焦耳定律-电路中的能量转化(教科版).ppt

焦耳定律电路中的能量转化 电流的热效应 一 电功电功率1 电功 即电流做功 实质上是导体中的恒定电场对自由电荷的静电力在做功 2 电流做功的过程就是电能转化为其他形式能的过程 电流做功的多少等于电能转化为其他形式能的数量 3 电功的公式 W UIt 4 电功率即单位时间内电流所做的功 电流在一段电路上做功的功率等于电流I与这段电路两端的电压U的乘积 表达式为P UI 5 额定功率和实际功率 1 用电器正常工作时所消耗的功率叫做额定功率 当用电器两端电压达到额定电压U额时 电流达到额定电流I额 电功率也达到额定功率P额 且P额 U额I额 2 用电器的实际功率是用电器在实际工作时消耗的电功率 为了使用电器不被烧毁 要求实际功率不能大于其额定功率 二 焦耳定律热功率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 公式 Q I2Rt 3 热功率 单位时间内的发热功率 P热 I2R 三 纯电阻和非纯电阻电路的区别 纯电阻电路 非纯电阻电路 元件特点 欧姆定律 能量转化 元件举例 电路中只有电阻元件 电路中除电阻元件外 还有将电能转化为其他能的用电器 项目 四 对电功和电热的理解 例1 一灯泡标有 220V 100W 字样 将其接到110V的电源上 不考虑灯泡电阻的变化 则有A 灯泡的实际功率为50WB 灯泡的实际功率为25WC 通过灯泡的电流为额定电流的1 2D 通过灯泡的电流为额定电流的1 4 BC 例2将阻值为R1 2 R2 3 R3 4 的三个电阻接到电源上 则 1 将它们串联后接到电源上 其总电阻为 它们的电压之比为 它们消耗的电功率之比为 2 将它们并联后接到电源上 其总电阻为 它们的电流之比为 它们消耗的电功率之比为 9 2 3 4 12 13 6 4 3 2 3 4 6 4 3 例3 有四盏电灯 如图所示连接在电路中 L1 L2都标有 220V 110W 字样 L3和L4都标有 220V 40W 字样 把电路接通后最暗的是 A L1B L2C L3D L4 C 例4如图所示 R1和R2都是 4W 100 的电阻 R3是 1W 100 的电阻 则AB间允许消耗的最大功率是 W 例5 一只电炉的电阻丝电阻和一台电动机线圈电阻相同 都为R 设通过的电流相同 则在相同时间内 下列说法正确的是 A 电炉和电动机的电热相等B 电动机消耗功率大于电炉消耗功率C 电炉两端电压小于电动机两端电压D 电炉和电动机两端电压相等解析 选ABC 此题关键是分清电炉丝是纯电阻用电器 而电动机是非纯电阻用电器 例6 加在某台电动机上的电压是U 电动机消耗的电功率为P 电动机线圈的电阻为r 则电动机线圈上消耗的热功率为 电动机输出的机械功率为 A PB U2 rC P2r U2D P P2r U2 非纯电阻电路中计算电功率只能用P UI 计算热功率只能用P热 I2R C D 例7规格为 220V55W 的排气扇 线圈电阻为40 求 1 接上220V的电压后 排气扇转化为机械能的功率和发热的功率及排气扇的效率 2 如果接上电源排气扇正常工作后 扇叶被突然卡住 不能转动 求电动机消耗的功率和发热的功率 52 5W2 5W95 5 1210W1210W 例8 如图所示的电路中 电源电动势为60V 内阻不计 电阻R 2 电动机的内阻R0 1 6 电压表的示数为50V 电动机正常工作 求电动机的输出功率 答案 210W 五 闭合电路中的能量转化1 电源内部 其他形式的能转化为电能 同时 电源本身也有一定的电阻 电流流过时电源也会发热 消耗一部分电能 2 外电路 通过电场力做功 将电源输出的电能转化为其他形式的能量 3 表达式 IE IU I2r 4 物理意义 电源把其他形式的能量转化为电能的功率IE 等于电源输出功率IU与电源内电路的热功率I2r之和 闭合电路欧姆定律实质上是能量守恒定律在闭合电路中的具体体现 六 闭合电路中的几种功率1 几种功率及相互关系 内容 物理量 P IE P内 I2r P外 IU外 P I2 R r P内 I2r P外 I2R P P内 P外或IE I2r IU外 例9 如图 电源电动势E 10V 内阻r 0 2 标有 8V16W 的灯泡L恰好正常发光 电动机D线圈电阻R0 0 15 则电源的输出功率为 A 16WB 440WC 80WD 400W 例10 在如图所示的U I图像中 直线 为某一电源的路端电压与电流的关系图像 直线 为某一电阻R的伏安特性曲线 用该电源与电阻R组成闭合电路 由图像判断正确的是 A 电源的电动势为3V 内阻为0 5 B 电阻R的阻值为1 C 电源的输出功率为4WD 电源的热功率为4W ABC 例11 在研究微型电动机的性能时 可采用如图所示的实验电路 当调节滑动变阻器R 使电动机停止转动时 电流表和电压表的示数分别为0 5A和1 0V 重新调节R 使电动机恢复正常运转时 电流表和电压表的示数分别为2 0A和15 0V 求这台电动机正常运转时的输出功率和电动机的线圈电阻 思路 1 电动机不转时相当于纯电阻 由欧姆定律求线圈电阻 2 根据能量守恒求电动机正常运转时的输出功率 答案 22 0W2 规律总结 非纯电阻电路中欧姆定律I U R不成立 电功率 电热功率只能用P UI和P I2R求解 其他功率用能量关系处理 4 当P出 Pm时 每个输出功率对应两个可能的外电阻R1和R2 且R1 R2 r2 5 P出与R的关系如图所示 例12电路图如图甲所示 图乙中图线是电路中的电源的路端电压随电流变化的关系图像 滑动变阻器的最大阻值为15 定值电阻R0 3 1 当R为何值时 R0消耗的功率最大 最大值为多少 2 当R为何值时 电源的输出功率最大 最大值为多少 审题指导 解答本题时应把握以下三点 1 由U I图像求电源的电动势和内阻 2 电路中的电流最大时 R0消耗的功率最大 2 根据电源有最大输出功率的条件 求电源的最大输出功率 答案 1 010 9W 2 4 5 13 3W 例13如图所示 电路中电池的电动势E 5V 内电阻r 10 固定电阻R 90 R0是可变电阻 在R0从零增加到400 的过程中 求 1 可变电阻R0上消耗功率最大的条件和最大热功率 2 电池的电阻r和固定电阻R上消耗的最小热功率之和