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初中二年级物理

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首页 初中二年级物理知识 电路的连接 电功率的计算公式的变形 焦耳定律及计算公式 安全用电 试题正文
  • 计算题
    如图所示是某电热器的工作原理图，R1、R2是发热电阻，虚线框为电热器的金属外壳．它用一个旋转开关可以实现电热器多档位工作的要求．其中旋转开关内有一块绝缘圆盘，在圆盘的左边缘依次有4个金属触点①、②、③、④，右边缘是一金属板，可绕中心轴转动的开关旋钮两端各有一个金属滑片，转动开关旋钮可以将左边缘相邻的两个触点与右边缘的金属板同时连通．如旋到图中位置S时，金属滑片将1、2两触点同时与右边缘金属板接通．
    （1）如果请你为这台电热器配备一个三脚插头，如图乙所示，应该将电路图中的地线接到插头的 _________ （选填“G”、“L”或“N”）脚．正常情况下，火线和零线之间的电压为 _________ V．
    （2）小明想在电路中加一个“倾倒开关”，使电热器被碰倒时能自动断开电路，以免引起火灾．该开关最好应安装在示意图中A、B、C、D、E中的_________．
    （3）如果 R1=R2，旋钮开关旋到位置S时的电功率为1000W，求R1和R2的阻值．
    （4）当旋钮开关旋到位置T时，通电1min产生的热量是多少？
    （5）某种橡皮绝缘铜芯导线在常温下安全载流量（长时间通电时的最大安全电流）如下表，请你计算说明应选横截面积为多大的铜芯导线作为该电热器的输出导线，才符合既适用又经济的原则？

    本题信息：2012年专项题物理计算题难度极难 来源:张利利
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本试题 “如图所示是某电热器的工作原理图，R1、R2是发热电阻，虚线框为电热器的金属外壳．它用一个旋转开关可以实现电热器多档位工作的要求．其中旋转开关内有一块绝...” 主要考查您对

电路的连接

电功率的计算公式的变形

焦耳定律及计算公式

安全用电

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电路连接的类型：
①按电路图连接实物图；
②根据要求设计电路一般步骤是：从电源的一极开始，顺着或逆着电流方向连接实物元件，最后连在电源的另一极。，连接实物图时要注意导线不能交叉，导线的端点要接在各元件的接线柱上。

 四种连接类型的作图说明：
（一）看实物画电路图，关键是在看图，图看不明白，就无法作好图，中考有个内部规定，混联作图是不要求的，那么你心里应该明白实物图实际上只有两种电路，一种串联，另一种是并联，串联电路非常容易识别，先找电源正极，用铅笔尖沿电流方向顺序前进直到电源负极为止。明确每个元件的位置，然后作图。顺序是：先画电池组，按元件排列顺序规范作图，横平竖直，转弯处不得有元件若有电压表要准确判断它测的是哪能一段电路的电压，在检查电路无误的情况下，将电压表并在被测电路两端。对并联电路，判断方法如下，从电源正极出发，沿电流方向找到分叉点，并标出中文“分”字，（遇到电压表不理它，当断开没有处理）用两支铅笔从分点开始沿电流方向前进，直至两支笔尖汇合，这个点就是汇合点。并标出中文“合”字。首先要清楚有几条支路，每条支路中有几个元件，分别是什么。特别要注意分点到电源正极之间为干路，分点到电源负极之间也是干路，看一看干路中分别有哪些元件，在都明确的基础上开始作电路图，具体步骤如下：先画电池组，分别画出两段干路，干路中有什么画什么。在分点和合点之间分别画支路，有几条画几条（多数情况下只有两条支路），并准确将每条支路中的元件按顺序画规范，作图要求横平竖直，铅笔作图检查无误后，将电压表画到被测电路的两端。

（二）看电路图连元件作图方法：先看图识电路：混联不让考，只有串，并联两种，串联容易识别重点是并联。若是并联电路，在电路较长上找出分点和合点并标出。并明确每个元件所处位置。（首先弄清楚干路中有无开并和电流表）连实物图，先连好电池组，找出电源正极，从正极出发，连干路元件，找到分点后，分支路连线，千万不能乱画，顺序作图。直到合点，然后再画另一条支路[注意导线不得交叉，导线必须画到接线柱上（开关，电流表，电压表等）接电流表，电压表的要注意正负接线柱]遇到滑动变阻器，必须一上，一下作图，检查电路无误后，最后将电压表接在被测电路两端。

