2.6焦耳定律 电路中的能量转化.ppt

第二章直流电路 2 6焦耳定律电路中的能量转化 在幽深寥廓的夜空 点点闪闪的灯光 使星辰都黯然失色 这里有各种各样的电路 是其中的电流带来了人间光明 step1 电功电功率 思考 在用电器是将电能转化成其它形式能的设备 请举例说明用电器的能量转化关系 电动机电热器电解槽思考 能量转化的过程就是电流做功的过程 那么电流做功的多少和做功的快慢和哪些因素有关呢 step1 电功电功率 思考 在静电场中 A B间的电势差为U 电荷q从A移动到B电场力做了多少功 W qU思考 若在电路两端加电压为U 电路中的电流为I 则在时间t内电流做多少功 在时间t内通过这段电路任一横截的电荷量q It W qU则 W UIt step1 电功电功率 1 电功W定义 在一段电路中电场力所做的功 也就是通常所说的电流所做的功 简称为电功 公式 W UIt单位 焦 J 千瓦时 kW h 1kW h 3 6 106J2 电功率P定义 单位时间内电流所做的功公式 P UI意义 电功率表示电流做功的快慢 单位 瓦 W 千瓦 kW 1kW 103W step1 电功电功率 额定功率 用电器在额定电压下工作时的功率实际功率 用电器在实际电压下工作的功率 step1 电功电功率 不考虑温度对电阻的影响 对一个 220V40W 的灯泡 下列说法正确的是 A 接在110V的电路中时的功率为20WB 接在110V的电路中时的功率为10WC 接在440V的电路中时的功率为160WD 接在220V的电路中时的功率为40W BD step1 电功电功率 所示 三个电阻R1 R2 R3的阻值相同 允许消耗的最大功率分别为10W 10W 4W 此电路中允许消耗的最大功率为 A 24WB 16WC 12WD 15W思考 在电流具有热效应 那么电流生热Q与哪些因素有关呢 D step2 电热热功率 3 焦耳定律 实验定律 内容 电流通过导体时产生的热量Q等于电流I的二次方 导体的电阻R和通电时间t三者的乘积表达式 Q I2Rt微观解释 自由电子在电场力作用下加速 不断碰撞金属正离子 加剧了正离子的热运动 导致内能增加 温度升高 热功率 单位时间内导体的发热量叫做热功率表达式 P热 I2R step2 电热热功率 思考 电流做功将电能转换为其它形式的能量 以下常用的电器中 能量如何转化 step2 电热热功率 纯电阻电路 电阻 电炉丝 白炽灯 电功电热W Q I2Rt UIt U2 Rt I U R 电功率热功率P I2R UI U2 R非纯电阻电路 电动机 电解槽 电功W UIt 电热Q I2Rt W Q W其它电功率P UI 热功率P I2R step2 电热热功率 关于三个公式P UI P I R P U R的试用范围 以下说法正确的是 A第一个公式普遍试用于求电功率 后两个普遍试用于求热功率B在纯电阻电路中 三个公式既可试用于求电功率 又可试用于求热功率C在非纯电阻电路中 第一个公式可试用于求电功率 第二个公式可用于求热功率 第三个公式没有意义D由U IR可知 三个公式没有任何区别 它们表达相同的意义 所求P既是电功率 也是热功率 step2 电热热功率 如图所示 有一提升重物用的直流电动机 内阻r 0 6 R 10 U 160V 电压表的读数为110V 则 1 通过电动机的电流是多少 2 输入到电动机的电功率是多少 3 电动机工作1h所产生的热量是多少 4 若电动机突然被卡住 则此时电动机的发热功率是多少 5 若该电动机以1m s的速度竖直向上匀速提升重物 求该重物的质量 5 53 5kg step2 电热热功率 同类变式 如图所示的电路中 电炉电阻R 10 电动机线圈的电阻r 1 电路两端电压U 100V 电流表的示数为30A 问通过电动机的电流强度为多少 通电一分钟 电动机做的有用功为多少 step2 电热热功率 电阻R和电动机M串联接到电路中 如图所示 已知电阻R跟电动机M线圈的电阻相同 开关闭合后 电动机正常工作 设电阻R和电动机两端的电压分别为U1和U2 经过时间t 电流通过电阻R做功为W1 产生的热量为Q1 电流通过电动机M做功为W2 