2018滬科選修31 44　電路中的能量轉(zhuǎn)化與守恒 學(xué)案

1、4.4電路中的能量轉(zhuǎn)化與守恒學(xué) 習(xí) 目 標(biāo)知 識(shí) 脈 絡(luò)1.理解電功與電熱的區(qū)別與聯(lián)系，掌握焦耳定律(重點(diǎn))2理解電功與電功率，掌握電源的總功率，輸出功率及電源的效率(重點(diǎn)、難點(diǎn))3知道常見用電器及其能量轉(zhuǎn)化的情況，了解電路中能的轉(zhuǎn)化與守恒，樹立節(jié)約用電的意識(shí).自 主 預(yù) 習(xí)·探 新 知知識(shí)梳理一、電功與電熱關(guān)系的分析1電功的公式：WUIt.2電功率計(jì)算公式：PUI.3焦耳定律：QI2Rt.4熱功率計(jì)算公式：PI2R.5PUI是某段電路的電功率，PI2R是這段電路上的熱功率，純電阻電路中，電功率等于熱功率，非純電阻電路中電功率大于熱功率二、閉合電路中的能量轉(zhuǎn)化與守恒1電源的總功率：P

2、總EI.2電源的輸出功率：P出UI.3電源的效率：×100%×100%.4在閉合電路中，電源的總功率等于輸出功率與內(nèi)部發(fā)熱功率之和基礎(chǔ)自測(cè)1思考判斷(正確的打“”，錯(cuò)誤的打“×”)(1)電功率越大，相同時(shí)間內(nèi)電流做的功越多()(2)根據(jù)電功的公式和歐姆定律可以推導(dǎo)出電熱的公式，因此電功和電熱是完全相同的(×)(3)純電阻電路和非純電阻電路工作時(shí)能量轉(zhuǎn)化情況相同，都是把電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能(×)(4)電源產(chǎn)生的電能只消耗在外電路上(×)(5)電源的總功率等于內(nèi)、外電路消耗的功率之和()(6)電源的輸出功率越大，電源的效率越高(×)【

3、提示】(2)×電功和電熱并不完全相同，在某些電路中，電功不一定能完全轉(zhuǎn)化為電熱(3)×純電阻電路可以把電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，非純電阻電路則不能(4)×內(nèi)電路也消耗電源的能量(6)×輸出功率大時(shí)效率不一定高2在電功率的計(jì)算公式P中，U是加在用電器上的電壓，R是用電器的電阻，此式可用于()【導(dǎo)學(xué)號(hào)：69682212】A計(jì)算電冰箱的功率B計(jì)算電風(fēng)扇的功率C計(jì)算電烙鐵的功率D計(jì)算洗衣機(jī)的功率CP只能計(jì)算純電阻電路的電功率，而電冰箱、電風(fēng)扇、洗衣機(jī)都是非純電阻電路只有電烙鐵是純電阻電路，故C正確3.在圖4­4­1所示的電路中，電源電動(dòng)勢(shì)為12 V

4、，電源內(nèi)阻為1.0 ，電路中的電阻R0為1.5 ，小型直流電動(dòng)機(jī)M的內(nèi)阻為0.5 .閉合開關(guān)S后，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，電流表的示數(shù)為2.0 A以下判斷中正確的是()圖4­4­1A電動(dòng)機(jī)的輸出功率為14 WB電動(dòng)機(jī)兩端的電壓為7.0 VC電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的熱功率為4.0 WD電源輸出的電功率為24 WB電動(dòng)機(jī)兩端的電壓為UEI(R0r)7 V，電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的熱功率為P熱I2rM2 W，電動(dòng)機(jī)的輸出功率為P1UII2rM12 W，電源輸出的電功率為P2EII2r20 W，故B正確4. (多選)如圖4­4­2所示的電路中，電源的電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)電阻r恒定不變，電燈L恰能正常發(fā)光，

