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初中三年级物理

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    武汉市某小学的学生发明的电热课椅获得了国家专利.有一种电热课椅主要由坐垫和脚踏组成,它的电路示意图如图.坐垫内的电热丝R1、R2的阻值分别为260Ω、150Ω,脚踏内的电热丝R3的阻值为400Ω.闭合开关S1,调节开关S2,可以使脚踏分别处于“低温档”、“中温档”、“高温档”(不考虑温度的变化对电阻的影响)
    (1)该电热课椅消耗的最大功率是多少瓦?
    (2)当脚踏处于中温档时,电热课椅在10秒内产生的热量是多少焦?

    本题信息:2012年湖北省中考真题物理计算题难度较难 来源:张秀锦
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本试题 “武汉市某小学的学生发明的电热课椅获得了国家专利.有一种电热课椅主要由坐垫和脚踏组成,它的电路示意图如图.坐垫内的电热丝R1、R2的阻值分别为260Ω、150Ω...” 主要考查您对

等效电路

电功率的计算

焦耳定律及计算公式

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作用原理
1、先根据实物图中元件的直接位置画出等效电路图,然后再根据这个电路图画出另一个更规范的电路图。如果还看不出来,就再画,最后就会规范出一个标准的电路图。
2、对于不规范的电路图,可利用“移点”或“移线”的方法变为规范的电路图。
注:移点或移线时,只能沿着导线移动,不能“越位”移动(即不能跨越电路元件移动)。

等效思路:
1、元件的等效处理,理想电压表--开路、理想电流表--短路;
2、电流流向分析法:从电源一极出法,依次画出电流的分合情况。注意:有分的情况,要画完一路再开始第二路,不要遗漏,一般先画干路,再画支路。
3、等势点分析法:先分析电路中各点电势的高低关系,再依各点电势高低关系依次排列,等电势的点画在一起,再将各元件依次接入相应各点,就能看出电路结构了。
4、弄清结构后,再分析各电表测量的是什么元件的电流或电压。说明:2、3两点往往是结合起来用的。

电路图画法:
1、电势法 (结点法)
(1)把电路中的电势相等的结点标上同样的字母。
(2)把电路中的结点从电源正极出发按电势由高到低排列。
(3)把原电路中的电阻接到相应的结点之间。
(4)把原电路中的电表接入到相应位置。
2、分支法 (切断法)
(1)顺着电流方向逐级分析,如果没有接入电源或电流方向不明可假设电流方向。
(2)每一支路的导体是串联关系。
(3)用切断电路的方法帮助判断,当切断某部分电路,其它电路同时也被断路的与它是串联关系;其它电路是通路的是并联关系。

注意事项:
1.在电路图中导线电阻看作零,其长度可任意伸长和缩短,形状可任意改变。
2.伏特表和安培表看作是理想电表(RV=∞,RA=0).画等效电路时,用导线将安培表短接,将伏特表摘除。
3.有电流流过电阻,就有电势降落;没有电流流过电阻,这两点视为等势点。


电功率的计算公式:
1. 定义式:P=W/t

2. 常用公式:P=W/t=UIt/t=UI,即P=UI
并、串联电路的总功率:
1.并联电路的总功率
因为P1=I1U,P2=I2U
P=IU=(I1+I2)U=I1U+I2U,所以P=P1+P2
即并联电路的总功率等于各并联用电器的电功率之和。
并联电路电功率的分配:
因为P1=I1U,P2=I2U,
所以
又因为,所以
即并联电路中,电功率的分配跟电阻成反比。

2. 串联电路的总功率
因为P1=I1U,P2=I2U
P=IU=(I1+I2)U=I1U+I2U,所以P=P1+P2
即串联电路中总功率等于各串联电器的电功率之和。
串联电路电功率的分配:
因为P1=I1U,P2=I2U
所以
又因为,所以

灯泡铭牌问题
  “铭牌问题”是电功率知识与实际生活相结合的热点问题,做这类题目时,首先要读懂用电器的“铭牌”。
如图:灯泡上的铭牌。“PZ”是“普通照明灯泡”中 “普”和“照”的汉语拼音的第一个字母,表示灯泡的型号。另外可知:U=220V,P=25W。

例:甲、乙两灯泡分别标有“220V 40W”和 “110V 40W”字样,将它们串联起来接入220V电路中,比较两灯的亮度,则(  )
A.甲灯亮B.乙灯亮 C.一样亮D.无法判断

解析:灯的亮度决定于灯的实际功率,串联时电流相同,根据P=I2R,电阻大的实际功率大,灯更亮一些。根据,R=,所以,甲灯更亮一些。


公式法计算电功率:

1.
     这是电功率的定义式,此公式适用于各种用电器和电路。
2. P=UI
     这是电功率的决定式,即电功率是由用电器两端的电压和通过它的电流之积来决定的。此公式适用于所有电路,它是“伏安法”测小灯泡电功率的理论依据。该公式表明,用电器的实际功率等于实际电压与实际电流的乘积。常常借助于用电器的铭牌用此公式来计算用电器的额定电流,进而计算用电器的电阻;当然这个公式的最大用处还是用来计算各类用电器实际消耗的电功率或电路的总功率。


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,
(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。


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