1011版高中物理 4.4电路中的能量转化与守恒课时讲练通课件 沪科版选修31.pptVIP

1 根据我们的生活经验和所见所闻列举常见的用电器 并说明是电能主要转化为什么能 提示 1 电灯 把电能转化为光能 2 电热毯 电熨斗 电饭煲 电热水器 把电能转化为内能 热能 3 电动机 把电能转化为机械能 4 音响 把电能转化为声能 5 电解槽 把电能转化为化学能 2 试从力的角度和能的角度分析电功的实质是什么 提示 1 从力的角度看 电流做功的实质是电场力对自由电荷做功 2 从能的角度看 电流做功过程是电能转化为其他形式能的过程 电功的大小量度了电能的减少量 标志着电能转化为其他形式的能的多少 3 电功率有何意义 用电器铭牌上所标的功率有何意义 提示 1 电功率是描述用电器电流做功快慢的物理量 2 用电器铭牌上所标功率指的是用电器的额定功率 即用电器能长时间正常工作时的最大功率 用电器实际工作时 其功率不一定等于额定功率 一般要小于或等于额定功率 典例1 规格为 220v 1000w 的电炉 求 1 电炉正常工作时 通过电阻丝的电流 2 电炉正常工作时的电阻 思路点拨 解此题要抓住以下两个方面 1 明确电炉正常工作时的电阻和通过的电流对应的电压和功率 2 能根据功率公式和电阻的定义式确定求电流和电阻的计算式 自主解答 1 由p ui知 电炉正常工作时 i p u 1000 220a 4 5a 2 电炉正常工作时的电阻 由p ui和r u i得r u2 p 48 4 1 分析比较纯电阻电路和非纯电阻电路中的电功和电热的关系 提示 1 纯电阻电路中 由于满足u ir 故uit i2rt 电功和电热在数值上相等 即w q 2 非纯电阻电路中 由于u ir不再成立 uit i2rt 电功和电热不相等 一般是电功大于电热 例如电动机在工作时 电功在数值上等于电动机产生的电热与机械能之和 即w q e机 2 试从微观和能的角度分析电热的本质是什么 提示 1 从微观的角度看 电热是自由电荷在导体中定向移动时 由于导体中金属离子的存在 自由电荷不断地与金属离子发生碰撞 使得金属离子运动的程度加剧 从而使导体温度升高 即产生电热 2 从能的角度看 电热表示电流通过导体时消耗的电能中转化为内能的部分 即电热是电能转化为内能的量度 3 列举日常生活中利用电流的热效应的用电器 指出电流热效应不利的方面 提示 1 利用电热的用电器有电热水器 电饭锅 电熨斗 电烤箱等 2 电流的热效应也有不利的一面 如插头与插座间发热 导线发热 发电机及电动机发热 还有计算机的cpu发热都会对用电器造成危害 4 探究讨论电功率与热功率的含义及计算公式分别是什么 它们是否相等 提示 1 电功率是指某段电路的全部电功率 或这段电路上消耗的全部电功率 计算公式p iu 热功率是指在这段电路上因发热而消耗的功率 计算公式p i2r 2 对于纯电阻电路 电功率等于热功率 即ui i2r 对于非纯电阻电路 u ir 此时电功率要大于热功率 即ui i2r 典例2 有一直流电动机 把它接入0 2v电压的电路中 电动机不转 测得流过电动机的电流是0 4a 若把电动机接入2 0v电压的电路中 电动机正常工作 工作电流是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 电动机的发热功率是多大 思路点拨 求解此类问题要把握以下三点 1 在什么情况下可以看成纯电阻电路 什么情况下是非纯电阻电路 2 它们各自的能量转化情况 即遵守的物理规律 3 各个公式的物理量与电路中各个参数的对应关系 自主解答 当电动机转子不转时 电动机无机械能输出 故电能全部转化成内能 相当于纯电阻电路 欧姆定律成立 当电动机转动时 一部分电能转化成机械能输出 但因线圈有电阻 故又在该电阻上产生内能 输入的电功率p电 p热 p机 接u 0 2v电压 电动机不转 电流i 0 4a 根据欧姆定律 线圈电阻r 0 5 当接u 2 0v电压时 电流i 1 0a 故输入电功率p电 u i 2 0 1 0w 2 0w热功率p热 i 2r 1 02 0 5w 0 5w 故输出功率即机械功率p机 p电 p热 2 0 0 5 w 1 5w如果正常工作时 转子被卡住 则电能全部转化成内能 故其发热功率 p热 8w 答案 1 5w8w 1 分析闭合的纯电阻电路中的电源的总功率ei 电源内阻消耗的功率i2r与电源的输出功率i2r存在什么关系 提示 由能量守恒eit i2rt i2rt知ei i2r i2r 2 讨论什么情况下电源的输出功率最大 此时电源的效率为多少 提示 1 电源的输出功率p出 