2019_2020学年高中物理第二章电路第五节电功率学案粤教版.docx

第五节电功率学科素养与目标要求物理观念：1.理解电功、电功率、电热、热功率的概念.2.知道纯电阻电路和非纯电阻电路的特点和区别科学思维：1.弄清电功与电热、电功率与热功率的区别和联系，并能进行有关的计算.2.了解公式QI2Rt(PI2R)、Q(P)的适用条件.3.通过有关实例，让学生理解非纯电阻电路中的能量转化关系一、电功和电功率1电功(1)概念：在一段电路中，电场力对自由电荷做的功(2)公式：WUIt国际制单位：焦耳，简称焦，符号J.常用单位：千瓦时(kWh)，也叫“度”，1kWh3.6106J.(3)电流做功的过程就是电能转化为其他形式的能的过程2电功率(1)定义：单位时间内电流所做的功(2)公式：PUI.(3)单位：瓦特，简称瓦，符号W.(4)意义：表示电流做功的快慢二、焦耳定律和热功率1焦耳定律(1)内容：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻及通电时间成正比(2)表达式：QI2Rt.2热功率(1)定义：单位时间内的发热量称为热功率(2)表达式：P热I2R.3纯电阻电路和非纯电阻电路(1)纯电阻电路：只有电阻元件的电路在纯电阻电路中，电场力所做的功等于电流通过这段导体所产生的热量电能全部转化为内能，如电炉、电烙铁、电热毯、电热水器、电熨斗等(2)非纯电阻电路：含有电动机、电解槽的电路在非纯电阻电路中，电能除一部分转化为内能外，其他部分转化为机械能或化学能三、闭合电路中的功率1闭合电路的功率：电源的总功率电源的输出功率电源的内耗功率公式PEIP外U外IP内U内II2r意义电源提供的电功率外电路消耗的电功率内电路消耗的电功率关系EIU外IU内I或PP外P内2电动势的意义：电动势反映了电源把其他形式的能转化为电能的能力，当电源流过单位电流时，电源电动势E越大，则电源提供的电功率越大，电源把其他形式的能转化为电能的能力越强1判断下列说法的正误(1)电功率越大，表示电流做功越多()(2)电功WUIt可以用来计算所有电路中电流所做的功()(3)电热QI2Rt可以用来计算所有含有电阻的电路中产生的焦耳热()(4)电动机消耗的电能，一部分转化为机械能，一部分转化为线圈内阻上的内能()2通过电阻R的电流为I时，在t时间内产生的热量为Q，若电阻为2R，电流为，则在时间t内产生的热量为_答案解析根据QI2Rt得，电阻变为原来的2倍，电流变为原来的，时间不变，Q22RtI2RtQ.一、电功和电功率如图所示，已知电路两端的电势差为U，电路中的电流为I，在t时间内通过导体某横截面的电荷量是多少？把这些电荷从左端移到右端，电场力做功是多少？该过程中单位时间内电流做的功是多少？答案ItUItIU1电功是指电路中电场力对自由电荷所做的功，电流做功的过程就是电能转化为其他形式的能的过程2电功的计算式WUIt和电功率的计算式PUI均适用于任何电路3纯电阻电路中，UIR，所以WUItI2Rtt，PUII2R.例1额定电压都是110V、额定功率PA100W、PB40W的灯泡两盏，若接在电压为220V的电路上，使两盏灯泡均能正常发光，且消耗功率最小的电路是()答案C解析判断灯泡能否正常发光，就要判断灯泡两端的电压是否是额定电压，或通过灯泡的电流是否是额定电流，对灯泡有PUI，可知RARB.对于A电路，由于RARB，所以UBUA，且有UB110V，B灯被烧毁，A灯不能发光对于B电路，由于RBRA，A灯又并联滑动变阻器，并联电阻小于RB，所以UBU并，B灯被烧毁，A灯不能发光对于C电路，B灯与滑动变阻器的并联电阻可能等于RA，所以可能出现UAUB110V，两灯可以正常发光对于D电路，若滑动变阻器的有效电阻等于A、B的并联电阻，则UAUB110V，两灯可以正常发光比较C、D两个电路，由于C电路中滑动变阻器功率为(IAIB)110V，而D电路中滑动变阻器功率为(IAIB)110V，所以C电路消耗电功率最小1.