产生的热量为Q2 则有 A U1 U2 Q1 Q2B W1 W2 Q1 Q2C W1 W2 Q1 Q2D U1 U2 Q1 Q2 B step3 电路中的能量转化 思考 在闭合电路中会消耗电源提供的电能 那么能量是如何转化的呢 回顾 闭合电路欧姆定律有哪些常见的表达形式 E U外 U内EIt UIt UIt可见 欧姆定律体现了能量守恒思想 EI U外I U内IP总 P输出 P内电源的总功率 P总 EI P内 P出电源内消耗的功率 P内 U内I I r P总 P出电源的输出功率 P出 U外I EI I r P总 P内 step3 电路中的能量转化 思考 如图所示的电路中 若将滑片从右往左调节 电源的总功率 内部功率 输出功率如何变化 大本P48 4 电源输出功率与外电阻R的关系 当R r时 电源输出功率最大为当Rr时 随着R的增加 P出减少活动 尝试做出P R的大致图像思考 图中功率相等的两点对应的R1和R2有何关系 step3 电路中的能量转化 思考 如图所示的电路中 若将滑片从右往左调节 电源的总功率 内部功率 输出功率如何变化 大本P48 思考 若R的最大阻值小于r 则输出功率如何变化 若R的最大阻值大于r呢 step3 电路中的能量转化 如图所示 电路中E 3V r 0 5 R0 1 5 变阻器R的最大阻值为10 1 在变阻器的阻值R为多大时 变阻器上消耗的功率最大 最大为多大 2 在变阻器的阻值R为多大时 定值电阻R0上消耗的功率最大 最大为多大 step3 电路中的能量转化 活动 尝试做出输出功率随干路电流I的变化关系图像 即P I图像活动 尝试做出输出功率随路端电压U的变化关系图像 即P U图像 step3 电路中的能量转化 某同学将一直流电源的总功率PE 输出功率PR和电源内部的发热功率Pr随电流I变化的图线画在了同一坐标上 如图所示 根据图线可知 A 反映Pr变化的图线是cB 电源电动势为8VC 电源内阻为2 D 当电流为0 5A时 外电路的电阻为6 ACD step3 电路中的能量转化 5 电源的效率 定义 输出功率跟总功率的比值定义式 当外电阻R越大 U越大 电源的效率就越高思考 当电源输出功率最大时效率为多大 step3 电路中的能量转化 直线A为电源的U I图线 直线B为电阻R的U I图线 用该电源和电阻组成闭合电路时 电源的输出功率和效率分别是 A 4W 33 3 B 2W 33 3 C 4W 66 7 D 2W 66 7 思考 电源C的U I图像如图所示 比较R接入哪个电源时的输出功率大 哪一个电源的效率高 C C 题型1 含容电路 6 含容电路处理方法 a 电路稳定时 充放电结束 电容器作断路处理 与之串联的电阻等同于导线 思考 未稳定之前 如何处理 b 带电量Q CU c 电压U变化 引起电量变化 Q C U d 电容器极板间的电压U等于跟它并联部分的电压 e 分清正负极板 充电时 电流从电源的正极流入正极板 放电时 从正极板流出 题型1 含容电路 例3 大本48 如图所示 电源电动势E 10V 内阻可忽略 R1 4 R2 6 C 30 F 求 1 S闭合后 稳定时通过R1的电流 2 S原来闭合 然后断开 这个过程中流过R1的电荷量 1A1 2 10 4C 题型1 含容电路 在如图所示的电路中 电源的电动势E 3V 内阻r 1 0 电阻R1 10 R2 10 R3 30 R4 35 电容器的电容C 100 F 电容器原来不带电 求接通电键K后流过R4的总电量 思考 若由于某种原因导致电阻R2断路 从开关闭合到断路的整个过程流过R4的总电量 2 0 10 5C 题型1 含容电路 如图所示 电流表 电压表均为理想电表 L为小电珠 R为滑动变阻器 电源电动势为E 内阻为r 现将开关S闭合 当滑动变阻器滑片P向左移动时 下列结论正确的是 A 电流表示数变小 电压表示数变大B 小电珠L变亮C 电容器C上电荷量减小D 电源的总功率变大 A 在图中所示的电路中 电动势为E 内阻不计 变阻器r在0到2R之间调节 其余电阻均为R 当滑动片P从最右端向最左端滑动时 对电容器来说 A 先充电后放电 B 先放电后