电路中的能量转化与守恒

1、电路中的能量转化电路中的能量转化与守恒与守恒电流的热效应电流的热效应一、电功电功率一、电功电功率1 1电功，即电流做功，实质上是导体中的电功，即电流做功，实质上是导体中的恒定电场恒定电场对自由电荷的对自由电荷的静电静电力在做功力在做功2 2电流做功的过程就是电流做功的过程就是电能电能转化为转化为其他形其他形式式能的过程，电流做功的多少等于能的过程，电流做功的多少等于电能电能转化为转化为其他形式其他形式能的数量能的数量3 3电功的公式：电功的公式：W W UItUIt. .4 4电功率即单位时间内电功率即单位时间内电流所做的功电流所做的功，电，电流在一段电路上做功的功率等于电流流在一段电路上做功

2、的功率等于电流I I与这段与这段电路两端的电压电路两端的电压U U的乘积表达式为的乘积表达式为P P UIUI. .5 5额定功率和实际功率额定功率和实际功率(1)(1)用电器正常工作时所消耗的功率叫做额用电器正常工作时所消耗的功率叫做额定功率。当用电器两端电压达到额定电压定功率。当用电器两端电压达到额定电压U U额额时，时，电流达到额定电流电流达到额定电流I I额额，电功率也达到额定功率，电功率也达到额定功率P P额额，且，且P P额额U U额额I I额额。(2)(2)用电器的实际功率是用电器在实际工作用电器的实际功率是用电器在实际工作时消耗的电功率。为了使用电器不被烧毁，要时消耗的电功率。

3、为了使用电器不被烧毁，要求实际功率不能大于其额定功率。求实际功率不能大于其额定功率。二、焦耳定律热功率二、焦耳定律热功率1 1内容：电流通过导体产生的热量跟内容：电流通过导体产生的热量跟电流电流的二次方的二次方成正比，跟成正比，跟导体的电阻导体的电阻及及通电时间通电时间成正比成正比2 2公式：公式：Q QI I2 2RtRt. .3 3热功率：单位时间内的发热功率热功率：单位时间内的发热功率 P P热热 I2R . .三三、纯电阻和非纯电阻电路的区别、纯电阻和非纯电阻电路的区别纯电阻电路纯电阻电路非纯电阻电路非纯电阻电路元件特点元件特点欧姆定律欧姆定律能量转化能量转化元件举例元件举例电路中只有

4、电阻元件电路中只有电阻元件电路中除电阻元件外，还有将电路中除电阻元件外，还有将电能转化为其他能的用电器电能转化为其他能的用电器项目项目四四、对对电功和电热的理解电功和电热的理解例例1 1、一灯泡标有、一灯泡标有“220V,100220V,100W W”字样，字样，将其接到将其接到110V110V的电源上（不考虑灯泡电的电源上（不考虑灯泡电阻的变化）则有阻的变化）则有A A、灯泡的实际功率为、灯泡的实际功率为5050W W B B、灯泡的实际功率为、灯泡的实际功率为2525W W C C、通过灯泡的电流为额定电流的、通过灯泡的电流为额定电流的1/2 1/2 D D、通过灯泡的电流为额定电流的、通

5、过灯泡的电流为额定电流的1/41/4例例2 2电功率的计算公式电功率的计算公式P PU U2 2/R/R中，中，U U是加是加在用电器上的电压，在用电器上的电压，R R是用电器的电阻，此是用电器的电阻，此式可用于式可用于 ( () )A A计算电冰箱的功率计算电冰箱的功率B B计算电风扇的功率计算电风扇的功率C C计算电烙铁的功率计算电烙铁的功率 D D计算洗衣机的功率计算洗衣机的功率解析：解析：公式公式PU2/R是根据功率公式和欧姆定律推导出来是根据功率公式和欧姆定律推导出来的，只能用在纯电阻电路中，故的，只能用在纯电阻电路中，故C正确，正确，A、B、D错误。错误。答案：答案：C例例3 3

6、将阻值为将阻值为R R1 1=2,R=2,R2 2=3, =3, R R3 3=4=4的三个电阻接到电源上，则的三个电阻接到电源上，则（1 1）将它们串联后接到电源上，）将它们串联后接到电源上，其总电阻为其总电阻为 ，它们的电压之，它们的电压之比为比为 ，它们消耗的电功率之比，它们消耗的电功率之比为为 。（2 2）将它们并联后接到电源上，）将它们并联后接到电源上，其总电阻为其总电阻为 ，它们的电流之，它们的电流之比为比为 ，它们消耗的电功率之比，它们消耗的电功率之比为为 。9 2:3:412/136:4:3 2:3:46:4:3 例例4有四盏电灯，如图所示连接在有四盏电灯，如图所示连接在电路中

