2017-2018學(xué)年高中創(chuàng)新設(shè)計物理粵教版選修3-1學(xué)案：第二章 第7講 電功率

學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精[目標定位]1.理解用電器的作用是把電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能，會計算電流所做的功與電功率。2。知道純電阻電路與非純電阻電路的區(qū)別,會根據(jù)焦耳定律計算用電器產(chǎn)生的電熱.3。理解閉合電路的功率，進一步體會能量守恒定律的意義和普適性．一、電功和電功率1．電功（1）定義:在一段電路中電場力所做的功稱電功，即通常說的電流所做的功．（2)表達式：W＝UIt.（3)單位:焦耳,符號：J.（4)實質(zhì)：電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能．(5）適用條件：任何電路．2．電功率（1）定義:單位時間內(nèi)電流所做的功．（2)公式：P＝eq\f(W,t)＝UI。(3)單位:瓦特,符號：W.(4）物理意義：表示電流做功的快慢．（5)適用條件：任何電路．深度思考（1)兩個電阻串聯(lián)，功率和電阻存在什么關(guān)系？（2)兩個電阻并聯(lián)，功率和電阻存在什么關(guān)系？答案（1）由P＝I2R知,串聯(lián)電阻的功率與電阻成正比．(2)由P＝eq\f（U2，R)知，并聯(lián)電阻的功率與電阻成反比．例1將兩個定值電阻R1、R2并聯(lián)在電壓為U的電源兩端，R1消耗的功率為P1，R2消耗的功率為3P1,當(dāng)把它們串聯(lián)在電壓為4U的電源兩端時，下列說法正確的是（)A．R1兩端的電壓為UB．R2消耗的功率變小C．通過R2的電流變小D．兩個電阻消耗的總功率為12P1解析當(dāng)R1、R2并聯(lián)在電壓為U的電源兩端時，兩電阻兩端的電壓為U，根據(jù)P＝IU，功率之比等于電流之比，根據(jù)并聯(lián)電路電流和電阻的關(guān)系，可知：R1＝3R2;當(dāng)把它們串聯(lián)在電壓為4U的電源兩端時，電路中的電流I＝eq\f(4U，3R2＋R2)＝eq\f(U,R2）,故通過R2的電流不變,電壓不變，所以R2的電功率不變，仍為3P1，故B、C錯誤；R1兩端的電壓U1＝IR1＝eq\f(U,R2)×3R2＝3U,故A錯誤；兩個電阻消耗的總功率P＝U′I＝4U·eq\f(U,R2）＝12P1，故D正確．答案D例2A、B為“220V100W”的兩盞相同的燈泡，C、D為“220V40W”的兩盞相同燈泡,A、B燈的電阻為________Ω;C、D電阻為________Ω.現(xiàn)將四盞燈泡接成如圖1所示電路，并將兩端接入電路，各燈實際功率分別為PA、PB、PC、PD,則實際功率的大小順序是________．圖1解析由P＝IU和I＝eq\f(U,R），得R＝eq\f(U2,P）則：RA＝RB＝eq\f(2202，100）Ω＝484Ω，RC＝RD＝eq\f（2202,40）Ω＝1210Ω;由電路圖可知，B、C并聯(lián),所以電壓相等,根據(jù)P＝eq\f（U2，R)可知：PB＞PC，A、D串聯(lián)，電流相等,由P＝IU和U＝IR，得P＝I2R可知，PD＞PA;A、D的電流大于B、C的電流，根據(jù)P＝I2R可知：PA＞PB,PD＞PC；所以PD＞PA＞PB＞PC。答案4841210PD＞PA＞PB＞PC1額定功率:用電器正常工作時所消耗的功率,也是用電器兩端電壓為額定電壓或通過的電流為額定電流時消耗的電功率。