高中物理 第二章 第五节 电功率配套辅导与检测课件 粤教版选修31.ppt

第五节电功率 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uit3 i2rti2r 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w q 则计算电功和电热时 可采用公式w q 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w q 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 uiti2rtuituii2rti2r 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w qu 由于q it 所以w uit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 1v 1j c 1a 1c s所以 1v 1a 1s 1j 1c 1c s 1s 1j 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 p w t uit t ui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q i2rt 注意 q i2rt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p q t i2r 一只标有 110v10w 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100v的电路中 它的实际功率多大 4 它正常工作多少时间消耗1kw h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 30w 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 a 50wb 75wc 100wd 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20w 总功率就是50w 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w q e其他 故w q 即uit i2rt 电功率大于热功率 即ui i2r 在计算电功和电热时要用各自的定义式 w uit p ui q i2rt p热 i2r 有一起重用的直流电动机 如图所示 其内阻r 0 8 线路电阻r 10 电源电压u 150v 电压表示数为110v 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 i ir 4a即 p入 i u0 4 110w 440w 3 pr i2r 42 0 8w 12 8wp机 p入 pr 440w 12 8w 427 2w答案 1 4a 2 440w 3 12 8w427 2w 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 a i u rb i p uc i u rd i p u 解析 电路中的电功率一定可用p iu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u ir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 r r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 r r时 随r的增大输出功率增大 r r时 随r的增大输出功率减小 2 电源内部的发热功率p内 i2r3 电源的效率 p出 p总 100 iu ie 100 可见当r 时 当r r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 ei2 外电路消耗的功率 p出 ui3 内电路消耗的功率 p内 i2r三者之间的关系为 ei ui i2r 如图所示的电路中 e r r1已知 可变电阻r2max r r1 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r1 2 时 电压表读数为u1 4v 当电阻箱读数为r2 5 时 电压表读数为u2 5v 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w uit 计算电热时用公式q i2rt 2 从能量转化的角度看 电功和电热间的数量关系是 w q 具体地说 1 纯电阻电路有w q 计算电功和电热时 可采用公式w q i2rt uit pt中的任一形式 2 非纯电阻电路有w q 电功只能用w uit进行计算 电热只能用q i2rt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 2v的电路中时 电机不转 测得流过电动机的电流是i1 0 4a 若把电动机接入u2 2 0v的电路中 电动机正常工作 工作电流是i2 1 0a 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 u1 0 2v时 电动机不转 此时电动机为纯电阻 故电动机线圈内阻r u1 i1 0 5 u2 2 0v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 u2i2 2 1w 2wp热 ir 12 0 5w 0 5w由能量守恒 电动机的输出功率 p出 p电 p热 2w 0 5w 1 5w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 r 8w 答案 1 5w8w 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