串联、并联电阻的功率分配(纯电阻电路)(1)串联电路：，(由PI2R可得)，电阻越大，功率越大(2)并联电路：，(由P可得)，电阻越大，功率越小2计算纯电阻电路的功率时，可以用PUI，也可以用PI2R或P.做题时要根据题目灵活选用针对训练三个阻值相同的灯泡，其允许消耗的最大功率都是10W，现将其中的两只灯泡串联起来，再与第三只灯泡并联在电路中，如图1所示，则整个电路允许消耗的最大功率为()图1A30WB20WC15WD10W答案C解析若灯泡1和灯泡2都达到额定功率时，并联部分的电压等于2U额，灯泡3两端的电压超过额定电压，容易烧坏，所以整个电路消耗的功率最大时，应是灯泡3达到最大功率，即P3U额I额10W此时并联部分电压为额定电压U额，灯泡1和灯泡2的电压都为U额，电流都为I额，所以P1P2U额I额2.5W，总功率为PP1P2P315W.二、焦耳定律和热功率1某一电路中只含有某一电阻元件，即白炽灯、电动机、电炉、电容器、电熨斗、电饭锅、电解槽其中的一种，分析哪些属于纯电阻元件，哪些属于非纯电阻元件答案纯电阻元件有：白炽灯、电炉、电熨斗、电饭锅；非纯电阻元件有：电动机、电容器、电解槽2电吹风工作时，将电能转化为什么能？电熨斗工作时，将电能转化为什么能？答案电吹风工作时，把电能转化为内能和机械能电熨斗工作时，将电能转化为内能1电热和热功率电热的计算式QI2Rt热功率的计算式PI2R可以计算任何电路中产生的电热和热功率2纯电阻电路与非纯电阻电路(1)纯电阻电路：电流通过纯电阻电路做功时，电能全部转化为导体的内能(2)非纯电阻电路：在非纯电阻电路中，电流做功将电能除了转化为内能外，还转化为机械能或化学能等其他形式的能3纯电阻电路和非纯电阻电路的比较纯电阻电路非纯电阻电路举例白炽灯、电烙铁、电熨斗、电饭锅电动机、电解槽能量转化情况电功和电热的关系WQ即IUtI2RtWQE其他即UItI2RtE其他电功率和热功率的关系PP热，即IUI2RPP热P其他即IUI2RP其他欧姆定律是否成立UIR，I成立UIR，I不成立说明WUIt，P电UI适用于任意电路计算电功和电功率QI2Rt，P热I2R适用于任意电路计算电热和热功率只有纯电阻电路WQ，P电P热，非纯电阻电路WQ，P电P热4.电动机的功率和效率(1)电动机的输入功率是电动机消耗的总功率，P入UI.(2)电动机的热功率是线圈上电阻的发热功率，P热I2r.(3)电动机的输出功率是电动机将电能转化为机械能的功率，P出IUI2r.(4)电动机的效率：100%100%.例2(多选)下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法中正确的是()A电功率越大，电流做功越快，电路中产生的焦耳热一定越多BWUIt适用于任何电路，而WI2Rtt只适用于纯电阻电路C在非纯电阻电路中，UII2RD焦耳热QI2Rt适用于任何电路答案BCD解析电功率公式P，表示电功率越大，电流做功越快对于一段电路，有PIU，I，焦耳热Q()2Rt，可见Q与P、U、t、R都有关，所以P越大，Q不一定越大，A错WUIt是电功的定义式，适用于任何电路，而I只适用于纯电阻电路，B对在非纯电阻电路中，电流做的功焦耳热其他形式的能，所以WQ，故UII2R，C对QI2Rt是焦耳热的定义式，适用于任何电路，D对例3(2018九江一中月考)有一个直流电动机，把它接入0.2V电压的电路时，电动机不转，测得流过电动机的电流是0.4A；把它接入2V电压的电路中，电动机正常工作，工作电流是1A.