2017-2018学年沪科版高中物理选修3-1学案：第4章探究闭合电路欧姆定律4.4电路中的能量转化与守恒学案 word版含答案

4.4电路中的能量转化与守恒学 习 目 标知 识 脉 络1.理解电功与电热的区别与联系，知道焦耳定律(重点)2理解电功与电功率，掌握电源的几个功率与效率(重点、难点)3知道常见用电器及其能量转化的情况，了解电路中能的转化与守恒，树立节约用电的意识.电 功 与 电 热 的 关 系 分 析1电功的公式：WUIt.2电功率计算公式：PUI.3焦耳定律：QI2Rt.4热功率计算公式：PI2R.5PUI是某段电路的电功率，PI2R是这段电路上的热功率，纯电阻电路中，电功率等于热功率，非纯电阻电路中电功率大于热功率1电功率越大，相同时间内电流做的功越多()2根据电功的公式和欧姆定律可以推导出电热的公式，因此电功和电热是完全相同的()3纯电阻电路和非纯电阻电路工作时能量转化情况相同，都是把电能转化为内能()理发店里的吹风机能够吹出热风，使头发很快变干吹风机上的电功率和热功率是否相等？【提示】吹风机的电路是非纯电阻电路，故电功率和热功率不相等如图441所示，电压U恒为12 V，灯泡L上标有“6 V12 W”，电动机线圈的电阻RM0.50 .图441探讨1：灯泡L上流过的电流是否可以用IL求解？为什么？【提示】不可以因为有电动机工作的电路不是纯电阻的电路探讨2：若灯泡恰好正常发光，则电动机消耗的功率和发热功率各多大？【提示】PIMUM(UUL)12 W.P热IRM()2RM2 W.1纯电阻电路和非纯电阻电路纯电阻电路非纯电阻电路元件特点电路中只有电阻元件电路中除电阻外，还包括能把电能转化为其他形式能的用电器电流、电压、电阻三者的关系遵循欧姆定律I不遵循欧姆定律，UIR或IQ；电功率P电UI，热功率P热I2R，P电P热1在电功率的计算公式PU2/R中，U是加在用电器上的电压，R是用电器的电阻，此式可用于()A计算电冰箱的功率B计算电风扇的功率C计算电烙铁的功率D计算洗衣机的功率【解析】P只能计算纯电阻电路的电功率，而电冰箱、电风扇、洗衣机都是非纯电阻电路只有电烙铁是纯电阻电路，故C正确【答案】C2规格为“220 V36 W”的排气扇，线圈电阻为40 ，求：(1)接上220 V的电压后，排气扇转化为机械能的功率和发热的功率；(2)如果接上电源后，扇叶被卡住，不能转动，求电动机消耗的功率和发热的功率【解析】(1)排气扇在220 V的电压下正常工作时的电流为：I A0.16 A.发热功率为P热I2R(0.16)240 W1 W.转化为机械能的功率为：P机PP热36 W1 W35 W.(2)扇叶被卡住不能转动后，电动机成为纯电阻电路，电流做功全部转化为热能，此时电动机中电流为I A5.5 A，电动机消耗的功率即电功率等于发热功率：P电P热UI2205.5 W1 210 W.【答案】(1)35 W1 W(2)1 210 W1 210 W解答有关电动机问题时应注意的问题(1)当电动机不转时可以看成纯电阻电路，PUII2R均成立(2)当电动机正常工作时，是非纯电阻电路P电UIP热I2R，UIR而有UIR.(3)输入功率指电动机消耗的总功率热功率是线圈上的电阻的发热功率输出功率是指电动机将电能转化为机械能的功率三者的关系：UII2RP机闭 合 电 路 中 的 能 量 转 化 与 守 恒把闭合电路欧姆定律EUU内两边同乘以电流I得：EIUIU内I.1电源的总功率：P总EI.2电源的输出功率：P出UI.3电源的效率：100%100%.4在闭合电路中，电源的总功率等于输出功率与内部发热功率之和1电源产生的电能只消耗在外电路上()2电源的总功率等于内、外电路消耗的功率之和()3电源的输出功率越大，电源的效率越高()用两节干电池接在直流电动机模型上，接通电路后直流电动机就转动起来分析电路中的能量转化【提示】干电池可以把化学能转化为电能电动机模型工作时，大部分电能转化为机械能，少部分转化为内能探讨1：电源的输出功率在什么条件下可以达到最大？【提示】当外电路电阻和电源内阻相等时，电源输出功率最大探讨2：电源的输出功率最大时，电源的效率是否最高？电源的效率跟什么因素有关？【提示】输出功率最大时，电源的效率不是最高电源的效率由外电路电阻与总电阻的比值决定1电源的输出功率当外电路为纯电阻电路时讨论如下：(1)电源的输出功率P出I2RR.由此可知当Rr时，电源有最大输出功率P出max.(2)P出与外电阻R的函数关系如图442：图442(3)P出与路端电压U的函数关系及图像P出UIUU2U2我们可以得出，当U时，电源有最大输出功率，即P出max.图443 2电源的效率100%100%100%100%，可见，当R增大时，效率增大当Rr时，即电源有最大输出功率时，其效率仅为50%，效率并不高3.电动势为E，内阻为r的电池与固定电阻R0，变阻器R串联，如图444所示，设R0r，Rab2r，当变阻器的滑片自a端向b端滑动时，下列各物理量中随之减小的是()图444A电池的输出功率B变阻器消耗的功率C固定电阻R0消耗的功率D电池内阻消耗的功率【解析】滑片自a端向b端滑动时，电池输出功率增大，R0和内阻消耗的功率也增大，只有变阻器消耗的功率减小故B正确【答案】B4.如图445所示，电路中电池的电动势E5 V，内电阻r10 ，固定电阻R90 ，R0是可变电阻，在R0从零增加到400 的过程中，求：图445(1)可变电阻R0上消耗功率最大的条件和最大热功率；(2)电池的电阻r和固定电阻R上消耗的最小热功率之和；(3)R0调到多少时R上消耗的功率最大，最大功率是多少？【解析】(1)可变电阻R0上消耗的热功率：P0I2R0R0100 0时，P0最大，其最大值：P大 W W.(2)当电流最小时，电阻r和R消耗的热功率最小，此时R0应调到最大400 ，内阻r和固定电阻R上消耗的最小热功率之和为P小()2(Rr)0.01 W.(3)R00时，电路中的总电阻最小，因此电路中的电流最大，此时R上有最大功率即PR()2R90 W0.225 W.【答案】(1)100 W(2)0.01 W (3)00.225 W有关