,平均水位落差约为100m,水的
433
流量约为1.35×104m3/s。
船只通航需要约3500m3/s的流量,其余流量可全部用来发电。
水流冲击水轮机发电时,水流减少的机械能有20%转化为电能。
(1)按照以上数据估算,三峡发电站的发电功率最大是多少?
(2)根据你对家庭生活用电的调查来估算,如果三峡电站全部用于城市生活用电,它可以满足多少个百万人口城市的生活用电?
复习与提高
A组
1.一块数码相机的锂电池电动势为3.7V,容量为1000mA·h。
电池充满后,关闭液晶屏时
可拍摄照片400张左右,打开液晶屏时可拍摄照片150张左右。
在关闭和打开液晶屏时每拍摄
一张照片消耗的电能各是多少?
2.使用功率为2kW的电加热装置把2kg的水从20℃加热到100℃,用了10min。
已知水的比热
容为4.2×103J/(kg·℃),那么这个装置的效率是多少?
3.
LED灯在一定电压范围内的工作电流是
LED灯是一种半导体新型节能灯。
已知某种型号的
1.8V时,发黄光;当两端电压为1.4V
20mA,在不同电压下发出不同颜色的光:
当两端电压为时,发红光;当两端电压为3.2V时,发蓝光。
(1)上述LED灯发黄光时消耗的电功率有多大?
(2)广告牌上LED灯数量为10000个/m2,那么一块8m2的LED广告牌发红光时,需要供给的
电功率大约有多少?
4.在图12-1所示的U-I图像中,直线a为某电源的路端电压与电流的关系,直线b为某电阻R
的电压与电流的关系。
现用该电源直接与电阻R连接成
闭合电路,求此时电源的输出功率和内、外电路消耗的
电功率之比。
5.
好正常工作。
已知电动机额定电压
如图12-2,电源电动势为12V,内阻为1Ω,电阻R1为1Ω,R2为6Ω。
开关闭合后,电动机恰
U为6V,线圈电阻RM为0.5Ω,问:
电动机正常工作时产生的
机械功率是多大?
6.如图12-3,照明电路的电压为220V,并联了20盏电阻R都是807Ω(正常发光时的电阻)的电
灯,两条输电线的电阻r都是1.0Ω。
只开10盏灯时,整个电路消耗的电功率、输电线上损失的电
压和损失的电功率各是多大?
20盏灯都打开时,情况又
怎样?
7.在图12-4甲的电路中,R1是可变电阻,R2是定值电阻,电源内阻不计。
实验时调节R1的阻
值,得到各组电压表和电流表数据,用这些数据在坐标纸上描点、拟合,作出的U-I图像如图12-4乙中AB所示。
(1)图12-4乙中a、b、AB的斜率各等于多少?
(2)结合图12-4甲,说明a、b、AB的斜率各表示什么物理量。
B组
1.在图12-5所示的并联电路中,保持通过干路的电流I不变,增大R1的阻值。
(1)R1和R2两端的电压U怎样变化?
增大还是减小?
2)通过R1和R2的电流I1和I2各怎样变化?
增大还是减小?
3)并联电路上消耗的总功率怎样变化?
暗。
汽车的电源、电流表、车灯、电动机连接的简化电路如图
12-6所示,已知汽车电源电动势为12.5V,内阻为0.05Ω。
车灯接通电动机未起动时,电流表示数为10A;电动机启动的瞬间,电流表示数达到60A。
问:
电动机启动时,车灯的功率减少了多少?
3.电鳗是一种放电能力很强的淡水鱼类,它能借助分布在身体两侧肌肉内的起电斑产生电流。
某电鳗体中的起电斑并排成140行,每行串有5000个起电斑,沿着身体延
伸分布。
已知每个起电斑的内阻为0.25Ω,并能产生0.15V的电动势。
该起电斑阵列一端在电鳗的头部而另一端接近其尾部,与电鳗周围的水形成回路。
假设回路中水的等效电阻为800Ω,请计算:
电鳗放电时,其首尾间的输出电压是多少?
提示:
电鳗的诸多起电斑构成了一个串、并联电池组。
已知n个相同电池并联时,电池组的电动势等于一个支路的电动势,内阻等于一个支路内阻的n分之一。
4.如图12-7,电源的电动势不变,内阻r为2Ω,定值电阻R1为0.5Ω,滑动变阻器R2的最大阻
5.
值为5Ω,求:
最大?
6.某实验小组用电阻箱和电压表(内阻可视为无穷大)
S后,调节电阻箱得到各组实验
按图12.3-3的电路测定一个水果电池的电动势和内阻。
闭合开关数据如下表。
(1)由电阻箱的电阻和电阻箱两端的电压,计算通过电阻箱的电流,把每组电流的数据填在表中的空格处。
2)根据表中电压和电流的数据,在图
3)根据U-I图像,计算水果电池的电动势和内阻。
数据序号
1
2
3
4
5
6
电阻箱的电阻R/(103Ω)
0.1
0.2
0.4
0.8
1.6
4.0
电压U/V
0.09
0.16
0.27
0.40
0.60
0.67
电流I/(10-3A)
12-8中描点,作出U-I图
像。
表电阻箱的电阻、电压
及电流
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- 必修 第十二 电路 中的 能量 转化