(1)求这台电动机的内阻；(2)求电动机正常工作时的输出功率；(3)如在正常工作时，转子突然被卡住，此时电动机的发热功率为多大？答案(1)0.5(2)1.5W(3)8W解析(1)电动机不转时电路为纯电阻电路，由欧姆定律可知电动机线圈的内阻r0.5(2)电动机正常工作时电路为非纯电阻电路，消耗的总功率P总UI21W2W线圈内阻的热功率P热I2r120.5W0.5W则电动机正常工作时的输出功率P出P总P热2W0.5W1.5W(3)电动机的转子突然被卡住时，此时电路为纯电阻电路，发热功率PW8W.例4小型直流电动机(其线圈内阻为r1)与规格为“4V4W”的小灯泡并联，再与阻值为R5的电阻串联，然后接至U12V的电源上，如图2所示，小灯泡恰好正常发光，电动机正常工作，求：(1)通过电动机的电流；(2)电动机的输出功率P出；(3)电动机的效率图2答案(1)0.6A(2)2.04W(3)85%解析(1)流经灯泡的电流ILA1A流经电阻R的电流IRA1.6A流经电动机的电流IIRIL0.6A.(2)电动机消耗的总功率PULI40.6W2.4W电动机的热功率P热I2r(0.6)21W0.36W电动机的输出功率P出PP热2.4W0.36W2.04W(3)电动机的效率：100%100%85%.学科素养通过例题使学生熟练掌握电功、电热的基本公式，并能区别应用电功率、热功率的相关公式，充分体现了“物理观念”和“科学思维”的学科素养三、电路中的能量转化1电源的有关功率和电源的效率(1)电源的总功率：P总IE.(2)电源的输出功率：P出IU.(3)电源内部的发热功率：P内I2r.(4)三者关系：P总P出P内(适用于任何电路)或EIU外IU内I(适用于任何电路)或EII2RI2r(适用于外电路是纯电阻的电路)(5)电源的效率：100%100%，对于纯电阻电路，100%.2串、并联电路的总功率(1)串联电路：P总U总I(U1U2U3)IP1P2P3(2)并联电路：P总UI总U(I1I2I3)P1P2P3从能量转化的角度看，无论是串联电路还是并联电路，无论是纯电阻电路还是非纯电阻电路，电路消耗的总功率均等于电路中各电阻消耗的功率之和例5(2018日照市期末)如图3所示的电路中，电源电动势E10V，内阻r0.5，电动机的电阻R01.0，定值电阻R11.5.电动机正常工作时，理想电压表的示数U13.0V求：图3(1)电源总功率；(2)电源的输出功率；(3)电动机消耗的电功率，以及将电能转化为机械能的功率答案(1)20W(2)18W(3)12W8W解析(1)已知电压表的示数U13.0V和定值电阻R11.5，根据欧姆定律可求出电路中的电流I2.0A电源的总功率P总EI20W(2)电源的输出功率P出EII2r18W(3)根据闭合电路的欧姆定律，电动机两端的电压U2EU1Ir6V电动机消耗的电功率P电U2I12W电动机将电能转化为机械能的功率，就是电动机的输出功率P机U2II2R08W.1(对电功率的理解)如图4所示，一幢居民楼里住着生活水平各不相同的24户居民，所以整幢居民楼里有各种不同的电器，例如电炉、电视机、微波炉、电风扇等停电时，用欧姆表测得A、B间电阻为R；供电后，各家电器同时使用，测得A、B间电压为U，进线电流为I，则计算该幢居民楼用电的总功率可以用的公式是()图4API2RBPCPIUDPI2R答案C解析家用电器中有纯电阻也有非纯电阻，故总电功率只能用PUI来计算，C正确2(电功率公式的应用)下表为某电热水壶铭牌上的一部分内容，根据表中的信息，可计算出电热水壶在额定电压下以额定功率工作时的电流约为()型号DF938额定功率900W额定电压220V额定容量1