新教材高中物理第五章電能與能源的可持續(xù)發(fā)展第一節(jié)電路中的能量課件粵教必修第三冊

1、第一節(jié)電路中的能量第五章2022內容索引0102課前篇 自主預習課堂篇 探究學習學習目標1.理解電功、電功率的概念.(物理觀念)2.知道焦耳定律,知道電功率與熱功率的區(qū)別和聯系.(物理觀念)3.知道純電阻電路和非純電阻電路的區(qū)別,會結合實際問題區(qū)分電功和電熱.(科學思維)4.會分析閉合電路中的各種功率及進行相關運算.(科學思維)思維導圖課前篇 自主預習【必備知識】一、電功和電功率1.電功(1)定義:電流通過一段電路時,自由電荷在電場力的推動下做定向移動,電場力對自由電荷做功,將電能轉化為其他形式的能.我們把電場力所做的功稱為電功.(2)公式:W= UIt .單位: 焦耳 .符號: J .(1)

2、定義:電流做功與完成這些功所用時間之比叫作電功率.(2)公式: =UI.單位:瓦特.符號:W.1 kW=103 W.想一想如以下圖,電路兩端的電勢差為U,電路中的電流為I,電荷從左端到達右端所用的時間為t,那么在t時間內通過導體某截面的電荷量是多少?把這些電荷從左端移到右端,電場力做功是多少?提示 由電流的定義式可得通過某截面的電荷量q=It,根據靜電力做功的公式W=qU,可得W=UIt.二、焦耳定律1.焦耳定律(1)內容:電流通過導體產生的熱量與電流的二次方成正比,與導體的電阻及通電時間成正比.(2)公式:Q= I2Rt .2.熱功率:一段電路因發(fā)熱而消耗的功率,P= I2R .想一想如以下

3、圖是電視機和電風扇,說明它們是純電阻電路還是非純電阻電路?電流做的電功是否全部轉化為熱量?提示 電視機和電風扇都是非純電阻電路,電流做的電功并不是全部轉化為熱量.三、閉合電路中的能量1.電源的功率(1)公式:P=EI=P出+P內=U外I+U內I.(2)意義:EI表示電源提供的電功率.2.電源的輸出功率(1)公式:P出=U外I.(2)意義:U外I表示外電路上消耗的電功率.3.電源的內耗功率(1)公式:P內=U內I.(2)意義:U內I表示內電路上消耗的電功率.【自我檢測】1.判斷正誤,判斷結果為錯誤的小題請說明原因.(1)電功與電能的單位是相同的,因此,電功就是電能.()答案 解析 功是能量轉化的

4、量度.(2)電流做的功越多,電功率越大.()解析 電流的功由功率和時間共同決定.答案 (3)W=UIt可以計算任何電路的電功.()答案 (4)Q=I2Rt可以計算任何電路的熱量.()答案 (5)電流相同時,電源提供的電功率一定相同.()解析 電功率等于電壓與電流的乘積.答案 (6)內電路消耗的功率就是整個電路的電功率.()解析 整個電路的電功率等于內外電路的電功率之和.答案 2.如以下圖為電源和導線內移送電荷的情況.那么將單位正電荷沿閉合回路移動一周所釋放的能量大小決定于()A.電源的電動勢解析 移動電荷一周所釋放的能量,就是電源提供給的電能,數值等于電源內部非靜電力做功的數值,即W=Eq.故

5、A對,B、C、D錯.答案 A3.關于電功和電熱的計算,以下說法正確的選項是()A.如果是純電阻電路,電功可用公式W=UIt計算,也可用公式W=I2Rt計算B.如果是純電阻電路,電熱可用公式W=I2Rt計算,但不能用公式W=UIt計算C.如果不是純電阻電路,電功只能用公式W=I2Rt計算D.如果不是純電阻電路,電熱可用公式W=I2Rt計算,也可用公式W=UIt計算解析 純電阻電路,電功可用公式W=UIt計算,也可用公式W=I2Rt計算,故A正確,B錯誤;非純電阻電路,電功用公式W=UIt計算,故C錯誤;非純電阻電路,電熱用公式W=I2Rt計算,故D錯誤.答案 A課堂篇 探究學習探究一電功、電功率

6、的理解和計算【問題情境】在現代社會中,人們的生產、生活和科技實踐活動都離不開電,各種各樣的用電器減輕了人們的勞動強度,提高了工作效率,在享受電給我們帶來方便的同時,你知道電能是如何轉化為其他形式的能和電能在轉化過程中滿足怎樣的規(guī)律嗎?要點提示 通過電流做功,W=UIt.【知識歸納】1.對電功的理解(1)從力的角度看,電流做功的實質是電場力對自由電荷做功.(2)從能的角度看,電流做功過程是電能轉化為其他形式的能的過程,電功的大小表示電能的減少量,標志著電能轉化為其他形式的能的多少.(3)電功W=UIt=qU對任何電路都適用. 電功不一定等于電熱2.串、并聯電路中的功率關系 (1)用電器正常工作時