7、，电路中，L1、L2都标有都标有“220V，110W”字样，字样，L3和和L4都标有都标有“220V，40W”字字样，把电路接通后样，把电路接通后最暗的是最暗的是 ()AL1 BL2 CL3 DL4 解析：解析：由由 PI2R 知，知，L2比比 L1暗，暗，L3比比 L4暗，又由暗，又由 PU2R知，知，L3比比 L2暗，故最暗的是暗，故最暗的是 L3灯，选灯，选 C。 C例例5 如图所示，如图所示，R1和和R2都是都是“4W，100”的电阻，的电阻，R3是是“1W，100”的的电阻，则电阻，则AB间允许消耗的最大功率是间允许消耗的最大功率是_ W. 例例6 6 给定两只标有给定两只标有“11

8、0V110V22W22W”的灯泡的灯泡L L1 1和和 “110V110V44W44W”的灯泡的灯泡L L2 2及一只滑动变阻器及一只滑动变阻器R R，将它，将它们接在们接在220 V220 V的电路中，的电路中，要使两灯都正常发光，要使两灯都正常发光，在在下图所示的几种接法中，最合理的是下图所示的几种接法中，最合理的是( () )为什么为什么C C最好？最好？CI I1 1=0.2A=0.2AR R1 1=550=550I I2 2=0.4A=0.4AR R2 2=275=275 例例7 7有四盏电灯，如图所示连接在电有四盏电灯，如图所示连接在电路中，路中，L L1 1、L L2 2都标有都

9、标有“220 V220 V，110 110 W W”字字样，样，L L3 3和和L L4 4都标有都标有“220 V220 V，40 40 W W”字样，字样，把电路接通后最暗的是把电路接通后最暗的是 ( ) ( )A AL L1 1 B BL L2 2 C CL L3 3 D DL L4 4答案：答案：C例例8.8.一只电炉的电阻丝电阻和一台电动机线圈一只电炉的电阻丝电阻和一台电动机线圈电阻相同，都为电阻相同，都为R R，设通过的电流相同，则在相，设通过的电流相同，则在相同时间内同时间内，下列说法正确的是下列说法正确的是( () )A A电炉和电动机的电热相等电炉和电动机的电热相等B B电动

10、机消耗功率大于电炉消耗功率电动机消耗功率大于电炉消耗功率C C电炉两端电压小于电动机两端电压电炉两端电压小于电动机两端电压D D电炉和电动机两端电压相等电炉和电动机两端电压相等解析：解析：选选A ABCBC. .此题关键是分清电炉丝是纯电阻此题关键是分清电炉丝是纯电阻用电器，而电动机是非纯电阻用电器用电器，而电动机是非纯电阻用电器例例9 9 在如图的电路中，在如图的电路中，A A、B B、C C是是三是是三个完全相同的电灯，且不计温度对电灯电个完全相同的电灯，且不计温度对电灯电阻的影响。电路两端的电压阻的影响。电路两端的电压U U恒定，当电键恒定，当电键K K断开与闭合时，电灯断开与闭合时，电

11、灯A A消耗的电功率消耗的电功率P PA A与与P PA A/ /之比为之比为 。 94例例10.10.关于电功关于电功W W和电热和电热Q Q的说法正确的是的说法正确的是( () )A A在任何电路中都有在任何电路中都有W WUItUIt、Q QI I2 2RtRt，且且W WQ QB B在任何电路中都有在任何电路中都有W WUItUIt、Q QI I2 2RtRt，但但W W不一定等于不一定等于Q QC CW WUItUIt、Q QI I2 2RtRt均只有在纯电阻电路均只有在纯电阻电路中才成立中才成立D DW WUItUIt在任何电路中成立，在任何电路中成立，Q QI I2 2RtRt只

12、只在纯电阻电路中成立在纯电阻电路中成立解析：解析：选选B.WB.WUItUIt、Q QI I2 2RtRt适用于一切电适用于一切电路，但在纯电阻电路中路，但在纯电阻电路中W WQ Q，在非纯电阻电，在非纯电阻电路中路中W WQ Q，B B对，对，A A、C C、D D错错B例例1111、加在某台电动机上的电压是、加在某台电动机上的电压是U U，电动，电动机消耗的电功率为机消耗的电功率为P P，电动机线圈的电阻为，电动机线圈的电阻为r r，则电动机线圈上消耗的热功率为（则电动机线圈上消耗的热功率为（ ）电动）电动机输出的机械功率为（机输出的机械功率为（ ）A AP BP BU U 2 2/ r

