高中物理 电功和电功率专项训练

第四节 电功和电功率

第五节 焦耳定律

例：一台电扇的额定电压220V ，正常工作时的电流是0.8A ，若它的线圈电阻是2.5Ω，求这台电扇的耗电功率、发热功率和工作效率。 分析与解：电扇实际上是一台线圈有电阻的电动机。它的耗电功率由电流和工作电压决定；它工作时的发热功率由电阻和电流决定。说到它的工作效率，原则上是有用功（率）与总功（率）的比值。对于电扇来说它的有用功率是指它向外扇风的机械功率。 那么，电扇消耗的电功率

()P U I ==⨯=·220V 0.8A 176W 电扇的发热功率 ()P I R Q ==⨯=2·0.8A 2.5 1.6W 2

Ω 电扇输出的机械功率为： P P P J Q =-=1744.W 电扇的工作效率为：

η=

==P P J 1744

176

991%..

第六节 串联电路 第七节 并联电路

【例题精选】： 例1：用滑动变阻器可以控制电流。如右图所示，有一个白炽灯泡的电阻R =20Ω。把它与一个滑动变阻器相

串联接成分压限流电路。A 、B 两端接在电压恒定的电源

上。希望通过调整滑动变阻器使白炽灯的发光功率在1.25W 至45W 之间可调。那么，外加在A 、B 端的电压应为多高，对滑动变阻器的规格有什么要求。 分析：把滑动变阻器串联接在电路中，当电源一定时，改变电阻就可以改变电流。如上图所示，当变阻器的滑片滑右端时，电路总电阻最大R R R L 总=+，电路中的电流最小，灯泡消耗电功率最小；当变阻器的滑片滑至左端时，电路的总电阻最小R R 总=，电流最大，灯泡消耗的电功率也最大。由此分析题解如下： 解：由题意先求出灯泡工作时的最大电流I m 和最小电流I n 值：

P I R I P R I P R

m m

n n

=∴

===

=215025·..A A 根据欧姆定律，通过灯泡最亮的情况求出电路两端的电压： U I R V m ==·30

再次运用欧姆定律，通过灯泡最暗时求出滑动变阻器的阻值R L

() U I R R R U

I R n L L n

=+∴=-=100Ω

答：A 、B 两端的电压应是30V ，滑动变阻的规格应选：总电阻为100Ω，额定电流不小于1.5A 。 小结：这道题的解法正规，思路清楚。其实也有别的办法解决。如在灯泡最

亮时，依据P U R

m =2

可直接求出端电压U P R m ==30V 。依据同样的公式灯泡

最亮、最暗时功率之比等于端电压平方比：P P U U m n m

n =2

2，可求得U n =5V 。由串联

分压道理：R L ∶R=U L ∶U n = (U －U n )∶U n 可得R L =100Ω。一般关于恒定电流的问题，处理的途径是很多的，同学们应该多想几种方法来处理同一个问题，这样有利于提高大家的解题能力。

例2：现有一个标称值“30V ，18W ”的白炽灯泡，还有一个电压为50V 的电源，欲使灯泡正常发光，找来一个总电阻R L =95Ω的滑动变阻器，连接成如右图所示的电路。试求电灯正常工作时，滑动变阻器上的滑片P 应置于AP 间的电阻多大，此时电路的耗电功率是多大。 分析：这个电路叫做分压式电路，它的特点是通过改变滑片的位置，可以向用电器提供由0～U 连续变化的电压。其缺点是耗电功率较大。这种电

路实际上是混联，其等效电路如右图所示。 灯泡正常工作时，PB 间的电压应是30V ，AP 间的电压是20V ，才能满足题目给的条件。 电路消耗的总功率应等于灯泡R ，电阻R X 和电阻R R L X -消耗电功率的总和。 解决这道题一定先把电路看懂，该电路是R 和R X 并联后再与R R L X -串联。 解：PB 间的总电阻R 2是R 与R X 并联所得，

故 1112R R R X

=+

R RR R R X

X

2=

+

AP 间的电阻R R R L X 1=-。其中R 可用U P

2

求得。因为灯泡正常发光，所以PB

间的电压为U 230=V ，那么AP 间的电压U U U 1220=-=V 。

根据串联电路电压分配的特点，可知：

U U R R R R RR R R L

X

X X

1212==-+ 变换后

()()U U R R R R RR L X X X

12=-+ 代入数值 ()20

309530183018

22

=

-+⎛⎝ ⎫

⎭⎪

⨯R R R X X X 经解得 R R X ==5075ΩΩ， AP 间的电阻 R R R L X 120=-=Ω 对于AP 这段电路，因为U 120=V ，R 120=Ω，根据欧姆定律可知这段电路通过的电流强度I 就是电路中的总电流为1.0A 。全部电路消耗的电功率等于总电压与总电流的乘积，即50W 。 答：当把滑动变阻器的滑片P 滑至距A 端电阻值为20Ω时，灯泡恰能正常发光。此时整个电路消耗的电功率是50W 。 其实同学们自己还可以分别计算一下，此时灯泡消耗的功率P R =18W ，变阻器PB 段消耗的电功率是P 212=W ，变阻器AP 部分消耗的电功率是P 120=W 。 如果题目中要问及滑动变阻器消耗的功率P ，应等于P P 12、的和，即32W 。 同学们不妨想一想，若这道题目中把滑动变阻器接成分压限流式（如例一那样，把变阻器跟灯泡串联）再看一看灯泡正常发光时，整个电路消耗的电功率是多少。是不是会小一些。 （参考答案：消耗的电功率是30W ）

例3：有一个灵敏的电流表它指针满偏时通过的电流I m g =100A ，该表自身

的电阻R g =20.Ω。欲把这块表接到5A 的电路中，又不便该表因为电流过大而烧毁，应在该表两接线柱间并联一个阻值R s 最大是多大的电阻。 分析：如右图所示，在灵敏电流表上并联的电阻R s 主要起分流作用。当它分流的电流大于总电流I 与电流表满度电流I g 的差时，电流表就不会因电流过大而烧毁。当分流电阻R s 分得的电流I s 恰好等于I I g -时，R s 则是分流电阻可取的最大值。

解：如上图所示，根据并联电路的分流作用可知 I I I g s =+（1）