用電器銘牌上所標的功率即為額定功率。2實際功率：用電器實際工作時消耗的電功率.為了保證用電器不被損壞，要求實際功率不能大于其額定功率.二、焦耳定律和熱功率1．焦耳定律（1）內(nèi)容：在一段只有電阻元件的純電阻電路中，電場力所做的功W等于電流通過這段電路時發(fā)出的熱量Q，即Q＝W＝UIt＝I2Rt.(2)表達式:Q＝I2Rt.(3）適用條件:任何電路．2．熱功率（1)定義：一段電路因發(fā)熱而消耗的功率．(2）表達式：P＝I2R.(3)適用條件:任何電路．3．純電阻電路和非純電阻電路純電阻電路非純電阻電路能量轉(zhuǎn)化情況電功和電熱的關(guān)系W＝Q即IUt＝I2Rt＝eq\f（U2，R)tW＝Q＋E其他UIt＝I2Rt＋E其他電功率和熱功率的關(guān)系P＝P熱，即IU＝I2R＝eq\f（U2，R)P＝P熱＋P其他即IUt＝I2R＋P其他歐姆定律是否成立U＝IRI＝eq\f(U，R)成立U＞IRI＜eq\f(U,R）不成立深度思考電風(fēng)扇、電冰箱消耗的電能等于I2Rt嗎？電風(fēng)扇、電冰箱消耗的電能轉(zhuǎn)化成什么形式的能量？答案不等于；電風(fēng)扇、電冰箱消耗電能沒有全部轉(zhuǎn)化為熱能，有大部分轉(zhuǎn)化為機械能，小部分轉(zhuǎn)化為電熱．例3下列關(guān)于電功、電功率和焦耳定律的說法中正確的是（）A．電功率越大，電流做功越快，電路中產(chǎn)生的焦耳熱一定越多B．W＝IUt適用于任何電路，而W＝I2Rt＝eq\f（U2，R)t只適用于純電阻電路C．在非純電阻電路中，IU>I2RD．焦耳熱Q＝I2Rt適用于任何電路解析電功率公式P＝eq\f(W，t)，表示電功率越大，電流做功越快．對于一段電路,有P＝IU，I＝eq\f(P,U),焦耳熱Q＝（eq\f(P,U））2Rt，可見Q與P、U、t都有關(guān)，所以P越大，Q不一定越大，A錯．W＝IUt是電功的定義式,適用于任何電路，而I＝eq\f(U,R）只適用于純電阻電路,B對．在非純電阻電路中,電流做的功＝焦耳熱＋其他形式的能,所以W>Q，即IU〉I2R,C對．Q＝I2Rt是焦耳熱的定義式，適用于任何電路，D對．答案BCD三、閉合電路的功率1．電源的功率:就是電源提供的總功率，即電源將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的功率，也叫電源消耗的功率，P總＝EI.2．電源輸出功率：整個外電路上消耗的電功率，P出＝UI.3．電源內(nèi)耗功率：內(nèi)電路上消耗的電功率，即電源內(nèi)阻的發(fā)熱功率，P內(nèi)＝U內(nèi)I＝I2r。4．閉合電路的功率關(guān)系：(1)功率關(guān)系：IE＝IU＋I2r或E＝IU外＋IU內(nèi)．（2)能量關(guān)系：IUt＝I2Rt＋I2rt，此表達式反映了電源克服靜電力做的功等于內(nèi)、外電路消耗的電能之和．例4如圖2所示,電源電動勢E＝10V，內(nèi)阻r＝0.5Ω，標有“8V16W”的燈泡L恰好能正常發(fā)光，電動機線圈的電阻R0＝1Ω，求:圖2（1)電源的總功率;(2）電動機的輸出功率．解析（1)L正常發(fā)光,路端電壓等于燈泡額定電壓8V。內(nèi)電壓U內(nèi)＝(10－8）V＝2V，則總電流I＝eq\f(U內(nèi),r)＝4A,電源總功率為P電＝IE＝4×10W＝40W。（2)流經(jīng)電動機的電流IM＝I－eq\f(P，U)＝2A.輸入電動機的總功率PM總＝U·IM＝8×2W＝16W.