能力點一:電功率的基本計算
前面的歐姆定律的計算已讓我們的有些同學焦頭爛額了,現在又多了那麼多的公式,還要進行計算,那肯定是「又添新愁」了。
需要說明的是,關於電功率的計算就是在原來認識電路、掌握電路規律、熟悉歐姆定律計算的基礎之上,再增加了一些新的公式和單位,解決這些問題,最好的方法那肯定是多做練習,並善於思考總結才行,急不得的。
例1、一隻小燈泡的銘牌上標有「12V 6W」的字樣,接到18V的電源上,要想使它正常發光,需要與它聯一個多少歐的電阻?
能力點二:電功率與串、並聯電路
請研究下面幾個問題:
(一)用電器R1=10Ω與用電器R2=30Ω分別單獨接到接在12V的電源上工作,那麼兩個用電器的電功率分別是多少?
(二)以上二者串聯接到電源上後它們的電功率分別是多少,比值是多少?總功率是多少?
(三)以上二者並聯接到電源上後它們的電功率分別是多少,比值是多少?總功率是多少?
解析:(一)如圖:
I1=U/R1=12V/10Ω=1.2A
P1=UI1=12V×1.2A=14.4W
I2=U/R2=12V/30Ω=0.4A
P2=UI2=12V×0.4A=4.8W
看得出來,在相同的電壓下,電阻小的用電器的電功率大。我們也發現商店裡賣的白熾燈100W的燈絲要比20W的粗得多,想一想為什麼?
(二)如圖:
串聯後電流:I=U/(R1+R2)=12V/(10Ω+30Ω)=0.3A
R1兩端電壓:U1=IR1=0.3A×10Ω=3V
R2兩端電壓:U2=IR2=0.3A×30Ω=9V
R1的實際電功率:P1=U1I=3V×0.3A=0.9W
R1的實際電功率:P2=U2I=9V×0.3A=2.7W
二者功率之比:0.9W:2.7W=1:3
串聯總功率:
P串=UI=12V×0.3A=3.6W
或 P串=P1+P2=0.9W+2.7W=3.6W
以上可以看出兩電器串聯時有以下規律:
1、串聯後電路的總功率小於其中任一個單獨工作時的功率;
2、串聯後電路的總功率等於兩電器實際功率之和;
3、串聯電路中用電器的電阻越大的功率越大,二者之比等於電阻之比,這點與串聯「分壓」關係一致。
(三)如圖:
I1=U/R1=12V/10Ω=1.2A
P1=UI1=12V×1.2A=14.4W
I2=U/R2=12V/30Ω=0.4A
P2=UI2=12V×0.4A=4.8W
P1:P2=14.4W:4.8W=1:3
並聯總功率:
P並=UI=12V×(1.2A+0.4A)=19.2W
或 P並=P1+P2=14.4W+4.8W=19.2W
從上面可以看到:
1、兩個不同的用電器並聯時工作,各自的功率與單獨工作時是一樣的;
2、並聯後總功率也等於二者的功率之和。
3、並聯時電阻越大的電功率越小,二者之比等於電阻的反比,這點與並聯「分流」關係一致;
電功率的計算是電學知識的集大成者,對電路的分析、電路關係的梳理、歐姆定律的理解、關於歐姆定律、電功、電功率的公式和單位的運用,都要求大家熟練掌握,還要加以苦練,才能達到過關斬將的境界!
電功率的綜合計算
例1、如圖電路中串聯了三個電阻R1、R2、R3,阻值分別是5Ω、10Ω、15Ω,S閉合S1斷開時,R2的的電功率是20W;S、S1都閉合時,整個電路的電功率是多少?
例2、如圖電源電壓不變,R1=10Ω R2:R3=2:3,當S1閉合,S2斷開時,電流表的示數為0.6A,當開關都斷開時電流表示數為0.4A,如果開關都閉合時,電路的總功率是多少?
例題探討一
如圖R1=10Ω、R2=20Ω,電源電壓是6V,只閉合開關S1時,R1的電功率是0.4W,那麼R2的電功率是W,電路的總功率是W;
如果只閉合S2,R1的電功率是W,R2的電功率是W;如果只閉合S3,R1的電功率是W,R2的電功率是W;
如果同時閉合S2、S3,R1的電功率是W,R2的電功率是W,電路的總功率是W; 開關是不可以同時閉合的。
解析:如圖:
只閉合S1時二者串聯,如果P1=0.4W,由於電阻之比是1:2,所以P2=0.8W,看這多簡單!