5、如果變阻器的滑片向b端滑動(dòng)，則()圖4­4­2A電燈L更亮，電流表的示數(shù)減小B定值電阻R2消耗的功率減小C電燈L變暗，電源的總功率減小D電燈L變暗，電流表的示數(shù)增大AB滑片向b端滑動(dòng)，R1變大，電路中總電阻變大，根據(jù)I知I減小，電流表示數(shù)減小，根據(jù)EU外Ir知，U外變大，燈泡兩端電壓變大，故電燈L更亮再根據(jù)P2IR2，I減小，IL變大，故I2變小，R2功率變小，故C、D錯(cuò)誤，A、B正確合 作 探 究·攻 重 難電功與電熱的理解1純電阻電路與非純電阻電路的比較純電阻電路非純電阻電路元件特點(diǎn)電路中只有電阻元件除電阻外還包括能把電能轉(zhuǎn)化為其他形式能的元件歐姆定律服從歐姆

6、定律，I不服從歐姆定律，U>IR或I<能量轉(zhuǎn)化電流做功，電能全部轉(zhuǎn)化為電熱電流做功，電能除轉(zhuǎn)化為內(nèi)能外還要轉(zhuǎn)化為其他形式的能元件舉例電阻、電爐絲、白熾燈等電動(dòng)機(jī)、電解槽等2電功與電熱的區(qū)別與聯(lián)系(1)純電阻電路：WQUItI2Rtt，P電P熱UII2R.(2)非純電阻電路：電功WUIt，電熱QI2Rt，W>Q；電功率P電UI，熱功率P熱I2R，P電>P熱如圖4­4­3所示，A為電解槽，M為電動(dòng)機(jī)，N為電爐子，恒定電壓U12 V，電解槽內(nèi)阻rA2 ，當(dāng)S1閉合、S2、S3斷開時(shí)，電流表A示數(shù)為6 A；當(dāng)S2閉合、S1、S3斷開時(shí)，A示數(shù)為5 A，且電動(dòng)

7、機(jī)輸出功率為35 W；當(dāng)S3閉合、S1、S2斷開時(shí)，A示數(shù)為4 A求：圖4­4­3(1)電爐子的電阻及發(fā)熱功率各多大？(2)電動(dòng)機(jī)的內(nèi)阻是多少？(3)在電解槽工作時(shí)，電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的功率為多少？思路點(diǎn)撥：電爐子為純電阻元件，其電阻可用歐姆定律計(jì)算，熱功率和電功率相等電動(dòng)機(jī)和電解槽為非純電阻元件【解析】(1)電爐子為純電阻元件，由歐姆定律得：R 2 其發(fā)熱功率為：PUI112×6 W72 W.(2)電動(dòng)機(jī)為非純電阻元件，由能量守恒定律得：UI2IrMP輸出所以：rM 1 .(3)電解槽為非純電阻元件，由能量守恒定律得：P化UI3IrA所以P化(12×44

8、2×2) W16 W.【答案】(1)2 72 W(2)1 (3)16 W電功、電熱的計(jì)算方法(1)判斷電路中的用電器是純電阻用電器還是非純電阻用電器(2)分析各用電器之間的連接方式，對(duì)純電阻電路，計(jì)算時(shí)可以利用串聯(lián)電路的分壓特點(diǎn)或并聯(lián)電路的分流特點(diǎn)(3)由所求問題選取合適的公式，在非純電阻電路中計(jì)算電功只能用WUIt，計(jì)算電熱只能用QI2Rt.歐姆定律的變形式在純電阻電路中才能通用(4)對(duì)于含電動(dòng)機(jī)的電路，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)是非純電阻用電器，電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)是純電阻用電器針對(duì)訓(xùn)練1(多選)一臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)的電阻為R，額定電壓為U，額定電流為I，當(dāng)其正常工作時(shí)，下述正確的是()【導(dǎo)學(xué)號(hào)：6968