電動機內(nèi)阻消耗功率PM內(nèi)＝Ieq\o\al（2，M）R0＝4×1W＝4W.故電動機的輸出功率PM出＝（16－4)W＝12W.答案(1)40W（2）12W電動機的功率和效率，電動機的總功率輸入功率:P入＝IU。電動機的熱功率P熱＝I2r。，電動機的輸出功率機械功率:P出＝IU－I2r。電動機的效率：η＝eq\f（P出，P入）＝eq\f（IU－I2r,IU)＝1－eq\f（Ir，U）.說明：注意區(qū)分電動機的幾種功率，從能量守恒角度分析和考慮電動機問題。1．(電功和電功率)（多選）如圖3所示，把四個相同的燈泡接成甲、乙兩種電路后，燈泡都正常發(fā)光,且兩個電路的總功率相等．則下列對這兩個電路中的U甲、U乙、R甲、R乙之間的關(guān)系的說法,正確的是(）圖3A．U甲＞2U乙 B．U甲＝2U乙C．R甲＝4R乙 D．R甲＝2R乙答案BC解析設(shè)燈泡的電阻為R，正常發(fā)光時電流為I，電壓為U，由于兩個電路的總功率相等，P＝U甲I＝U乙·2I，得U甲＝2U乙;又由U甲＝2U＋IR甲，U乙＝U＋2IR乙，得R甲＝4R乙，故正確答案為B、C.2．（焦耳定律）通過電阻R的電流為I時，在t時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量為Q，若電阻為2R，電流為eq\f(I，2)，則在時間t內(nèi)產(chǎn)生的熱量為（）A．4Q B．2QC。eq\f(Q,2) D.eq\f(Q，4）答案C解析根據(jù)Q＝I2Rt得,電阻變?yōu)樵瓉淼?倍,電流變?yōu)樵瓉淼膃q\f(1，2）,時間不變，則熱量變?yōu)樵瓉淼膃q\f(1,2)，C正確．3．（非純電阻電路的特點及有關(guān)計算）如圖4所示是一直流電動機工作時的電路圖．電動機內(nèi)阻r＝0.8Ω，電路中另一電阻R＝10Ω，直流電壓U＝160V，電壓表示數(shù)UV＝110V．試求:圖4(1）通過電動機的電流；（2)輸入電動機的總功率；（3)電動機輸出的機械功率．答案(1）5A（2)550W(3)530W解析（1)由電路中的電壓關(guān)系可得電阻R的分壓UR＝U－UV＝(160－110)V＝50V通過電阻R的電流IR＝eq\f（UR,R)＝eq\f（50，10）A＝5A即通過電動機的電流IM＝IR＝5A。（2)電動機的分壓UM＝UV＝110V輸入電動機的總功率P總＝IM·UM＝550W.（3）電動機的熱功率P熱＝Ieq\o\al(2，M）r＝20W電動機輸出的機械功率P出＝P總－P熱＝530W4．（閉合電路的功率關(guān)系）如圖5所示，電源電動勢E＝30V，內(nèi)阻r＝1Ω，燈泡上標有“6V12W"字樣，直流電動機線圈電阻R＝2Ω，若燈泡恰好能正常發(fā)光,求電動機輸出的機械功率．圖5答案36W解析因燈泡正常發(fā)光，所以I＝eq\f(P，U)＝eq\f(12，6）A＝2AU內(nèi)＝Ir＝2×1V＝2V所以電動機兩端電壓為UM＝E－U內(nèi)－U＝30V－2V－6V＝22V電動機輸出的機械功率為P機＝UMI－I2R＝22×2W－22×2W＝36W.題組一對電功、電功率的理解和計算1．(多選）關(guān)于電功，下列說法中正確的有(）A．電功的實質(zhì)是靜電力所做的功B．電功是電能轉(zhuǎn)化為其他形式能的量度C．靜電力做功使金屬導(dǎo)體內(nèi)的自由電子運動的速率越來越大D．電流通過電動機時的電功率和熱功率相等答案AB2．兩個精制電阻，用錳銅電阻絲繞制而成，電阻上分別標有“100Ω10W"和“20Ω40W"，則它們的額定電流之比為(）A。