（三）设计电路方法如下：首先读题、审题、明电路，（混联不要求）一般只有两种电路，串联和并联，串联比较容易，关键在并联要注意干路中的开关和电流表管全部电路，支路中的电流表和开关只管本支路的用电器，明确后分支路作图，最后电压表并在被测用电器两端。完毕检查电路，电路作图必须用铅笔，横平竖直，转弯处不得画元件，作图应规范。

（四）识别错误电路一般错误发生有下列几种情况：
1、是否产生电源短路，也就是电流不经过用电器直接回到电源负极；
2、是否产生局部短接，被局部短路的用电器不能工作；
3、是否电压表、电流表和正负接线柱错接了，或者量程选的不合适（过大或过小了）；
4、滑动变阻器错接了（全上或全下了）。

并联电路中电流表的连接问题：
    如图，要保证L1和L2并联，只要线头M接在从灯 L2的左接线柱到电流负极的任一接线柱上都可以。但当M接在灯泡L1的左接线柱上或电流表的右接线柱上时，电流表被留在干路中；当M接在电源负极或电流表的左接线柱上时，电流表被留在了L2的支路上。所以两种接法电流表所处的位置不同，所测的电流也不同。

例如：图甲是小亮同学测量并联电路中的总电流时连接的电路。
(1)请你在a、b导线中撤掉一根多余的导线，使电路符合实验要求。你选择撤掉的是_____导线。
(2)撤掉多余的导线后，闭合开关，电流表的读数如图乙所示，其读数为_____A。

解析从图示可以看出导线6是多余的，去掉b 后，两灯泡并联，电流表测干路的电流，从电流表的量程和指针偏转可以看出，此时的示数为0．34A。

答案(1)b(2)0．34


解读电功率的计算公式：
     电功率的四个表达式：（1）定义式：P=W/t。（2）反映电学特点的普适式P=UI。与欧姆定律结合后得到的(3)式P=I2R。（4）式P=U2/R。
     电功率是反映电能消耗快慢的物理量，定义为1秒钟内消耗电能的多少，因此，用所消耗的电能除以消耗这些电能所用的时间，就得到定义式P=W/t。 

     经实验研究证明，电功率等于导体两端电压与通过导体电流的乘积，即P=UI。电压和电流是电路中最重要的物理量。有电压才可能有电流。电能是通过电荷有规律的运动转化成其它形式的能量的，电荷有规律的运动就形成电流。没有电流就不会消耗电能，当然也就不会有电能转化为其它形式的能量。所以，P=UI广泛应用于电功率的计算。
    
    与欧姆定律结合得到的（3）式P=I2R、（4）式P=U2/R适用于纯电阻电路。因为，欧姆定律反映的是导体中的电流与导体两端电压和导体电阻之间的关系，是在纯电阻电路中得出的，所以，它只适用于纯电阻电路。如：白炽灯、电阻、电热器等，不适用于含电动机的电路和输变电电路的计算。由于串联电路中电流处处相等，所以在串联电路中，使用（3）式P=I2R分析和计算方便。在并联电路中，各支路两端电压相等，所以用（4）式P=U2/R分析和计算方便。通过对近几年的中考命题分析，除了含电动机电路的电功率计算外，其它全是纯电阻电路。在纯电阻电路中，四个计算公式通用，可根据具体情况选择方便的公式进行运用。

巧用电阻不变求实际功率：
      由用电器铭牌上的U额、P额，求出电阻。即由P= ，解出R=；由于电阻是不变的物理量，当求不同电压的实际功率时，可依据求得。
例1：如图所示，电源电压不变，灯L1标有“6V 3W”字样。当S、S1均闭合时，L1正常发光，的示数是____V。若闭合S、断开S1，的示数是0．3A，则L2的实际功率为__W。

解析：当S、S1均闭合时，L2被短路，此时L1正常发光，所以电压表示数等于6V。当闭合S，断开S1 时，灯L1、L2串联。灯L1电阻。灯L1两端电压，所以灯L2的实际功率。
答案：6  0．72


焦耳定律：
1. 定义：电流通过导体时所产生的热量Q，跟电流的平方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电的时间成正比。

2. 公式：Q=I2Rt，适用范围：任何电路。

探究方法：
控制变量法：
(1)控制电流和电阻相同，研究电热与通电时间的关系
(2)控制通电时间和电阻不变，改变电流的大小，研究电热与电流的关系
(3)控制通电时间和电流不变，改变电阻大小，研究电热与电阻的关系