i2r 由此可知当r r时 电源有最大输出功率p出max 2 此时电源的效率 典例3 2011 南京高二检测 在如图所示的电路中 所用电源电动势e 10v 内电阻r 1 0 电阻r1可调 现将r1调到3 0 后固定 已知r2 16 r3 求 1 开关s断开和接通时 通过r1的电流分别为多大 2 为了使a b之间电路的电功率在开关s接通时能达到最大值 应将r1的阻值调到多大 这时a b间电路消耗的电功率将是多少 思路点拨 解答本题应把握以下三点 1 要熟悉闭合电路欧姆定律的内容 2 要能正确分析出电阻的连接方式 3 要会使用路端电压与负载的关系进行讨论 自主解答 1 根据闭合电路欧姆定律得 s断开时 i 10 16 3 1 a 10 20a 0 5a s闭合时 rab r2 r3 r2 r3 1 0 所以i 10 1 3 1 a 2 0a 2 s闭合时 rab 1 0 是定值电阻 所以电流越大 功率越大 所以应将r1调为零 a b间电路消耗的电功率为 pab e2 rab r 102 2w 50w 答案 1 0 5a2 0a 2 050w 典例4 如图所示 线段a为某电源u i图线 线段b为某电阻r的u i图线 以上述电源和电阻组成闭合电路时 求 1 电源的输出功率p出多大 2 电源内部损耗的电功率p内是多少 3 电源的效率 多大 思路点拨 本题应从以下三点考虑 1 电源的u i图线与电阻的u i图线的物理意义 2 图中交点的物理意义 3 功率的对应关系 标准解答 根据题意从a的图线可读出e 3v imax 6a 则r e imax 3 6 0 5 从b图线可读出r u i 1 由电源e 3v r 0 5 与r 1 组成的闭合电路中 i 3 1 5 2a 则p出 i2r 4w p内 i2r 2w p总 ie 6w 所以 p出 p总 66 7 知识点1 电功电功率1 2011 贵阳高二检测 一个电热器电阻为r 当它两端电压为u时 通过时间t消耗电能为w 若使它消耗的电能为4w 下列方法正确的是 a 电阻r不变 电压u不变 通电时间t变为原来的2倍b 电阻r减半 电压u增大1倍 通电时间t不变c 电阻r不变 电压u增大1倍 通过时间t不变d 电阻r减半 电压u不变 通电时间t不变 解析 选c 根据可得 a项消耗的电能为2w b项消耗的电能为8w c项消耗的电能为4w d项消耗的电能为2w 只有c对 2 下列情况中 能判定电路两端电压为220v的是 a 每通过1c的电量 电流做功为220jb 通电时间为1s时 通过电量220cc 通电时间为1s时 电流做功为220jd 每通过220c的电量 电流做功为1j 解析 选a 根据w uit uq 无法求出b c中电路两端的电压 b c错 通过a项中的已知条件可以得出电路两端的电压为220v 通过d项中的已知条件可以得出电路两端的电压为a对 d错 3 2010 抚州高二检测 图中虚线框内是一个未知电路 测得它的两端点a b之间的电阻是r 在a b之间加上电压u 测得流过电路的电流为i 则未知电路的电功率一定是 a i2rb u2 rc uid i2r ui 解析 选c 对一切电路都有p ui 而对纯电阻电路有 p ui i2r 而对非纯电阻电路p ui i2r p ui 由以上分析知 c正确 a b d错误 选c 知识点2 焦耳定律4 在如图所示的电路中 定值电阻的阻值为10 电动机m的线圈电阻值为2 a b两端加有44v的恒定电压 理想电压表的示数为24v 由此可知 a 通过电动机的电流为12ab 电动机消耗的功率为48wc 电动机线圈在1分钟内产生的热量为480jd 电动机输出的功率为8w 解析 选b c 通过电动机的电流与通过定值电阻的电流相同为i 2a 故a错 电动机消耗的功率为p u1i 24 2w 48w 故b对 电动机的电热功率p热 i2r 22 2w 8w 其1分钟产生的热量q p热t 8 60j 480j 故c对 电动机的输出功率p出 p p热 48 8 w 40w 故d错 知识点3 闭合电路中的能量转化与守恒5 电源的电动势e 30v 内阻r 1 将它与一只 6v12w 的灯泡和一台内阻为2 的小电动机串联成闭合电路 当灯泡正常发光时 若不计摩擦 电动机输出机械功率与输入电功率之比为 a 91 b 82 c 67 d 60 解析 选b 灯泡正常发光 则电动机两端电压um e i r r灯 即um 30 2 1 6 v 22v故电动机输入电功率p入 um i 44w电动机内部消耗功率p耗 i2r0 8w电动机输出功率p出 p入 p耗 36w 故 100 82 b正确 