eq\r(5)∶5B。eq\r（10）∶20C。eq\r(5)∶10D．1∶2000答案C解析由公式P＝I2R得：I＝eq\r（\f(P，R)），所以I1∶I2＝eq\r(5）∶10.3．電壓都是110V，額定功率PA＝100W，PB＝40W的燈泡兩盞,若接在電壓為220V的電路上，使兩盞燈泡均能正常發(fā)光，且消耗功率最小的電路是(）答案C解析判斷燈泡能否正常發(fā)光，就要判斷電壓是否是額定電壓,或電流是否是額定電流，對燈泡有P＝IU＝eq\f(U2,R),可知RA＜RB。對于A電路，由于RA＜RB，所以UB＞UA，且有UB＞110V，B燈被燒毀,UA＜110V，A燈不能正常發(fā)光．對于B電路，由于RB＞RA，A燈又并聯(lián)變阻器，并聯(lián)電阻更小于RB，所以UB＞U并,B燈燒毀．對于C電路，B燈與變阻器并聯(lián)電阻可能等于RA,所以可能UA＝UB＝110V,兩燈可以正常發(fā)光．對于D電路,若變阻器的有效電阻等于A、B的并聯(lián)電阻，則UA＝UB＝110V，兩燈可以正常發(fā)光．比較C、D兩個電路，由于C電路中變阻器功率為（IA－IB）×110V，而D電路中變阻器功率為（IA＋IB)×110V，所以C電路消耗電功率最小．4．兩盞額定功率相同的燈泡A和B，其額定電壓UA>UB，則下列說法正確的是(）A．兩燈正常發(fā)光時，燈泡的電流IA〉IBB．兩燈電阻RA〈RBC．將兩燈串聯(lián)后接入電路中發(fā)光時，則燈泡的功率PA<PBD．將兩燈并聯(lián)后接入電路中發(fā)光時,則燈泡的功率PA′<PB′答案D解析由P＝eq\f（U2，R）可知RA〉RB,由P＝IU可知額定電流IA〈IB，故A、B錯誤．兩燈串聯(lián)后，由串聯(lián)電路的功率分配關(guān)系可知P∝R,所以PA〉PB,故C錯誤；兩燈并聯(lián)后,由并聯(lián)電路的功率分配關(guān)系可知P∝eq\f(1,R），所以PA′〈PB′，故D正確．5．用穩(wěn)壓電源和三根電阻絲R1、R2、R3來加熱一桶水,三根電阻絲采用如圖所示的幾種連接方式，則供熱最快的是（）答案B解析A選項總電阻為R1＋R2＋R3，B選項的總電阻小于R1、R2、R3三個電阻的任何一個電阻，C選項的總電阻大于R3,D選項的總電阻大于R1，可知B選項的總電阻最小，根據(jù)P＝eq\f（U2,R）知,電功率最大，供熱最快．故B正確．題組二焦耳定律的理解非純電阻電路計算6．（多選)關(guān)于四個公式①P＝IU；②P＝I2R；③P＝eq\f(U2,R）；④P＝eq\f(W,t)，下列敘述正確的是（)A．公式①④適用于任何電路的電功率的計算B．公式②適用于任何電路的熱功率的計算C．公式①②③適用于任何電路電功率的計算D．以上均不正確答案AB解析P＝IU、P＝eq\f（W,t)適用于任何電路的電功率的計算,而P＝I2R、P＝eq\f(U2,R）只適用于純電阻電路的電功率的計算，故A正確,C、D錯誤．P＝I2R適用于任何電路的熱功率的計算，P＝IU、P＝eq\f(U2,R）只適用于純電阻電路的熱功率的計算,故B正確．7．額定電壓、額定功率均相同的電風(fēng)扇、電烙鐵和日光燈，各自在額定電壓下正常工作了相同的時間．比較它們產(chǎn)生的熱量，結(jié)果是()A．電風(fēng)扇最多 B．電烙鐵最多C．日光燈最多 D．一樣多答案B解析在三種用電器中，只有電烙鐵能將電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，電風(fēng)扇將部分電能轉(zhuǎn)化為機械能，日光燈將部分電能轉(zhuǎn)化為光能，故B選項正確．