飛鷗電路中的能量轉化

2.6電路中的能量轉化本節(jié)概要（1）電功、電熱（2）電路中的功能關系（3）電源的功率和效率電路的作用：（1）傳遞信息，對信息進行處理（2）傳遞能量，對能量進行轉化

電爐通電時，電能轉化為內能；電動機通電時，電能轉化為機械能；電池充電時，電能轉化為化學能。電能轉化為其他形式能的過程就是電流做功的過程。

功是能量轉化的量度，電流做了多少功就有多少電能轉化為其他形式的能。電功是電能轉化為其他形式能的量度.電流做功實質上是導體中的恒定電場對自由電荷的電場力做功。電場力做功：W=qU

一段電路兩端的電壓為U,通過的電流為I,則在時間t內通過這段電路任一橫截的電荷量：q=ItW=IUt推導:

電流在一段電路中所做的功W等于這段電路中的電流I、電路兩端的電壓U、通電時間

t三者的乘積．3、單位：焦(J)千瓦時(kW·h).

1kW·h＝3.6×106JW=UIt2、公式:1、定義：電場力(或電流)所做的功.

電功普適公式一、電功1、定義：單位時間內電流所做的功.

表示電流做功的快慢．電流在一段電路上做功的功率P等于電流I與這段電路兩端的電壓U的乘積．3、單位：瓦(W)

千瓦(kW)．1kW＝103W二、電功率P=W/t=UI2、公式:

電功率普適公式額定功率和實際功率額定功率:用電器在額定電壓下工作的功率.實際功率:用電器在實際電壓下工作的功率.輸入功率和輸出功率輸入功率:用電器輸入端的電壓與輸入電流之積.輸出功率:用電器輸出端的電壓與輸出電流之積.用電器銘牌實際值與額定值間的關系:（1）當U實=U額時，P實=P額（2）當U實<U額時，P實<P額（3）當U實>U額時，P實>P額注意事項：使用電器時要盡量使實際電壓達到額定電壓值。

用電器不能正常工作用電器正常工作用電器可能燒壞以燈泡為例:（1）當U實=U額時，P實=P額（2）當U實<U額時，P實<P額（3）當U實>U額時，P實>P額燈泡發(fā)光暗淡燈泡正常發(fā)光燈泡亮的刺眼，很快燒壞燈泡的亮暗-------實際電功率決定若為純電阻電路，電能全部轉化為內能。若為非純電阻電路，則只有一部分電能轉化為內能。另一部分轉化為其他形式的能。如：內能，機械能，光能，化學能。

純電阻電路：只含有電熱元件的電路（如白熾燈、電爐、電烙鐵；及轉子被卡住的電動機）．

非純電阻電路：電路中含有在轉動的電動機或有在發(fā)生化學反應的電解槽的電路．

產(chǎn)生內能的機理：在真空中，電場力對電荷做正功時，減少的電勢能轉化為電荷的動能；在金屬導體中，在電場力作用下做加速運動的自由電子頻繁地與離子碰撞，把定向移動的動能傳給離子，使離子熱運動加劇，將電能全部轉化為內能．三、電熱1、定義:電流通過導體產(chǎn)生的熱量.

電流通過導體時產(chǎn)生的熱量與哪些因素有關呢?實驗探究詹姆斯·普雷斯科特·焦耳（1818－1889），英國物理學家，電流相同電阻相同4Ω

焦耳(1818～1889)，英國物理學家。極力想從實驗上去證明能量的不滅。對發(fā)現(xiàn)和確立能量守恒定律作出了主要貢獻

1840年，焦耳經(jīng)過了多次通電導體產(chǎn)生熱量的實驗發(fā)現(xiàn)電能可以轉化為熱能，并且得出了一條定律，導體在一定時間內放出的熱量同電路的電阻以及電流強度二次方的乘積成正比，即焦耳定律。

焦耳并不滿足，在這一發(fā)現(xiàn)的基礎上，仍繼續(xù)探討各種運動形式之間的能量守恒和轉化的關系。1843年，發(fā)現(xiàn)了熱功當量，并測出其數(shù)值。1850年，他又寫了《論熱功當量》的論文總結和分析了以往工作的結果。以后，焦耳繼續(xù)改進實驗方法，不斷提高實驗的精確度，最后得到熱功當量的值比現(xiàn)在的公認的值只小0.7%，從當時的條件來看，這樣的精確度是驚人的。焦耳在科學道路中勇于攀登，不怕困難，精益求精的精神，很值得大家學習。推導：

若為純電阻電路，則電能全部轉化為內能，：Q=W=IUt歐姆定律：U=IRQ=I2

R

t焦耳定律：電流通過導體產(chǎn)生的熱量Q等于電流I的二次方、導體的電阻R

和通電時間t三者的乘積．4、適用條件:

既適用于純阻電路也適用于非純電阻電路．

Q=I2Rt2、公式:3、單位：焦(J)

電熱普適公式1、定義:單位時間內的發(fā)熱量.四、熱功率

熱功率P等于通電導體中電流I的二次方與導體電阻R

的乘積．P=Q/t=I2R2、公式:3、單位：瓦(W)

千瓦(kW)．

熱功率普適公式1.電功:

IUtW=2.電功率:

IUtWP==3.電熱:

RtIQ2=4.熱功率:RItQP2==對純電阻電路:電功=電熱電功率=熱功率對非純電阻電路:電功>電熱電功率>熱功率電功和電功率、電熱和熱功率適用于任何電路求電功，電功率適用于任何電路求電熱，熱功率M非純電阻電路:電能→內能+機械能I＜U/R歐姆定律不適用于非純電阻電路在轉動的電動機中有反電動勢，若電動機轉子卡住則可視為純電阻電路例如：U=10V，反電動勢8V，在電阻上電壓為2V，若卡住，沒有反電動勢，則加在電阻上電壓為10V，此時電能全部轉化為內能這兩個公式只適用于純電阻電路歐姆定律適用于線性元件，適用于純電阻電路解:據(jù)能量守恒定律得:

IUt=I2Rt+W故電動機每分鐘所做的機械功為:W=(IU-I2R)t=(5×220-52×0.4)×60J=6.5×104J例、一個電動機，線圈電阻是0.4，當它兩端所加的電壓為220V時，通過的電流是5A。這臺電動機每分鐘所做的機械功有多少?正極負極電源+++++++++外電路內電路F電F非從整個電路看：其他形式的能轉化為電能后，電能又進一步地轉化為其他形式的能量（內能，機械能等）。（注意：有一部分電能在電源內阻額上轉化為內能）整個電路中的功能關系非靜電力做功將其他形式的能轉化為電能。

根據(jù)能量守恒定律，非靜電力做的功應該等于電能在內外電路中轉化為其他形式的能的總和。電場力做功又將電能轉化為其他形式的能。整個電路中的能量轉化EIt=I2rt+UItEIt=I2rt+I2Rt+E機E=Ir+UU=E-Ir電源的外特性1．電源提供的功率：

3．電源的輸出功率:

2．電源內阻上的熱功率

三、電源的功率和效率

若外電路為純電阻電路：PIo功率與電流的關系圖像電源的三個功率與輸出電流的關系三者關系4.電源的工作效率對純電阻電路,電源的效率為:結論：電源的效率隨外電阻的增大而增大ηR100%電源的效率電動機的效率電源的輸出功率與外電阻的關系思考：電源輸出功率最大時，是否效率最高？電源的輸出功率最大時，其效率只有50℅.0RPrPmR1R2或證明：UIOEUREPIo0RPrPmηR100%ηIO100%例:如圖所示直線A為電源的U--I圖線,直線B為電阻的U--I圖線,用該電源和該電阻組成閉合電路,則電源的輸出功率和電源的效率分別是:（）A.4W,33%B.2W,33.3%C.2W,67%D.4W,67%I/AU/V

0246BA3210解:由圖線可知R=1Ω,E=3Vr=0.5虛線和坐標軸所包圍的面積等于輸出功率,P出=4WP總=EI=6W=P出/P總=4/6=67%D

例:已知如圖，E=6V，r=4Ω，R1=2Ω，R2的變化范圍是0－10Ω。求：①電源的最大輸出功率；②R1上消耗的最大功率；③R2上消耗的最大功率。

ErR2R1①

2.25W②

2W③

1.5W例2:直線OAC為某一直流電源的總功率P總隨電流I變化的圖線,拋物線OBC為同一直流電源內部熱功率Pr隨電流I變化的圖線,若A、B對應的橫坐標為2A,那么線段AB表示的功率為

W,I=2A對應的外電阻是

Ω.P/WI/AO123ABC92W0.5Ω（上海05高考）

1、右圖中圖線①表示某電池組的輸出電壓一電流關系，圖線②表示其輸出功率一電流關系．該電池組的內阻為＿＿＿＿＿Ω．當電池組的輸出功率為120W時，電池組的輸出電壓是＿＿＿＿＿V．530課堂訓練（05江蘇高考卷）2、如圖所示，R為電阻箱，V為理想電壓表．當電阻箱讀數(shù)為R1=2Ω時，電壓表讀數(shù)為U1=4V；當電阻箱讀數(shù)為R2=5Ω時，電壓表讀數(shù)為U2=5V．求：(1)電源的電動勢E和內阻r。(2)當電阻箱R讀數(shù)為多少時，電源的輸出功率最大?最大值Pm為多少?R＝1Ω，P＝9W課堂訓練思考：我們知道白熾燈是純電阻器件，但是我們日常生活中的的確確看到白熾燈發(fā)出光。這不是矛盾嗎？

其工作原理是：電流通過燈絲（鎢絲，熔點達3000℃以上）時產(chǎn)生熱量，螺旋狀的燈絲不斷將熱量聚集，使得燈絲的溫度達2000℃以上，燈絲在處于白熾狀態(tài)時，就發(fā)出光芒。從能量的轉換角度看，電燈發(fā)光時，大量的電能將轉化為熱能，只有極少一部分可以轉化為有用的光能。目前在所有日常生活的用電照明燈具中，白熾燈的效率是最低的，白熾燈會把消耗能量中的大部分（超過90%）轉化成無用的熱能，只少于10%的能量會成為光能。2011年8月，發(fā)改委公布《中國淘汰白熾燈路線圖（征求意見稿）》，從2016年10月1日起，禁止銷售和進口15瓦及以上普通照明用白熾燈。探究實驗：給你玩具電風扇1臺、干電池2節(jié)、電壓表和電流表各1只、導線若干。請你設法測出電風扇的直流電阻，以及電風扇工作時總功率(電功率）和輸出的機械功率。運行情