此時電路的總功率是0.4W+0.8W=1.2W;
只閉合S2,只有R1單獨工作,此時I=U/R1=6V/10Ω=0.6A,P1=UI=6V×0.6A=3.6W,R2沒有工作,功率為零。
只閉合S3,只有R2單獨工作,此時I=U/R2=6V/20Ω=0.3A,P2=UI=6V×0.3A=1.8W,R1沒有工作,功率為零。
同時閉合S2、S3,R1、R2並聯,此時R1、R2各自工作的情況與單獨工作一樣,所以R1的電功率還是3.6W,R2的電功率還是1.8W,電路的總功率是5.4W。
S1、S2、S3三個開關不可以同時閉合,不然會發生短路現象。
例題探討二
用電器R1上標有「6V 3W」的字樣。
求:(一)、R1正常中作時的電流;R1的電阻值;
(二)、用電器R1與標有「4V 4W」的R2並聯工作,讓其中一個正常工作,而另一個不會燒壞,應該接在電壓多高的電源上?它們兩個的實際電功率分別是多少?
(三)、用電器R1它與標有「4V 4W」的R2串聯工作,讓其中一個正常工作,而另一個不會燒壞,應該接在電壓多高的電源上?它們兩個的實際電功率分別是多少?
解析:
(一)、根據「兩明兩暗」的思想,已知「6V 3W」就可以知道,該用電器正常工作的電壓是6V,正常工作時的電功率是3W,可求出正常工作的電流是I=P/U=3W/6V=0.5A,用電器的阻值是:R=U/I=6V/0.5A=12Ω。
(二)與上相同,用電器R2正常工作的電壓是4V,正常工作時的電功率是4W,可求出正常工作的電流是1A,阻值是:4Ω。
如果二者並聯,若讓「6V 3W」的R1正常工作,電源電壓就要6V,那麼與之並聯的R2就會被燒壞;
所以只能讓「4V 4W」的R2正常工作,電源電壓就要4V,R2的實際電功率就等於額定功率4W,那麼R1雖不會燒壞,但也只能委屈地在4V的電壓下工作了。
此時它的實際電壓低於額定電壓,實際電功率一定低於額定功率,那麼具體是多大呢?
根據公式P=UI,一個用電器的實際電功率等於實際電壓與實際電流的積。
如圖:
現在R1的實際電壓是4V,阻值是12Ω,所以I1實=4V/12Ω=0.3A,那麼P1實=4V×0.3A=1.2W;
(三)由於R1的額定電流是0.5A,R2的額定電流是1A,如果二者串聯,若讓額定電流是1A的R2正常工作,電路中的電流就是1A,那麼與之串聯的R1就會被燒壞;
所以只能讓R1正常工作,R1的實際電功率就等於額定功率3W,那麼R2雖不會燒壞,但它的實際電流也只能是0.5A了。
此時R2的實際電功率一定低於額定功率,那麼具體是多大呢?
如圖:
現在R2的實際電壓是0.5A,阻值是4Ω,所以U2實=0.5A×4Ω=2V那麼P2實=2V×0.5A=1W.此時,電源的電壓應該是6V+2V=8V。
答案:
(一)R1正常中作時的電流0.5A;R1的電阻值12Ω;
(二)它與標有「4V 4W」的R2並聯工作,讓其中一個正常工作,而另一個不會燒壞,應該接在電壓為4V的電源上?它們兩個的實際電功率分別4W、1.2W。
(三)3它與標有「4V 4W」的R2串聯工作,讓其中一個正常工作,而另一個不會燒壞,應該接在電壓為8V的電源上,它們兩個的實際電功率分別是3W、1W。
技巧總結:
1.對於某一用電器來說,知道「P、U、I、R」四個量中的兩個量,就可以求出另外兩個量.若題中提供了這四個量中的兩個量,就相當於告訴了我們這四個量.
2.當題中出現「××V ××W」的字樣時,一般要求出用電器的電阻.
3.解圖像類計算題時,應根據題中要求的問題,在圖像上找尋解答信息.