8．有一內(nèi)阻為4.4Ω的電解槽和一盞標有“110V60W”的燈泡串聯(lián)后接在電壓為220V的直流電路兩端,燈泡正常發(fā)光，則(）A．電解槽消耗的電功率為120WB．電解槽消耗的電功率為60WC．電解槽的發(fā)熱功率為60WD．電路消耗的總功率為60W答案B解析燈泡能正常發(fā)光，說明電解槽和燈泡均分得110V電壓,且流過電解槽的電流I＝I燈＝eq\f(60，110)A＝eq\f(6，11）A，則電解槽消耗的電功率P＝IU＝P燈＝60W,A選項錯誤,B選項正確；電解槽的發(fā)熱功率P熱＝I2r≈1.3W，C選項錯誤；電路消耗的總功率P總＝IU總＝eq\f(6,11)×220W＝120W，D選項錯誤．9．(多選)如圖1所示,電阻R1＝20Ω，電動機線圈的電阻R2＝10Ω。當(dāng)開關(guān)斷開時，電流表的示數(shù)是0.5A,當(dāng)開關(guān)閉合后，電動機轉(zhuǎn)動起來，電路兩端的電壓不變,電流表的示數(shù)I和電路消耗的電功率P應(yīng)是(）圖1A．I＝1.5A B．I＜1。5AC．P＝15W D．P＜15W答案BD解析電路兩端的電壓為：U＝I1R1＝0.5A×20Ω＝10V．電動機是非純電阻用電器，UI2＞Ieq\o\al(2，2）R2，所以I2＜eq\f(U，R2）＝1A．電流表的示數(shù)I＝I1＋I2＜1。5A，A錯誤，B正確．電路總功率為P＝U（I1＋I2）＜15W，C錯誤，D正確．題組三綜合應(yīng)用10．如圖2所示的電路中，電源電壓為60V，內(nèi)阻不計，電阻R＝2Ω，電動機的內(nèi)阻R0＝1.6Ω，電壓表的示數(shù)為50V，電動機正常工作，求電動機的輸出功率．圖2答案210W解析電動機正常工作時，電動機兩端的電壓U0＝50V，此時通過電路中的電流：I＝eq\f（UR，R）＝eq\f（E－U0,R)＝5A,電動機的輸出功率P出＝U0I－I2R0＝210W.11．規(guī)格為“220V36W”的排氣扇，線圈電阻為40Ω，求：（1）接上220V的電源后，排氣扇轉(zhuǎn)化為機械能的功率和發(fā)熱的功率；（2)如果接上（1)中電源后，扇葉被卡住，不能轉(zhuǎn)動，求電動機消耗的功率和發(fā)熱的功率．(計算結(jié)果均保留為整數(shù))答案（1)35W1W（2)1210W1210W解析（1）排氣扇在220V的電壓下正常工作時的電流為I＝eq\f(P，U）＝eq\f（36,220）A≈0。16A發(fā)熱功率為P熱＝I2R＝（0.16）2×40W≈1W轉(zhuǎn)化為機械能的功率為P機＝P－P熱＝(36－1)W＝35W.(2）扇葉被卡住不能轉(zhuǎn)動后，電動機所在電路成為純電阻電路，電流做功全部轉(zhuǎn)化為熱能，此時電動機中電流為I′＝eq\f(U，R)＝eq\f（220,40)A＝5。5A電動機消耗的功率即電功率等于發(fā)熱功率：P電′＝P熱′＝UI′＝220×5.5W＝1210W.12．表中是一輛電動自行車說明書上的一些技術(shù)參數(shù)，根據(jù)表中提供的信息，探究以下問題：(g取10m/s2，計算結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)規(guī)格后輪驅(qū)動直流電機車型26″電動自行車額定輸出功率120W整車質(zhì)量30kg額定電壓40V最大載重120kg額定電流3.5A(1)在額定電壓下工作時,該電機的內(nèi)阻是多少?其效率為多大?（2)假設(shè)