初中物理欧姆定律电功和电功率

初中物理欧姆定律.电功和电功率

一、知识结构：

二、学习方法指导：

1、欧姆定律：导体中的电流，跟导体两端的电压成正比，跟导体的电阻成反比。表达式R

U I =

。 欧姆定律是电学中的一条重要基本定律，它揭示了导体中的电流、电压和电阻之间的关系。理解欧姆定律时，要注意以下几点。 (1)对应性

R

U

I =

中，I 、U 、R 必须是同一段电路的同一个电阻的，同一个用电器的，或是整个电路的，即要一一对应，不能张冠李戴。在实际电路的计算中，往往有几段电路，每段电路都有各自对应的I 、U 、R ，因此，在解题时，首先要明确研究的是哪一段电路，然后再找准与这一段电路相对应的I 、U 、R ，并给“同一段电路”上的I 、U 、R 标上同一种脚标。 (2)时间性

即使是同一个电路，由于开关的闭合、断开，滑动变阻器滑片的左、右移动，将引起电路中各部分电流和电压的变化，因此，必须保证R

U

I =

中的三个物理量是同一时间的值，切不可混淆电路结构变化前后的I 、U 、R 的对应关系。 (3)区别R U I =

和I

U R =的意义 对R U I =

和I

U R =两式要有正确的理解，从数学角度看不出两式有什么本质的区别，但它们的物理意义不同，R U I =

表明导体中的电流跟这段导体两端的电压成正比，跟这段导体的电阻成反比，但对公式I

U R =也理解为导体的电阻跟这段导体两端的电压成正比，跟导体中的电流成反比那就错了。因为电阻是导体本身的一种性质，其大小是由导体的材料、长度和横截面积决定的，而与导体两端的电压及导体中的电流无关，也并不是导体两端的电压为零时，导体的电阻也为零，我们只不过是利用这一公式来测量计算导体的电阻，对同一导体来说

I

U

是不变的，但对不同导体I

U

一般不同。 2、额定功率和实际功率

用电器在额定电压下的功率叫做额定功率。用电器的实际功率随着加在它两端的电压而改变。例如:“220V 、100W ”的灯泡，其额定电压是220V ，在此电压下灯泡正常发光，消耗的实际功率是100W ，这个功率叫额定功率。如果把此灯泡接在110V 的电源上，灯泡消耗的实际功率小于100W 。若将灯泡接在230V 的电源上，灯泡消耗的实际功率将大于100W 。 3、灯泡的电阻:

一只“220V 、100W ”的灯泡，在正常工作时的电阻可用P=R

U 2计算出来，即:R=U 2/P=2202

/100=484(欧)。若把此灯

泡分别接在110V 或230V 的不同电源上时，灯泡的实际电阻发生变化，不再是正常发光的484欧。为计算方便若没有特别说明，通常我们可视为灯泡的电阻不变(即为正常发光时的数值)。

4、对电热器来说，在原理上是一个电阻，电流通过电热器所做的电功，都消耗在电阻的发热上，即电能完全转化为内能。

依据电功W =UIt 和电功率P =UI ，结合R

U I =或U =IR 可有W =R U 2t =I 2Rt 和P =R U 2= I 2

R 。

有些用电装置，例如电动机、电解槽等，当电流通过时也会发热，这说明在它们的内部也有电阻；但同时还可获得机械能或化学能等除内能以外其他形式的能量，这种能量也是由电能在这些用电装置中转化来的。依据能的转化和守恒定律应有：

在电动机中：输入的电能=输出的机械能+增加的内能

在电解槽中：消耗的电能=产生的化学能+增加的内能

若以单位时间来计量能量的转化，即以功率计算，则输入的电功率P 入=IU ，因电阻发热而消耗的电功率P 热=I 2

R 。显然，P 入＞P 热，即UI ＞I 2

R ，或U ＞IR ，即在这种电路中，对于R

U

I =形式的欧姆定律不再成立(这种电路叫做非纯电阻电路，其中的电流、电压和电阻的相互关系不再能用R

U

I =

、U=IR 的形式表述)。 在非纯电阻电路中，电功W=UIt ，电功率P=UI ，但是电功W ≠R

U 2

t 或W ≠I 2Rt ；同样，电功率P ≠U 2/R 或P ≠I 2R 。

5、解题步骤：

(1)明确题意，根据题意和电路图分析电路结构和各电路元件在电路中所起的作用。 (2)画出等效电路图，并在图上标明已知量和未知量。

(3)根据电功率公式、欧姆定律、串并联电路的特点，以及题目给定的条件列方程。 (4)建立方程组，将已知数据带入方程，注意对应关系。 三、例题分析：

例1、如图所示的电路电压恒定不变，R ab ＞R 0，当滑片从a 向 b 滑的过程中，问各物理量的变化情况及各量间的关系。

[分析与解]

这是一个动态物理问题，由于滑片P 向b 端滑动，变阻器接入电路的电阻R x 增大 (1)R= R 0+Rx ，总电阻R 增大

I =

X

R R U

+0，电流表示数变小

Uo=IRo 定值电阻两端电压U o 变小 Ux =U －U o 电压表示数变大

(2)P o=(

X

R R U +0)2

Ro ，定值电阻消耗的功率变小

当Rx =0时，P 0max =U 2

/R 0 当Rx=R ab 时，P 0min =(

ab

R R U +0)2

R o

(3)P=Po+P x=X

R R U +02

，电路消耗的总功率减小

当R x=0时，P max = U 2

/R 0

当Rx=R ab 时，P min =ab

R R U +02

(4)P x=(X R R U +0)2

R x =()

2

024R R R R U X

X +- 当R x=R 0时，P Xmax =U 2

/4R o

滑片移向b 的过程中R x 增大，变阻器消耗的功率先变大

后变小，函数图象如图2。当

R x ＜R o 时，P x 随R x 增大而增大。当R x ＞R o 时，P x 随R x 增大而减少。

注意：①滑片移向b 的过程中R x 增大，当R ab ＜R o 时，变阻器消耗功率逐渐变大。 P Xmax =(

ab

R R U +0)2

R ab

②当R ab =R o 时，变阻器消耗功率逐渐变大，P X max = U 2

/4R o

(5)滑片移向b 的过程中，R x 增大，Po:Px=I 2

Ro:I 2

R x=R o:R x ，Po:P x 值变小

Po :P 总=I 2Ro :I 2(Ro+R x)，Po :P 总值变小。

例2：如图所示的电路中，电源电压保持不变，电阻R 1=10Ω，R 2=20Ω，R 3的阻值不等于零，

当断开开关S 后，电压表的示数为6V ，当闭合开关S 后电压表的示数可能是( )

A.11V

B.10V

C.9V

D.8V [分析与解]

这是一道求电压取值范围的习题，从题目中所给的条件可知定值电阻R 3阻值未知，其限制条件为R 3＞0，本题求在开关S 闭合后电压表示数的取值范围。当S 断开时，由电阻R 1、R 2和R 3组成串联电路。 U=U 2( R 1+R 2+R 3)/ R 2，即U =6(10+20+ R 3)/20 ——(1) 当S 闭合时，电阻R 1被短路，R 2、R 3组成串联电路 U=U 2’(R 2+R 3)/ R 2，即U= U 2’(20+ R 3)/20——(2) 由(l)、(2)可得：6(10+20+ R 3)/20= U 2’(20+ R 3)/20 U 2’=

()3

332060

62020106R R R ++=+++