9、2213】A電動(dòng)機(jī)所消耗的電功率為I2RBt s內(nèi)所產(chǎn)生的電熱為UItCt s內(nèi)所產(chǎn)生的電熱為I2RtDt s內(nèi)輸出的機(jī)械能為(UIR)ItCD電動(dòng)機(jī)所消耗的電功率為UI，A錯(cuò)誤；t s內(nèi)產(chǎn)生的電熱為I2Rt，B錯(cuò)誤，C正確；t s內(nèi)輸出的機(jī)械能為UItI2Rt，D正確2規(guī)格為“220 V36 W”的排氣扇，線圈電阻為40 ，求：(1)接上220 V的電壓后，排氣扇轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的功率和發(fā)熱的功率；(2)如果接上電源后，扇葉被卡住，不能轉(zhuǎn)動(dòng)，求電動(dòng)機(jī)消耗的功率和發(fā)熱的功率【解析】(1)排氣扇在220 V的電壓下正常工作時(shí)的電流為：I A0.16 A.發(fā)熱功率為P熱I2R(0.16)2×

10、40 W1 W.轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的功率為：P機(jī)PP熱36 W1 W35 W.(2)扇葉被卡住不能轉(zhuǎn)動(dòng)后，電動(dòng)機(jī)成為純電阻電路，電流做功全部轉(zhuǎn)化為熱能，此時(shí)電動(dòng)機(jī)中電流為I A5.5 A，電動(dòng)機(jī)消耗的功率即電功率等于發(fā)熱功率：P電P熱UI220×5.5 W1 210 W.【答案】(1)35 W1 W(2)1 210 W1 210 W閉合電路的輸出功率和效率1電源的輸出功率當(dāng)外電路為純電阻電路時(shí)討論如下：(1)電源的輸出功率P出I2RR.由此可知當(dāng)Rr時(shí)，電源有最大輸出功率P出max.(2)P出與外電阻R的函數(shù)關(guān)系，如圖4­4­4：圖4­4­4(3)P

11、出與路端電壓U的函數(shù)關(guān)系，如圖4­4­5：圖4­4­5P出UIUU2U·我們可以得出，當(dāng)U時(shí)，電源有最大輸出功率，即P出max.2電源的效率×100%×100%×100%×100%，可見，當(dāng)R增大時(shí)，效率增大當(dāng)Rr時(shí)，即電源有最大輸出功率時(shí)，其效率僅為50%，效率并不高如圖4­4­6所示，E8 V，r2 ，R18 ，R2為變阻器接入電路中的有效阻值，問：圖4­4­6(1)要使變阻器獲得的電功率最大，則R2的取值應(yīng)是多大？這時(shí)R2的功率是多大？(2)要使R1得到的電功

12、率最大，則R2的取值應(yīng)是多大？R1的最大功率是多大？這時(shí)電源的效率是多大？(3)調(diào)節(jié)R2的阻值，能否使電源以最大的功率輸出？為什么？思路點(diǎn)撥：(1)R1為定值電阻，電功率最大的條件是R20.(2)R2為可變電阻，其電功率最大的條件是R2R1r.(3)電源輸出最大功率為的條件是內(nèi)外電阻相等【解析】(1)將R1和電源(E，r)等效為一新電源，則新電源的電動(dòng)勢(shì)EE8 V內(nèi)阻rrR110 ，且為定值利用電源的輸出功率隨外電阻變化的結(jié)論知，當(dāng)R2r10 時(shí)，R2有最大功率，即P2max W1.6 W.(2)因R1是定值電阻，所以流過R1的電流越大，R1的功率就越大當(dāng)R20時(shí)，電路中有最大電流，即Imax

13、0.8 AR1的最大功率P1maxIR15.12 W這時(shí)電源的效率×100%80%.(3)不能因?yàn)榧词筊20，外電阻R1也大于r，不可能有的最大輸出功率本題中，當(dāng)R20時(shí)，外電路得到的功率最大【答案】(1)10 1.6 W(2)05.12 W80%(3)不能理由見解析有關(guān)閉合電路中功率問題的三點(diǎn)提醒(1)電源輸出功率越大，效率不一定越高，如電源輸出功率最大時(shí)，效率只有50%.(2)判斷可變電阻功率變化時(shí)，可將可變電阻以外的其他電阻看成電源的一部分內(nèi)阻(3)當(dāng)P出<Pm時(shí)，每個(gè)輸出功率對(duì)應(yīng)兩個(gè)可能的外電阻R1，R2，且R1·R2r2.針對(duì)訓(xùn)練3.電動(dòng)勢(shì)為E，內(nèi)阻為r的電