.2LA.6.8AB4.1AC1.2AD0.24A答案B解析由铭牌读出电热水壶额定功率为P900W，额定电压为U220V；由PUI得，电热水壶的额定电流为：IA4.1A.3(纯电阻电路功率的分配及计算)把6个相同的电灯接成如图5甲、乙所示两电路，通过调节供电电压与变阻器R1、R2的阻值，使两组电灯均能正常发光，并且两电路消耗的总电功率也相同，则R1、R2大小满足()图5AR29R1BR26R1CR23R1DR1R2答案A解析设正常发光时通过每个灯泡的电流均为I，则题图甲中总电流为3I，题图乙中总电流为I；要使两电路消耗的总电功率也相同，需使PR1PR2，即(3I)2R1I2R2，故R29R1，所以选项A正确4.(电路中的功率)如图6所示，一直流电动机与阻值R9的电阻串联在电源上，电源电动势E30V，内阻r1，用理想电压表测出电动机两端电压UM10V，已知电动机线圈电阻RM1，求：(1)电源的总功率和电源的输出功率；(2)电动机消耗的电功率和电动机输出的机械功率图6答案(1)60W56W(2)20W16W解析(1)由EUMIRIr得IA2A电源的总功率P总EI302W60W电源的输出功率P出EII2r60W221W56W(2)电动机消耗的电功率P电UMI102W20W电动机输出的机械功率P机P出I2RM20W221W16W.一、选择题考点一电功、电功率1室内有几种用电器：1.5kW的电饭煲、200W的电冰箱、750W的取暖器、250W的电视机和2kW的空调器如果进户线处有13A的保险丝，供电电压为220V，下列情况下不能同时使用的是()A电饭煲和电冰箱B取暖器和空调器C电饭煲和空调器D电冰箱、电视机和空调器答案C解析电路中允许的最大功率为PmUI2860W用电器的功率之和大于Pm时，用电器就不可以同时使用，故选C.2.如图1所示为某两个电阻的UI图象，则电阻之比R1R2和把两电阻串联后接入电路时消耗功率之比P1P2及并联后接入电路时消耗功率之比P1P2分别是()图1A212112B211221C121221D122112答案A3(多选)有两个灯泡L1、L2，额定电压均为6V，额定功率分别为6W、3W，将它们接在电路中，下列说法正确的是()A若将它们串联接在电路中，两灯泡的总功率最大为9WB若将它们串联接在电路中，两灯泡的总功率最大为4.5WC若将它们并联接在电路中，两灯泡的总功率最大为9WD若将它们并联接在电路中，两灯泡的总功率最大为4.5W答案BC解析L1的额定电流为I11A，电阻R16，L2的额定电流为I20.5A，电阻R212.当两灯泡串联时，电流相等，要使两灯泡不致被烧坏，电路中的最大电流为0.5A，最大功率为PmaxIR1IR24.5W，故A错误，B正确；当两灯泡并联时，电压相等，当电压为6V时，两灯皆可正常发光，此时电路最大功率为9W，故C正确，D错误4.A、B为“220V100W”的两盏相同的灯泡，C、D为“220V40W”的两盏相同的灯泡现将四盏灯泡接成如图2所示的电路，并将两端接入电路，各灯实际功率分别为PA、PB、PC、PD.则实际功率的大小关系为()图2APAPB，PCPDBPAPDPBPCCPDPAPBPCDPBPCPDPA答案C解析根据R得，RARBRCRD.由电路图知，UBUC，根据P知PBPC；因为IAID，根据PI2R知，PDPA.A、D电流大于B、C电流，由PI2R知，PAPB，PDPC，所以PDPAPBPC.