13、/ r C CP P 2 2r /U r /U 2 2 D DP P P P 2 2r/ U r/ U 2 2 非纯电阻电路中非纯电阻电路中计算电功率只能用计算电功率只能用P=UIP=UI，计算热功率只能用计算热功率只能用P P热热=I=I2 2R RCD 例例1212规格为规格为“220V220V55 W”55 W”的排气的排气扇，线圈电阻为扇，线圈电阻为4040，求：，求： (1)(1)接上接上220V220V的电压后，排气扇转化为的电压后，排气扇转化为机械能的功率和发热的功率及排气扇的机械能的功率和发热的功率及排气扇的效率；效率； (2)(2)如果接上电源排气扇正常工作后，如果接上电源排

14、气扇正常工作后，扇叶被突然卡住，不能转动，求电动机扇叶被突然卡住，不能转动，求电动机消耗的功率和发热的功率。由此你能得消耗的功率和发热的功率。由此你能得到什么启示？到什么启示？52.5 W2 .5W 95.5%1 210 W1 210 W 排气扇可能被烧毁排气扇可能被烧毁例例13、如图所示的电路中，电源电动势、如图所示的电路中，电源电动势为为60 V，内阻不计，电阻，内阻不计，电阻R2 ，电动机，电动机的内阻的内阻R01.6 ，电压表的示数为，电压表的示数为50 V，电动机正常工作，求电动机的输出功率。电动机正常工作，求电动机的输出功率。答案：答案：210 W例例14.A14.A灯与灯与B B

15、灯电阻相同，当变阻器滑灯电阻相同，当变阻器滑片向下移动时，对两灯明暗程度的变化判片向下移动时，对两灯明暗程度的变化判断正确的是断正确的是( )( )A A、A A、B B灯都变亮灯都变亮B B、A A、B B灯都变暗灯都变暗C C、A A灯变亮，灯变亮，B B灯变暗灯变暗D D、A A灯变暗，灯变暗，B B灯变亮灯变亮E、rsRBA五五、闭合闭合电路中的能量转化电路中的能量转化1 1电源内部：电源内部：其他形式的能其他形式的能转化为转化为电电能能同时，电源本身也有一定的同时，电源本身也有一定的电阻电阻电流电流流过时电源也会流过时电源也会发热发热，消耗，消耗一部分电能一部分电能2 2外电路：通过

16、外电路：通过电场力电场力做功，将电源输做功，将电源输出的出的电能电能转化为转化为其他形式其他形式的能量的能量3 3表达式：表达式： IEIEIUIUI I2 2r r. .4 4物理意义：电源把其他形式的能量转物理意义：电源把其他形式的能量转化为电能的功率化为电能的功率IEIE ，等于，等于电源输出功率电源输出功率IUIU与与电源内电路的电源内电路的热功率热功率I I2 2r r 之和，闭合电路欧之和，闭合电路欧姆定律实质上是姆定律实质上是能量守恒定律能量守恒定律在闭合电路中在闭合电路中的具体体现的具体体现六六、闭合电路中的几种功率、闭合电路中的几种功率1几种功率及相互关系几种功率及相互关系

17、电源的功率电源的功率P电源的内耗电源的内耗功率功率P内内电源输出电源输出功率功率P外外普普遍遍表达式表达式纯电阻电路纯电阻电路联系联系内容内容物理量物理量PIEP内内I2rP外外IU外外PI2(Rr)P内内I2rP外外I2RPP内内P外外或或IEI2rIU外外例例15. 15. 如图，电源电动势如图，电源电动势E E10 V10 V，内阻内阻r r0.2 0.2 ，标有，标有“8 V8 V16 W16 W”的灯泡的灯泡L L恰好正常发光，电动机恰好正常发光，电动机D D线线圈电阻圈电阻R R0 00.15 0.15 ，则电源的输出，则电源的输出功率为功率为( () )A A16 W16 W B

18、 B440 W440 WC C80 W D80 W D400 W400 W 例例1616在如图所示的在如图所示的U UI I图像中，直线图像中，直线为某一电源的路端电压与电流的关系图像，为某一电源的路端电压与电流的关系图像，直线直线为某一电阻为某一电阻R R的伏安特性曲线。用该电的伏安特性曲线。用该电源与电阻源与电阻R R组成闭合电路。由图像判断正确的组成闭合电路。由图像判断正确的是是( ( ) )A A电源的电动势为电源的电动势为3 V3 V，内阻为，内阻为0. 5 0. 5 B B电阻电阻R R的阻值为的阻值为1 1 C C电源的输出功率为电源的输出功率为4 W4 WD D电源的热功率为电