14、池與固定電阻R0，變阻器R串聯(lián)，如圖4­4­7所示，設(shè)R0r，Rab2r，當(dāng)變阻器的滑片自a端向b端滑動(dòng)時(shí)，下列各物理量中隨之減小的是()圖4­4­7A電池的輸出功率B變阻器消耗的功率C固定電阻R0消耗的功率D電池內(nèi)阻消耗的功率B滑片自a端向b端滑動(dòng)時(shí)，電池輸出功率增大，R0和內(nèi)阻消耗的功率也增大，只有變阻器消耗的功率減小故B正確4.如圖4­4­8所示，電路中電池的電動(dòng)勢(shì)E5 V，內(nèi)電阻r10 ，固定電阻R90 ，R0是可變電阻，在R0從零增加到400 的過程中，求：圖4­4­8(1)可變電阻R0上消耗功率最大的條

15、件和最大熱功率；(2)電池的電阻r和固定電阻R上消耗的最小熱功率之和；(3)R0調(diào)到多少時(shí)R上消耗的功率最大，最大功率是多少？【導(dǎo)學(xué)號(hào)：69682214】【解析】(1)可變電阻R0上消耗的熱功率：P0I2R0R0100 0時(shí)，P0最大，其最大值：P大 W W.(2)當(dāng)電流最小時(shí)，電阻r和R消耗的熱功率最小，此時(shí)R0應(yīng)調(diào)到最大400 ，內(nèi)阻r和固定電阻R上消耗的最小熱功率之和為P小()2(Rr)0.01 W.(3)R00時(shí)，電路中的總電阻最小，因此電路中的電流最大，此時(shí)R上有最大功率即PR()2R×90 W0.225 W.【答案】(1)100 W(2)0.01 W (3)00.225

16、W當(dāng) 堂 達(dá) 標(biāo)·固 雙 基1(多選)在某段電路中，其兩端電壓為U，通過的電流為I，通電時(shí)間為t，若該電路電阻為R，則關(guān)于電功和電熱的關(guān)系，下列結(jié)論正確的是() 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：69682215】A在任何電路中，電功UItI2RtB在任何電路中，電功為UIt，電熱為I2RtC在純電阻電路中，UItI2RtD在非純電阻電路中，UItI2RtBC在純電阻電路中，UItI2Rt，在非純電阻電路中，UIt>I2Rt.故A，D錯(cuò)誤，B，C正確2把兩根電阻相同的電熱絲先串聯(lián)后并聯(lián)分別接在同一電源上，若要產(chǎn)生相等的熱量，則兩種方法所需的時(shí)間之比t串t并為()A11 B21C41D14C串聯(lián)后電阻為

17、R12r，產(chǎn)生的熱量為Q1·t串·t串；并聯(lián)后電阻為R2，產(chǎn)生的熱量為Q2·t并·t并，若要Q1Q2，所以有t串t并41.3.如圖4­4­9所示，已知電源內(nèi)電阻r為2 ，定值電阻R0為3 ，滑動(dòng)變阻器阻值范圍為010 .當(dāng)使滑動(dòng)變阻器R阻值為R1時(shí)，在R1上獲得最大功率，則R1的阻值應(yīng)為() 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：69682216】圖4­4­9A2 B3 C4 D5 D將R0視為內(nèi)阻，當(dāng)外阻R1等于內(nèi)阻(R0r)時(shí)，輸出功率最大，即R1上的功率最大故D正確4.如圖4­4­10所示，電源電動(dòng)勢(shì)E10 V，內(nèi)阻r0.5 ，標(biāo)有“8 V,16 W”的