練習
1.如圖所示,一個可調亮的檯燈,當閉合開關,滑動變阻器滑片向上滑動時,下列說法正確的是( )
A.燈泡變暗,電壓表示數變大
B.燈泡變亮,電壓表示數不變
C.電路消耗的總功率變小,電壓表示數不變
D.電路消耗的總功率變大,電壓表示數變大
2.如圖所示兩個燈泡L1、L2阻值分別為6 Ω和10 Ω,閉合開關後的現象是( )
A.通過兩燈泡的電流I1∶I2=3∶5
B.燈泡兩端的電壓U1∶U2=3∶5
C.燈泡的電功率P1∶P2=5∶3
D.燈泡的消耗的電能W1∶W2=3∶5
3.一個白熾燈泡銘牌上標有「220 V 100 W」字樣,則這盞燈的燈絲電阻為______Ω.如果燈絲斷了之後,重新將燈絲搭上,設燈絲電阻變為440 Ω,通電後,則燈絲中實際電流為______A;實際功率為______W;通電1 min後,燈絲實際消耗的電能為______J(假設燈絲電阻不隨溫度改變).
4.在「怎樣使兩個燈泡都亮起來」的活動中,小明採用如圖所示的方法連接,結果兩個燈泡都亮了.這時,兩燈的連接方式是________.若電源電壓為3 V,燈泡的規格均為「2.2 V 0.22 A」,則每個燈泡的電阻是________Ω,每個燈泡的實際功率是________W.
5.小林家住農村,他家的廁所離房子有一段距離,為了方便和節能,他用「220 V 40 W」的燈泡,阻值為1 210 Ω的電阻和開關S1、S2設計了一個電路,電路圖如圖所示.
天黑後,S1處於閉合狀態,當無人上廁所時,開關S2斷開,燈光較暗,但能起到指示作用,此時燈泡消耗的電功率為________W;當有人上廁所時,開關S2自動閉合,燈泡正常發光,起到照明作用,此時燈泡消耗的電功率為________W.
6.如圖所示,電源電壓恆定,小燈泡L1、L2均標有「12V 6W」字樣(設燈絲電阻不變),當S1、S2閉合時,燈L1正常發光;當S1閉合,S2斷開時,兩盞燈的總功率( )
A.3 W B.6 W
C.12 W D.1.5 W
7.如圖所示是A、B兩定值電阻的I-U圖像,若把A、B電阻串聯在同一電路中,下列說法正確的是( )
A.通過A、B電阻的電流之比是2∶1
B.A的阻值大於B的阻值
C.A、B電阻的兩端電壓之比是1∶2
D.A、B電阻的電功率之比是1∶4
8.實驗中繪出了小燈泡的電流與電壓關係的U-I圖像如圖甲所示,則圖乙中有關此小燈泡功率P與U2或P與I2的圖像可能正確的是( )[來學
9.有兩燈如圖所示,L1,L2分別標有「15V 1A」「10V 0.5A」,的字樣,其中一燈正常發光時,它們的功率之比是( )
A.4∶3 B.3∶4
C.5∶3 D.3∶2
10.將「220 V 100 W」和「220 V 60 W」的兩盞規格不相同的白熾燈串聯接入照明電路中,則它們消耗的總功率(設燈絲的電阻不受溫度影響)( )
A.等於160 W
B.小於60 W
C.等於60 W
D.大於60 W,小於100 W
11.如圖所示的電路中,電源電壓為20 V,定值電阻R為20 Ω,滑動變阻器標有「30 Ω 1 A」字樣,電壓表選用的量程是0~15 V,在該電路正常使用的情況下,則( )
A.電路消耗的最大功率為20 W
B.電路消耗的最小功率為8 W
C.電壓表的最小示數為5 V
D.滑動變阻器接入電路的最小阻值為10 Ω
12.將R1=12 Ω、R2=6 Ω兩電阻串聯在某一電源上,R1、R2消耗的功率之比P1∶P2=________,此時電路消耗的總功率為P;
再將它們並聯後接入同一電源上,電路的總電阻R′=________,此時電路消耗的總功率為P′,則P∶P′=________.
練習答案
1.C 2.C 3. 484 0.5 110 6 600
4.串聯 10 0.225 5.10 40
6.A 7.C 8.D 9.A 10.B
11. B 12. 2∶1 4 Ω 2∶9