考点二焦耳定律、热功率5关于电功W和电热Q的说法正确的是()A在任何电路中都有WUIt、QI2Rt，且WQB在任何电路中都有WUIt、QI2Rt，但W不一定等于QCWUIt、QI2Rt均只有在纯电阻电路中才成立DWUIt在任何电路中都成立，QI2Rt只在纯电阻电路中才成立答案B解析WUIt是电功的定义式，适用于任何电路，QI2Rt是焦耳热的定义式，也适用于任何电路，如果是纯电阻电路，则WQ，如果是非纯电阻电路，则WQ，B对，A、C、D错6通过电阻R的电流为I时，在t时间内产生的热量为Q，若电阻为R，电流为2I，则在时间内产生的热量为()A4QB2QC.D.答案B考点三纯电阻电路、非纯电阻电路7有一台电风扇，额定电压为220V，额定电功率为50W，线圈电阻为0.4.当电风扇在额定电压下工作时，关于它的线圈电阻每分钟产生的热量是多少，有四位同学计算如下，其中正确的是()AQI2Rt20.460J1.24JBQPt5060J3000JCQIUt22060J3000JDQt60J7.26106J答案A解析电风扇正常工作时产生的热量是由于线圈发热产生的，所以每分钟产生的热量为QI2Rt1.24J，A正确8(多选)(2018山师附中期末)日常生活用的电吹风中有电动机和电热丝，电动机带动风叶转动，电热丝给空气加热，得到热风可将头发吹干设电动机线圈的电阻为R1，它与电阻为R2的电热丝相串联，接到直流电源上，电吹风两端电压为U，通过的电流为I，消耗的电功率为P，则以下选项正确的是()AIUPBIUPCPI2(R1R2) DPI2(R1R2)答案BC解析根据题意可知，通过电吹风的电流为I，它两端的电压为U，所以它消耗的电功率PUI，B项正确，A项错误；电吹风内部有两部分电阻，一是电热丝的电阻，二是电动机线圈的电阻，所以热功率为I2(R1R2)，因为有一部分电能转化为电动机的机械能，所以PI2(R1R2)，C项正确，D项错误9(2018河北正定中学段考)一个电饭煲和一台洗衣机并联接在输出电压为220V的交流电源上(电源内阻忽略不计)，均正常工作用电流表分别测得通过电饭煲的电流是5.0A，通过洗衣机电动机的电流是0.50A，则下列说法中正确的是()A电饭煲的电阻为44，洗衣机电动机线圈的电阻为440B电饭煲消耗的电功率为1555W，洗衣机电动机消耗的电功率为155.5WC1min内电饭煲消耗的电能为6.6104J，洗衣机电动机消耗的电能为6.6103JD电饭煲发热功率是洗衣机电动机发热功率的10倍答案C解析由于电饭煲是纯电阻用电器，所以R144，P1UI11100W，其在1min内消耗的电能W1UI1t6.6104J，其热功率P热P1，洗衣机为非纯电阻用电器，所以R2440，P2UI2110W，其在1min内消耗的电能W2UI2t6.6103J，其热功率P热P2，而P110P2，所以电饭煲发热功率不是洗衣机电动机发热功率的10倍，只有选项C正确10.(2018山东实验中学期中)如图3所示的电路中，电源的输出电压恒为U，电动机M的线圈电阻与电炉L的电阻相同，电动机正常工作，在相同的时间内，下列判断正确的是()图3A电炉放出的热量大于电动机放出的热量B电炉两端电压小于电动机两端电压C电炉两端电压等于电动机两端电压D电动机消耗的电功率等于电炉消耗的电功率答案B解析因为电炉、电动机是串联在一起的，所以电流相等，又因为两者的电阻相等，根据焦耳定律QI2Rt，可得两者放出的热量相等，A错误；电炉两端的电压UIR，电动机正常工作时是非纯电阻用电器，所以UIR，故UU，B正确，C错误；电动机消耗的电功率为UI，电炉消耗的电功率为UI，故电动机消耗的电功率大于电炉消耗的电功率，D错误二、非选择题11.(2017启东中学期末)如图4所示，M为电动机，N为电炉子，电炉子的电阻R4，电动机的内阻r1，恒定电压U12V当S1闭合、S2断开时，理想电流表A示数为I1；当S1、S2同时闭合时，理想电流表A示数为I25A求：(1)理想电流表的示数I1及电炉子发热功率；(2)电动机的输