19、源的热功率为4 W4 WABC 例例1717、如图所示，图线、如图所示，图线a a是某一蓄电池组的伏安是某一蓄电池组的伏安特性曲线，图线特性曲线，图线b b是一只某种型号的定值电阻的伏是一只某种型号的定值电阻的伏安特性曲线若已知该蓄电池组的内阻为安特性曲线若已知该蓄电池组的内阻为2.0,2.0,则则这只定值电阻的阻值为这只定值电阻的阻值为_。现用。现用3 3只这种规只这种规格的定值电阻并联，作为该蓄电池组的外电路，则格的定值电阻并联，作为该蓄电池组的外电路，则该蓄电池组所输出功率的是该蓄电池组所输出功率的是_W_W。 解：解：由图象可知蓄电池的由图象可知蓄电池的电动势为电动势为20V20V。

20、由斜率关系知外电阻阻值由斜率关系知外电阻阻值为为66。 用用3 3只这种电阻并联作为外只这种电阻并联作为外电阻，外电阻等于电阻，外电阻等于22，因，因此输出功率为此输出功率为50W50W。 例例18 18 如图所示，电动势为如图所示，电动势为E E、内阻不、内阻不计的电源与三个灯泡和三个电阻相接只计的电源与三个灯泡和三个电阻相接只合上开关合上开关S S1 1，三个灯泡都能正常工作如，三个灯泡都能正常工作如果再合上果再合上S S2 2，则下列表述正确的是，则下列表述正确的是( () )A A电源电源输出输出功率减小功率减小B BL L1 1上消耗的功率增大上消耗的功率增大C C通过通过R R1

21、1上的电流增大上的电流增大D D通过通过R R3 3上的电流增大上的电流增大C 例例1919、在研究微型电动机的性能时，可采用如在研究微型电动机的性能时，可采用如图所示的实验电路当调节滑动变阻器图所示的实验电路当调节滑动变阻器R R，使电动机，使电动机停止转动时，电流表和电压表的示数分别为停止转动时，电流表和电压表的示数分别为0.5 A0.5 A和和1.0 V1.0 V；重新调节；重新调节R R，使电动机恢复正常运转时，电，使电动机恢复正常运转时，电流表和电压表的示数分别为流表和电压表的示数分别为2.0 A2.0 A和和15.0 V15.0 V求这台求这台电动机正常运转时的输出功率和电动机的线

22、圈电电动机正常运转时的输出功率和电动机的线圈电阻阻【思路思路】(1)电动机不转时相当电动机不转时相当于纯电阻，由欧姆定律求线圈电于纯电阻，由欧姆定律求线圈电阻阻(2)根据能量守恒求电动机正常运根据能量守恒求电动机正常运转时的输出功率转时的输出功率【答案答案】22.0 W2 【规律总结规律总结】非纯电阻电路中欧姆定律非纯电阻电路中欧姆定律IU/R不成立不成立. 电功率、电热功率只能用电功率、电热功率只能用PUI和和PI2R求解其他功率求解其他功率用能量关系处理用能量关系处理(4)当当P出出Pm时，每个输出功率对应两个可能时，每个输出功率对应两个可能的外电阻的外电阻R1和和R2，且，且R1R2r2

23、.(5)P出出与与R的关系如图所示的关系如图所示例例14 14 电路图如图甲所示，图乙中图线是电电路图如图甲所示，图乙中图线是电路中的电源的路端电压随电流变化的关系图像，路中的电源的路端电压随电流变化的关系图像，滑动变阻器的最大阻值为滑动变阻器的最大阻值为15 15 ，定值电阻，定值电阻R R0 03 3 。 (1)(1)当当R R为何值时，为何值时，R R0 0消耗的功率最大，最大值消耗的功率最大，最大值为多少？为多少？ (2)(2)当当R R为何值时，电源的输出功率最大，最大为何值时，电源的输出功率最大，最大值为多少？值为多少？ 审题指导审题指导解答本题时应把握以下解答本题时应把握以下三点

24、：三点： (1)由由UI图像求电源的电动势和内图像求电源的电动势和内阻。阻。 (2)电路中的电流最大时，电路中的电流最大时，R0消耗的消耗的功率最大。功率最大。 (2)根据电源有最大输出功率的条件，根据电源有最大输出功率的条件，求电源的最大输出功率。求电源的最大输出功率。答案答案(1)010.9 W(2)4.5 13.3 W 如图所示，电路中电池的电动势如图所示，电路中电池的电动势E5 V，内电阻，内电阻r10 ，固定电阻，固定电阻R90 ,R0是是可变电阻，在可变电阻，在R0从零增加到从零增加到400 的过程中，的过程中，求：求： (1)可变电阻可变电阻R0上消耗功率最大的条件和最上消耗功率最大的条件和最大热功率；大热功率； (2)电池的电阻电池的电阻r和固定电阻和固定电阻R上消耗的最小上消耗的最小热功率之和；热功率之和； (3)R0调到多少时调到多少时R上消耗上消耗的功率最大的功率最大【规律总结】【规