串并联电路电热关系：

串联电路中，电热之比等于电阻之比，
即（根据Q=I2Rt）
并联电路中，电热之比等于电阻的反比（或倒数比），即（根据：）

“焦耳定律”中的控制变量法：
     焦耳定律的实验运用了控制变量法，当两段电阻串联时，控制电流和通电时间相同，得出电流产生的热量与电阻大小有关，当两电阻并联时，控制电阻和通电时问不变，得出电流产生的热量与电流大小有关。
例：小宇和小刚想利用如图所示的装置来探究 “导体产生的热量与其电阻大小的关系”。两只相同的烧瓶中装有适量的煤油，烧瓶A中浸泡着一段铜丝，电阻较小；烧瓶B中浸泡着一段镍铬合金丝，电阻较大，温度计显示煤油的温度。

(1)为保证实验科学合理，两个烧瓶中所装煤油的质量应该____。
(2)实验中，小字和小刚发现B烧瓶中温度计的示数升高得快。这表明：在电流和通电时间相同的情况下，导体的电阻越大，产生的热量______。

解析：(1)利用控制变量法在探究“导体产生的热量与其电阻大小的关系”时应控制其他因素不变，如煤油的质量，相同的烧瓶，相同的温度计等。
(2)B瓶中温度计升高得快，说明相同时间内煤油吸收的热量多，由于镍铬合金丝电阻大于铜丝电阻，所以在电流和通电时间相同时，导体电阻越大，产生的热量越多。

答案(1)相同(或相等或一样)(2)越大(或越多)


为什么电炉工作时“电炉丝热得发红而导线却不怎么热” ：
      由于电炉丝和导线串联在电路中，通过它们的电流相等，而电炉丝的电阻比导线的电阻大得多，根据 “在电流相等的条件下，电能转化成热时的功率跟电阻成正比”，Q=I2Rt可知，在通电时间相同时，电流通过电炉产生的热量比电流通过导线产生的热量要多得多．所以电炉丝热得发红，而导线却不怎么热。


安全用电原则：
    对于安全用电必须做到“四不”，即不接触低压带电体，不靠近高压带电体，不弄湿用电器，不损坏绝缘层。例如，在日常生活中，首先不要私拉乱接，私拉乱接是违反用电制度的，在安装电路上是不符合要求的，是容易出事故的；另外，在日常生活中换灯泡、擦灯泡的时候，应先将电源断开，不要用湿手、湿布擦灯泡，不要站在地上去擦，要站在木凳或桌子上去擦，防止万一开关失灵漏电造成触电事故，要特别注意安全。
了解几个电压值：
安全电压：不高于36V；家庭电路电压：220V；动力电压：380V。
家庭电路电压和动力电压都远远高于安全电压，所以禁止靠近或接触

欧姆定律与安全用电：
1．不管是人体触电，还是引发火灾，都是电路中的 电流过大造成的，因此从欧姆定律的角度考虑， 要注意以下两个方面：
(1)电压越高越危险。因为电压越高，电流越大。
(2)防止电阻过小，因为电阻越小，电流越大。如用湿手触摸开关和用电器、不该连接的地方错误连接造成短路时电阻过小。

2．加在人体上但不会对人体造成危害的电压，称为安全电压。低于36V的电压对人体是安全的，是安全电压。我国家庭电路的电压是220V，动力电路的电压为380V，高压输电线路的电压可以达到105V，都远远高于安全电压。

触电及触电事故的处理：
1．低压触电：通常所讲的“触电”是指一定大小的电流通过人体所引起的伤害事故。触电一般分为单线触电和双线触电，如下图所示。单线触电是人体直接触摸电源、火线或漏电的用电器等，使人体与大地形成回路。双线触电是人体的两部分(如两只手)分别接触到火线和零线，使人与电网形成回路。

 2．高压触电：最常见的是高压电弧触电和跨步电压触电。
(1)高压电弧触电：当人体靠近高压带电体到一定距离时，高压带电体和人体间发生放电现象，电流通过人体，造成高压电弧触电。
(2)跨步电压触电：高压输电线落在地上，地面上与电线断头距离不同的各点存在电压，当人走近断头时，两脚位于离断头远近不同的位置上，因而两脚之间有了电压，这时电流通过人体，造成跨步电压触电。
3．触电事故的处理具体做法：一是切断电源，或者用一根绝缘棒将电线挑开，尽快使触电者脱离电源。二是尽力抢救。三是发生电火灾务必在切断电源后，才能泼水救火。在整个救护过程中，必须随时注意自身保护，防止自己也触电。


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