学年高二物理粤教版选修3-1同步课件：第2章第5节电功率(39张ppt).ppt

第五节节 电电功率 电路 1知道电功的概念，能用其表达式进行有关计算 2知道电功率的概念，能用其表达式进行有关计算 3知道焦耳定律，能用其表达式进行有关计算 4体会电功与电热的区别 5了解焦耳定律在生活生产中的应用 1所谓电流做功，实质上是导体中的_对 自由电荷的_在做功 2电流在一段电路中所做的功等于这段电路 _、电路中的_、_三者的乘积 ，即W_. 3电热Q_，热功率P_. 答案：1电场 力 2所加电压 电流 时间 UIt 3I2Rt I2R 4在纯电阻电路中，如由白炽灯、电炉丝等构成的电 路，电流做功将电能全部转化为内能，此时WQ，则计算 电功和电热时，可采用公式WQ_ _Pt中的任一形式进行计算 在非纯电阻电路中，如含有电动机、电解槽等的电路， 电流做功将电能除转化为内能外，还转化为机械能、化学能 等，但仍遵从能量守恒此时有WQ，则计算电功只能用 公式W_，计算电功率只能用公式P_进 行计算；计算电热只能用公式Q_，计算电热功率 只能用公式P_进行计算 答案：UIt I2Rt UIt UI I2Rt I2R 考点一 电功 在导体两端加上电压，导体内就建立了电场，电场力 在推动自由电子定向移动中要做功设导体两端的电压为 U，通过导体横截面的电量为q，电场力所做的功WqU. 由于qIt，所以WUIt 注意：1.在一段电路上，电场力所做的功常说成是电 流做的功，简称电功 2电功公式的物理意义：电流在一段电路所做的功 ，跟这段电路两端的电压、电路中的电流强度和通电时间 成正比 3电流通过用电器做功的过程，实际上是电能转 化为其他形式的能的过程电流做了多少功，就有多少 电能转化为其他形式的能电流在整个电路中做了多少 功， 电源就提供了多少电能 4式中W、U、I、t的单位应分别用焦、伏、安、 秒 推导上述单位间的关系：1 V1 J/C,1 A1 C/s 所以：1 V1 A1 s1 J/1 C1 C/s1 s1 J 考点二 电功率 电流所做的功跟完成这些功所用时间的比值叫做电功率 PW/tUIt/tUI 注意：1.上式中P、U、I的单位分别用瓦、伏、安. 2一段电路上的电功率，跟这段电路两端的电压和电路 中的电流成正比 3额定功率和额定电压： 用电器上通常都标明它的电功 率和电压(或用电器正常工作时的电功率和电压)，叫做用电器 的额定功率和额定电压 4如果用电器的工作电压不等于额定电压，实际消耗的 功率就不再等于额定功率了这个电功率和电压叫实际电功率 和实际电压 考点三 焦耳定律 电流通过导体时产生的热量跟电流的平方成正比，跟 导体的电阻成正比，跟通电时间成正比，即QI2Rt 。 注意：QI2Rt是电热的定义式，可求任何电路中电流I 通过电阻R时产生的热量(电热) (1)焦耳定律的微观解释 电流通过导体的时候，做定向移动的自由电子要频繁 地跟金属正离子碰撞由于这种碰撞，电子在电场力的加速 作用下获得的动能，不断传递给金属正离子，使金属正离子 的热振动加剧于是通电导体的内能增加，温度升高 (2)实质：电流的热效应实质上是电能通过电流做功转 化为内能 考点四 热功率 单位时间内电流通过导体发热的功率叫热功率热功 率即电能转化为内能的功率，即PQ/tI2 R 一只标有“110 V 10 W”字样的灯泡 (1)它的电阻是多大？ (2)正常工作时的电流强度多大？ (3)如果接在100 V的电路中，它的实际功率多大？ (4)它正常工作多少时间消耗1 kWh的电能？ 2 练习 1关于电功的说法中，不正确的是( ) A导体内电场力移送电荷所做的功叫电功 B电流做功的过程，就是电能转化为其他形式 的能的过程 C电流做功消耗的能量，由电源供给 D电功就是电能 解析：做功的过程就是能量改变的过程，所以电功 只能反映电能改变了多少，而不能说成电功就是电能 答案：D 2对于连入电路的不同灯泡而言，亮度大的灯泡 是( ) A通过的电流大的灯泡 B两端电压大的灯泡 C电阻值大的灯泡 D消耗电功率大的灯泡 解析：在电路中灯泡的亮度是由实际功率的大小 决定的 答案：D 3一只标有“12 30 W”的灯泡和一只18 的 电阻并联接入电路中，灯泡能正常发光，则这段电 路的总功率为( ) A50 W B75 W C100 W D无法确定 解析：因为并联电路功率与电阻成反比，所以阻 值为18 的电阻消耗的功率是20 W，总功率就是50 W. 答案：A 考点五 纯电阻电路和非纯电阻电路 1如果一段电路中只含有电阻元件，称之为纯电 阻电路，其基本特点： 电流通过纯电阻电路时，电流做的功全部转化为电 热，且电功率和热功率相等 如：电炉，电熨斗，电饭锅，电烙铁，白炽灯等 2如果电路中除了含有电阻外，还包括电动机、 电解槽给蓄电池充电，日光灯等能够把电能转化为其他 形式能的用电器，这种电路称为非纯电阻电路，其特点 是：电流通过电路时，电流做的功除了转化为内能外， 还要转化为其他形式的能，如机械能、化学能等 在非纯电阻电路中，电功和电热是整体和部分的关 系，即WQE其他，故WQ，即UItI2Rt，电功率 大于热功率，即UII2R.