高中物理 第4章 探究闭合电路欧姆定律 4.4 电路中的能量转化与守恒课件 沪科版选修31.ppt

第4章 学案4电路中的能量转化与守恒 目标定位1 理解电功 电功率的概念与公式并能进行相关计算 2 理解电功和电热 电功率与热功率的区别与联系 知道纯电阻电路 非纯电阻电路中热量的计算 3 明确闭合电路的效率与功率 会分析闭合电路电源的最大输出功率 内容索引 知识探究 达标检测 知识探究 1 一 电功和电功率 1 如图1所示 电路中电流为i 通电时间为t 那么在这段时间内通过这段电路的电荷量是多少 如果电路左 右两端的电势差是u 在电荷q从左端移到右端的过程中 静电力做的功是多少 答案 图1 itiut 2 电流做功的 快慢 与电流做功的 多少 是否相同 两者间有何关系 答案 不相同 电流做功快 但做功不一定多 电流做功慢 但做功不一定少 电流做功的快慢用电功率表示 电流做功的多少用电功表示 电流做功的多少与做功的时间和做功的快慢有关 1 电流做了多少功 就有多少转化为其他形式的能 即电功等于电路中的减少量 2 电功的实质 电流通过一段电路所做的功 实质是力在这段电路中所做的功 3 电功的计算公式 w 单位 符号为j 常用单位 千瓦时 kw h 也称 度 1kw h j 电能 电能 电场 iut 焦耳 3 6 106 4 电功率 内电流所做的功 它表示电流做功的 公式 p 单位 符号为 单位时间 快慢 iu 瓦特 w 例1一根电阻丝 通过2c的电荷量所消耗的电能是8j 若在相同的时间内通过4c的电荷量 该电阻丝上所加电压和消耗的电能分别是a 4v 16jb 8v 16jc 4v 32jd 8v 32j 答案 解析 设电阻丝电阻为r 开始所加电压为u1 则w1 q1u1即8 2u1 故u1 4v 设后来所加电压为u2 产生的热量为w2 则 w2 q2u2 4 8j 32j 1 某一电路中只含有某一电器元件 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电路 哪些属于非纯电阻电路 二 焦耳定律 答案 纯电阻电路有 含白炽灯 电炉 电熨斗 电饭锅的电路 非纯电阻电路有 含电动机 电解槽 电容器的电路 2 在电流通过电炉时 能量是如何转化的 在电流通过电动机时 能量又是如何转化的 答案 在电炉电路中 电流做的功即消耗的电能全部转化为电热 即w q 在电动机电路中 电流做的功即消耗的电能除一部分转化为电热之外 大部分转化为机械能 即w q e其他 此时w q 1 焦耳定律 1 电流通过导体时产生的热量跟成正比 跟导体的及成正比 2 公式 q 2 热功率 1 单位时间内电流通过导体发出的热叫做热功率 电流的平方 电阻 通电时间 i2rt i2r 4 非纯电阻电路 含有或的电路称为非纯电阻电路 在非纯电阻电路中 电流做的功一部分转化为或 还有一小部分转化为内能 此时电功大于电热 w uit q e其他 q i2rt 电功率大于热功率 p ui p热 p其他 p热 i2r 内能 电动机 电解槽 机械能 化学能 小明家有电炉 日光灯 电视机 电脑 电吹风等用电器 小明查了所有用电器的电阻 它们电阻的总和为r 已知小明家所接电网电压为u 于是小明很快算出了他家用电器的总功率 p 小明这种算法正确吗 答案 例2 多选 用一个额定电压为220v的电热水器煮沸一壶水需要ts 如果不考虑电热水器的电热损失和电热丝电阻受温度的影响 那么a 当线路电压为110v时 煮沸一壶水需要2tsb 当线路电压为110v时 煮沸一壶水需要4tsc 当线路电压为55v时 煮沸一壶水需要4tsd 当线路电压为55v时 煮沸一壶水需要16ts 答案 解析 闭合电路中 电源电动势为e 内 外电路的电阻分别是r和r 电路中的电流为i t时间内电源把多少其他形式的能转化为电能 外电路产生的热量是多少 内电路产生的热量是多少 三者之间有何关系 三 闭合电路中的能量转化与守恒 答案 eiti2rti2rteit i2rt i2rt 1 电源是把其他形式的能转化为能的装置 电源提供的能量一部分消耗在上 一部分消耗在上 转化为内能 2 能量关系 电源提供的能量等于内 外电路消耗的能量之和 即eit u内it 功率关系 电源提供的电功率等于内 外电路消耗的电功率之和 即 ei u内i 3 对于外电路是纯电阻的电路 其能量关系和功率关系分别为 eit i2rt ei i2r 电 外电路 内电阻 u外it u外i i2rt i2r 1 纯电阻电路中电源的输出功率与外电阻之间有怎样的关系 什么时候电源的输出功率最大 答案 电源的输出功率是指外电路消耗的功率 当外电路为纯电阻电路时 1 p出与外电阻r的函数关系图像如图所示 从图中看出当r r时 若r增大 p出增大 当r r时 若r增大 p出减小 2 电源的输出功率 2 电源的效率与外电阻有怎样的关系 输出功率最大时 电源的效率也最高吗 答案 例3 多选 如图2所示 一台电动机提着质量为m的物体 以速度v匀速上升 已知电动机线圈的电阻为r 电源电动势为e 通过电源的电流为i 当地重力加速度为g 忽略一切阻力及导线电阻 则c 如果电动机转轴被卡住而停止转动 较短时间内电源消耗的功率将变大d 如果电动机转轴被卡住而停止转动 较短时间内电源消耗的功率将变小 答案 解析 图3 达标检测 2 1 功率p ui p i2r p 的区别 多选 关于三个公式p ui p i2r p 的适用范围 以下说法正确的是a 第一个公式普遍适用于求电功率 后两式普遍适用于求热功率b 在纯电阻电路中 三个公式既适用于求电功率 又适用于求热功率c 在非纯电阻电路中 第一个公式可适用于求电功率 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 1 2 3 4 答案 解析 首先要明确 欧姆定律u ir只适用于纯电阻电路 因此三个公式在纯电阻电路中没有区别 但在非纯电阻电路中它们互不相同 其次 p ui表示电功率 而p i2r表示热功率 因此 在纯电阻电路中 ui i2r 消耗的电能全部转化为内能 而在非纯电阻电路中 ui i2r 即消耗的电能只有部分转化为内能 1 2 3 4 2 非纯电阻电路与纯电阻电路的对比 多选 一台电动机的线圈电阻与一个电炉的电阻相同 都通过相同的电流 在相同时间内a 电炉放热与电动机放热相等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 电动机消耗的功率大于电炉消耗的功率 1 2 3 4 答案 解析 电炉属于纯电阻元件 电动机属于非纯电阻元件 对于电炉有 u ir 放热q i2rt 消耗功率p i2r 对于电动机有 u ir 放热q i2rt 消耗功率p ui i2r 3 非纯电阻电路的特点 多选 如图3所示 直流电动机线圈的电阻为r 当该电动机正常工作时 电动机两端电压为u 通过电动机的电流为i 则a 电动机内部的发热功率为i2rb 电动机的机械功率为iuc 电动机的总功率为iud 电动机机械功率为iu i2r 1 2 3 4 答案 图3 4 闭合电路的功率和效率 电源的效率 定义为外电路电阻消耗的功率与电源的总功率之比 如图4所示 直线a为电源a的路端电压与电流的关系图线 直线b为电源b的路端电压与电流的关系图线