一 选择题 本题共5小题 每小题4分 共20分 1 下列关于电功 电功率和焦耳定律的说法 不正确的是 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b w uit适用于任何电路 而w i2rt 只适用于纯电阻电路c 在非纯电阻电路中 ui i2rd 焦耳热q i2rt适用于任何电路 解析 选a 电功率是表示电流做功快慢的物理量 电功率大 产生的焦耳热并不一定多 还与通电时间有关 a错 w uit适用于任何电路 而w i2rt 是由w uit结合欧姆定律推导而来的 只适用于纯电阻电路 b正确 在非纯电阻电路中 电功率大于热功率 c正确 焦耳定律适用于任何电路 d正确 故选a 2 2011 宁德高二检测 一台电动机的线圈电阻与一只电炉的电阻相同 设通过相同的电流 电动机正常运转 在相同的时间内 a 电炉放热和电动机放热相等b 电炉两端电压大于电动机两端电压c 电炉两端电压等于电动机两端电压d 电动机消耗的功率大于电炉消耗的功率 解析 选a d 由q热 i2rt知a对 电炉为纯电阻电路 uit i2rt u ir 电动机为非纯电阻电路 u it i2rt u ir b c错 d对 3 2011 昆明高二检测 一个直流电动机所加电压为u 电流为i 线圈内阻为r 当它工作时 下列说法中正确的是 a 电动机的输出功率为u2 rb 电动机的发热功率为i2rc 电动机的输出功率为iu i2rd 电动机的功率可写作iu i2r u2 r 解析 选b c 电动机的输入功率p入 ui 发热功率p热 i2r 则输出功率p出 p入 p热 ui i2r 故b c正确 4 2010 武汉高二检测 电动势为e 内阻为r的电池与固定电阻r0 变阻器r串联 如图所示 设r0 r rab 2r 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 a 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 选b 滑片自a向b滑动 r减小 r总减小 故总电流i变大 所以固定电阻r0消耗功率及电池内阻消耗的功率由p i2r可得均增大 故c d错 滑动过程中 r外由3r减为r 始终大于内阻r 由p输出与r外关系图像可知 电池输出功率逐渐增大 故a错 将r0等效为内阻一部分 则总内阻为2r 在r由2r减小到0的过程中 等效电源输出功率即变阻器消耗的功率逐渐减小 故b正确 5 2011 抚顺高二检测 如图所示 有四盏电灯连接在电路中 l1和l2都标有 220v100w 字样 l3和l4都标有 220v40w 字样 把电路接通后 最暗的是 a l1b l2c l3d l4 解析 选c 由额定电压和额定功率可以判断r1 r2r1 r23 由串联电路功率分配知p4 p1 p2 p3 而p2与p3的大小可由并联电路的功率分配知p2 p3 所以四盏灯消耗的实际功率大小关系为p4 p1 p2 p3 故最暗的灯是l3 因此选c 二 非选择题 本题共2小题 共10分 6 2011 益阳高二检测 5分 如图所示 电阻r1 2 小灯泡l上标有 3v 1 5w 电源内阻r 1 滑动变阻器的最大阻值为r0 大小未知 当触头p滑动到最上端a时 安培表的读数为1a 小灯泡l恰好正常发光 求 1 滑动变阻器的最大阻值r0 2 当触头p滑动到最下端b时 求电源的总功率及输出功率 解析 1 当触头p滑动到最上端a时 流过小灯泡l的电流为 il pl ul 0 5a 流过滑动变阻的电流i0 ia il 0 5a 则r0 ul i0 6 2 电源电动势为e ul ia r1 r 6v 当触头p滑动到最下端b时 滑动变阻器和小灯泡均被短路 电路中总电流为 i e r1 r 2a 电源的总功率为p总 ie 12w 输出功率为p出 ie i2r 8w 答案 1 6 2 12w8w 7 5分 如图所示为电动机提升重物的装置 电动机线圈的电阻为r 1 电动机两端的电压为5v 电路中的电流为1a 物体a重20n 不计摩擦力 求 1 电动机线圈电阻上消耗的热功率是多少 2 电动机输入功率和输出功率各是多少 3 10s内 可以把重物a匀速提升多高 解析 1 根据焦耳定律 热功率p热 i2r 12 1w 1w 2 输入功率等于输入电流与电动机两端电压的乘积p入 iu 1 5w 5w 输出功率等于输入功率减去发热消耗的功率p出 p入 p热 5w 1w 4w 3 电动机输出的功率用来提升重物转化为机械功率 在10s内p出t mgh 解得答案 1 1w 2 5w4w