在计算电功和电热时要用各自 的定义式：WUIt，PUI，QI2Rt，P热I2R. 有一起重用的直流电动机，如图所示，其 内阻r0.8 ，线路电阻R10 ，电源电压U150 V， 电压表示数为110 V，求： (1)通过电动机的电流； (2)输入到电动机的功率P入； (3)电动机的发热功率Pr，电动机的机械功率P机 解析：(1)电路中电阻R这一段电路是纯电阻电路，所 以 (2)由于R与电动机串联，所以电动机内部线圈中的电 流也为：IIR4 A 即：P入IU04110 W440 W (3)PrI2r420.8 W12.8 W P机P入Pr440 W12.8 W427.2 W 答案：(1)4 A (2)440 W (3)12.8 W 427.2 W 点评：在解决问题前，首先要弄清各公式的适用条件 ，不能乱套公式，部分电路的欧姆定律仅适用于纯电阻电 路. 练习 4在电动机工作时，电流做的功和电流产生的热相 比较( ) A电功一定等于电热 B电功一定大于电热 C电功一定小于电热 D电功可以等于电热也可小于电热 解析：非纯电阻电路中一定有电功大于电热 答案：B 5一台直流电动机的额定电压U，额定功率为P， 电动机电枢线圈电阻为R，电动机正常工作时的电流强 度为I，则下列判断正确的是( ) AIU/R BIP/U CIU/R DIP/U 解析：电路中的电功率一定可用PIU计算，所 以可得B选项对，D选项错，在非纯电阻电路欧姆定律 并不适用，并且此时有UIR所以A、C选项错 答案：B 考点六 电源的最大输出功率和效率 1电源输出功率随外电阻变化的关系： 如图，讨论该函数的极值可知，Rr时，输出功率有 极大值， 电源输出功率与外电路电阻的关系如图所示，Rr 时，随R的增大输出功率增大；Rr时，随R的增大输出 功率减小 2电源内部的发热功率P内I2r 3电源的效率 P出/P总100%IU/IE100% 可见当R时，. 当Rr时，电源有最大输出功率，但效率仅为50% ，效率并不高 考点七 闭合电路中的三个功率 1电源消耗的总功率：P总EI 2外电路消耗的功率：P出UI 3内电路消耗的功率：P内I2r 三者之间的关系为：EIUII2r 如图所示的电路中，E、r、R1已知，可变 电阻R2max(rR1)的最大值 (1)当R2_时，R1的电功率P1有最大值，最 大值为_； (2)当R2_时，R2的电功率P2有最大值，最 大值为_； (3)当R2_时，电源功率PE有最大值，最大 值为_； (4)当R2_时，电源内部消耗的功率P有 最小值，最小值为_ 解析：本题考查闭合电路的外电阻的变化对电源输出功率 的影响，要求学生熟练应用闭合电路欧姆定律(1)R1的功 率有最大值，要求电流最大， 练习 6如图所示，R为电阻箱， 为理想电压表当 电阻箱读数为R12 时，电压表读数为U14 V；当电 阻箱读数为R25 时，电压表读数为U25 V. (1)电源的电动势E和内阻r； (2)当电阻箱R读数为多少时，电源的输出功率最大 ？最大值Pm为多少？ 1 9W 一、如何处理纯电阻电路和非纯电阻电路电功和电热 问题 1电功是电能转化成其他形式能的量度电热是电能 转化成内能的量度计算电功时用公式WUIt，计算电热 时用公式QI2Rt. 2从能量转化的角度看，电功和电热间的数量关系是 ：WQ，具体地说： (1)纯电阻电路有WQ，计算电功和电热时，可采用公 式WQI2RtUIt Pt中的任一形式 (2)非纯电阻电路有WQ，电功只能用WUIt进行计 算，电热只能用QI2Rt进行计算 3如何处理含有电动机的电路 对于含有电动机的电路，不能简单地理解成它一定 是一个非纯电阻电路，要从纯电阻电路和非纯电阻电路 在能量转化的区别上加以区分，直流电动机两端加上电 压以后，若电动机不转，则没有电能转化为机械能，此 时损失的电能全部转化为内能，这时的电路是纯电阻电 路 因此，分析电路问题时，要学会从能量的角度出发 ，这样思路清晰，解题当然就很顺利了 有一个小型直流电动机，把它接入电压为U1 0.2 V的电路中时，电机不转，测得流过电动机的电流 是I10.4 A；若把电动机接入U22.0 V的电路中，电动 机正常工作，工作电流是I21.0 A求电动机正常工作 时的输出功率多大？如果在电动机正常工作时，转子突 然被卡住，此时电动机的发热功率是多大？ 解析： U10.2 V时，电动机不转，此时电动机为纯电 阻，故电动机线圈内阻rU1/I1 0.5 U22.0 V时，电动机正常工作，此时电动机为非纯电 阻，则由电功率与热功率各自的定义式，得： P电U2I221 W2 W P热Ir120.5 W0.5 W 由能量守恒，电动机的输出功率： P出P电P热2 W0.5 W1.5 W 此时若电动机突然被卡住，则电动机又为纯电阻，其 热功率P热U/r8 W. 答案：1.5 W 8 W 二、如何处理图象与电路的功率和效率问题 1会应用路端电压与电流关系图求电动势和内电 阻，会用电阻的伏安图线求电阻 2知道两线交点的意义 3知道几种功率和效率的计算方法 （双选）在如图所示的图象中，直线为 某一电源的路端电压与电流的关系图象，直线为某一 电阻R的伏安特性曲线用该电源直接与电阻