7、所消耗的功率叫作額定功率.當用電器兩端電壓到達額定電壓U額時,電流到達額定電流I額,電功率也到達額定功率P額,且P額=U額I額.(2)用電器的實際功率是用電器在實際工作時消耗的電功率.為了使用電器不被燒毀,要求實際功率不能大于其額定功率.要點筆記(1)電路的總功率等于各用電器消耗的功率之和.(2)串聯電路中,功率與電阻成正比;并聯電路中,功率與電阻成反比.【典例剖析】例1有額定電壓都是110 V,額定功率PA=100 W,PB=40 W的兩盞電燈,假設接在電壓是220 V的電路上,兩盞電燈均能正常發(fā)光,那么電路中消耗功率最小的電路是()解析 要兩燈均正常發(fā)光,即每燈的電壓均為110 V,對A選

8、項,因為RARB,所以UA110 V,B燈將被燒壞;對B選項,UBU并,B燈將被燒壞;對C選項,RA可能等于B燈與變阻器并聯后的電阻,所以UA可能等于UB,等于110 V,兩燈可能都正常發(fā)光,且電路消耗的總功率為200 W;對D選項,滑動變阻器電阻可能等于兩燈并聯后的總電阻,可能有UA=UB=U并=110 V,兩燈可能正常發(fā)光,且電路中消耗的總功率為280 W.綜上可知,C正確.答案 C規(guī)律方法 功率求解的技巧(1)在純電阻電路中,比較用電器的電功率時,要根據條件靈活選用公式,如用電器電流相同時,用P=I2R比較,假設電壓相同時用 比較,假設電阻相同時,可根據I或U的關系比較.(2)求解串、并

9、聯電路中的功率分配問題時,比例法求解會使問題簡化,但一定要明確是正比還是反比關系.(3)當求解用電器的功率時,要明確求解的是什么功率.實際功率與額定功率不一定相等.變式訓練 1某款鋰離子多功能電池有兩路電壓輸出設計,如以下圖.一路為環(huán)狀凹槽電極,該路經由電路輸出電芯電壓,額定電壓為3.7 V;另一路為與干電池電極完全相同的中心柱狀電極,經由變換電路輸出,額定電壓1.5 V,下表為該電池的各項參數.以下說法正確的選項是()型號5號標準容量810 mAh(3.7 V)2 000 mAh(1.5 V)電芯鋰聚合物輸出電流(最大)1 500 mA(3.7 V)2 000 mA(1.5 V)標準電壓1.

10、5 V/3.7 V電池壽命大于500次完全充放電(根據使用情況而異)A.使用環(huán)狀凹槽電極時,電池的能量是2 916 JB.使用環(huán)狀凹槽電極時,在最大輸出電流工作狀態(tài)下能工作約2 hC.使用中心柱狀電極時,電池的電荷量是10 800 CD.使用中心柱狀電極時,在最大輸出電流工作狀態(tài)下能工作約1 h答案 D探究二電功與電熱的比較【問題情境】用電爐燒水時,爐盤內的電爐絲被燒得通紅,產生大量的熱,而連接電爐的導線卻不怎么熱,這是什么原因?要點提示 通電導線跟電爐絲是串聯在一起的,通過它們的電流相等,而電爐絲的電阻比導線的電阻要大得多,由焦耳定律Q=I2Rt知在相等的時間內導線產生的熱量比電爐絲產生的熱

11、量要少得多.【知識歸納】(1)一般情況下的電燈泡、電爐絲等為純電阻電路;電動機、電解槽等為非純電阻電路.(2)純電阻電路遵循歐姆定律,而非純電阻電路不完全遵循歐姆定律.(3)純電阻電路電流做功時,電能全部轉化為電熱;而非純電阻電路,電流做功將電能一局部轉化為電熱,一局部轉化為機械能或其他形式的能.2.電功與電熱 3.電功率與熱功率 【典例剖析】例2規(guī)格為“220 V36 W的排氣扇,電動機的內阻為40 .(1)接上220 V的電壓后,求排氣扇轉化為機械能的功率和發(fā)熱的功率;(2)如果接上220 V的電壓后,扇葉被卡住,不能轉動,求電動機消耗的功率和發(fā)熱的功率.解析 (1)排氣扇在220 V的電

12、壓下正常工作時的電流為發(fā)熱功率為P熱=I2R=(0.16)240 W=1 W.轉化為機械能的功率為P機=P-P熱=36 W-1 W=35 W.(2)扇葉被卡住不能轉動后,電動機成為純電阻電路,電流做功全部轉化為熱能,此時電動機中的電流為電動機消耗的功率即發(fā)熱功率為P電=P熱=UI=2205.5 W=1 210 W.答案 (1)35 W1 W(2)1 210 W1 210 W規(guī)律方法 電功、電熱的計算方法(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,對純電阻電路,計算時可以利用串聯電路的分壓特點或并聯電路的分流特點.(3)由所求問題選取適宜的公式,在

13、非純電阻電路中計算電功只能用W=UIt,計算電熱只能用Q=I2Rt,歐姆定律的變形式在純電阻電路中才能通用.(4)對于含電動機的電路,電動機轉動時是非純電阻用電器,電動機不轉動時是純電阻用電器.變式訓練 2在研究微型電動機的性能時,可采用如以下圖的實驗電路.當調節(jié)滑動變阻器R使電動機停止轉動時,電流表和電壓表的示數分別為0.5 A和1.0 V;重新調節(jié)R使電動機恢復正常運轉時,電流表和電壓表的示數分別為2.0 A和15.0 V.求這臺電動機正常運轉時的輸出功率和電動機的線圈電阻.解析 當電流表和電壓表的示數為0.5 A和1.0 V時,電動機停止工作,電動機中只有電動機的內阻消耗電能,其阻值當電

14、動機正常工作時,電流表、電壓表示數分別為2.0 A和15.0 V,那么電動機的總功率P總=U2I2=15.02.0 W=30.0 W線圈電阻的熱功率P熱= =2.022.0 W=8.0 W所以電動機的輸出功率P輸出=P總-P熱=30.0 W-8.0 W=22.0 W.答案 22.0 W2.0 探究三電源的功率和效率【問題情境】閉合電路中,電源電動勢為E,內、外電路的電阻分別是r和R,電路中的電流為I,t時間內電源把多少其他形式的能轉化為電能?外電路產生的熱量是多少?內電路產生的熱量是多少?三者之間有何關系?要點提示 EItI2RtI2rtEIt=I2Rt+I2rt【知識歸納】1.電源的輸出功率

15、只有純電阻電路才成立 2.輸出功率的圖像 3.電源的效率 【典例剖析】例3如以下圖電路中,電池的電動勢E=5 V,內阻r=10 ,固定電阻R=90 ,R0是可變電阻,在R0由0增加到400 的過程中,求:(1)可變電阻R0上消耗功率最大的條件和最大熱功率.(2)電池的內阻r和固定電阻R上消耗的最小熱功率之和.規(guī)律方法 閉合電路中功率問題的三點提醒(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,效率只有50%.(2)判斷可變電阻功率變化時,可將可變電阻以外的其他電阻看成電源的一局部內阻.(3)當P輸出Pm時,每個輸出功率對應兩個可能的外電阻R1、R2,且R1R2=r2.變式訓練 3

16、將一個電源與一電阻箱連接構成閉合回路,測得的電阻箱所消耗的功率P與電阻箱的讀數R的關系如以下圖,以下說法正確的選項是()A.電源最大輸出功率可能大于45 WB.電源的內阻為5 C.電源的電動勢為45 VD.電阻箱消耗的功率為最大值時,電源的效率大于50%答案 B 隨堂訓練1.如以下圖,一個電阻R和一個燈泡L串聯接在電壓恒為U的電源上,電路中的電流為I.電阻兩端的電壓為U1,電功率為P1;燈泡兩端的電壓為U2,電功率為P2.那么以下關系式正確的選項是()A.P1=UIB.P2=U2RC.U2=U-IRD.U1=U-IR解析 電阻的電功率P1=U1I,A錯誤;燈泡的電功率P2=U2I,B錯誤; U

17、2=U-U1=U-IR,C正確,D錯誤.答案 C2.如以下圖的電路中,輸入電壓U恒為12 V,燈泡L標有“6 V12 W字樣,電動機線圈的電阻RM=0.5 ,假設燈泡恰能正常發(fā)光,那么以下說法中正確的選項是()A.電動機的總功率是72 WB.電動機的熱功率是1 WC.電動機的輸出功率是10 WD.整個電路消耗的電功率是22 W解析 電動機兩端的電壓為U1=U-UL=(12-6)V=6 V,整個電路中的電流為 =2 A,所以電動機消耗功率為P=U1I=62 W=12 W,故A錯誤;電動機的熱功率為P熱=I2RM=220.5 W=2 W,故B錯誤;電動機的輸出功率為 P出=P-P熱=(12-2)W

18、=10 W,故C正確;整個電路消耗的電功率為P總=UI=122 W=24 W,故D答案 C 3.如以下圖,把兩個相同的燈泡分別接在甲、乙電路中,甲電路兩端的電壓為8 V,乙電路兩端的電壓為16 V.調節(jié)滑動變阻器R1和R2使兩燈都正常發(fā)光,此時滑動變阻器消耗的功率分別為P1和P2,兩電路中消耗的總功率分別為P甲和P乙,那么以下關系中正確的選項是()A.P甲P乙C.P1P2D.P1=P2解析 由燈都正常發(fā)光可知,R1中電流是R2中電流的二倍,R1兩端電壓是R2兩端電壓的二分之一,兩滑動變阻器消耗的功率相等,兩電路中消耗的總功率相等,D正確,A、B、C錯誤.答案 D4.如以下圖,有一內電阻為4.4