2018版高中物理沪科版选修3-1学案：4.4电路中的能量转化与守恒Word版含答案

1、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. 知识探究 新知採究点点落实 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？ 图 1 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? 要点总结 1电流做了

2、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（kWh），也称“度”，1 kWh= _ J. 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 _ . 0 0 典型例题典型例题 例 1 一根电阻丝，通过 2 C 的电荷量所消耗的电能是 8 丄丄若在相同的时间内通过 4 C 的电 荷量，该电阻丝上所加电压和消耗的电能分别是 （ ） A . 4 V,16 J

3、C. 4 V,32 J 二、焦耳定律 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. 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? 要点总结 1. 焦耳定律 电流通过导体时产生的热量跟 _ 成正比，跟导体的 _ 及 _ 成正比. 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. (2) 表达式： P = 学 = _ . 3. 纯电阻电路：电流通过纯电阻电路做功时，电能全部转化为导体的 _ .此时电功 等于电热 W=

4、 Q = Ult = l2Rt= Ut,电功率等于热功率 P= P热=UI = I2R= U R R 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= Ult = Q+ E其他 Q = I2Rt，电功率大于热功率： P= UI = P热+ P其他卩卩热 =I2R. 延伸思考小明家有电炉、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 B. 8 V,16 J D . 8 V,32 J

5、用电器的总功率：P=豈，小明这种算法正确吗？ 0 0 典型例题典型例题 例 2 （多选）用一个额定电压为 220 V 的电热水器煮沸一壶水需要 t s,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 110 V 时，煮沸- 壶水需要 2t s B. 当线路电压为 110 V 时，煮沸一 壶水需要 4t s C. 当线路电压为 55 V 时，煮沸 壶水需要 4t s D. 当线路电压为 55 V 时，煮沸 壶水需要 16t s 三、闭合电路中的能量转化与守恒 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 l.t 时间内

6、 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? 要点总结 延伸思考 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? 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? 1电源是把其他形式的能转化为 _ _ 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 Elt = + 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

7、功率关系分别为: = _+ l2r. 2 Elt = _ + I rt, El 电源的效率 n= Ul x 100% = x 100%. 0 0 典型例题典型例题 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（ ） 用口 A电源内阻 r = f R B. 电源内阻 r = E m|gV R 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 达标

8、检测 当堂检测巩固反馋 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 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 I2R B .电动机的机械功率为 IU C.电动机的总功率为 IU 2 D .电动机机械功率为 IU I R 4. （闭合电路的功率和效率）电源的效率n定义为外电路电阻消耗的功率与电源的总功率之比， 如

9、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.直线 C 为电阻 R 两端的电压与电流的关系图线，将这个电阻 R 分别接 到 a、b 两电源上，那么（ ） A . R 接到电源 a 上, 电源的效率较低 B. R 接到电源 b 上, C. R 接到电源 a 上, D. R 接到电源 b 上, 电源的输出功率较大 电源的输出功率较电源效率较高 电源的输出功率较小，电源效率较高 图 3 图 4 答案精析 知识探究 1. It IUt 2 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

10、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. 要点总结 1 电能电能 2 .电场 6 3. IUt 焦耳 3.6 X 10 4 .单位时间 快慢 IU 瓦特 W 典型例题 例 1 D 设电阻丝电阻为 R,开始所加电压为 5,则 Wi = qiUi 即 8= 2U1, 故 U1 = 4 V. 设后来所加电压为 U2,产生的热量为 W2，则 12= = UR 由得 U2= U1 = 4X 4 V = 8 V q1 2 W? = q2U2= 4 X 8 J= 32 J. 、 1. 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

11、的电路. 2. 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 WQ. 要点总结 1. (1)电流的平方 电阻 通电时间 (2) |2Rt 2. |2R 3. 内能 4. 电动机 电解槽机械能化学能 延伸思考 不正确，因为小明家有些用电器不是纯电阻用电器，在此 典型例题 例 2 BD 由公式 Q= URt,煮沸一壶水所需的热量为 时，所需热量没变，因此时间要变为原来的 4 倍，即 4t s,选项 B 正确当电压变为原来的 1 时，时间要变为原来的 16 倍

12、，即 16t s,选项 D 正确. 2 2 2 2 Elt I Rt I rt Elt = I Rt+ I rt 要点总结 1.电 外电路 内电阻 2. U 外 It U 外 I 2 2 3. I Rt I R 延伸思考 1.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 Rv 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 E2 E2R E2 P出=|2R= - R= 字 = r - ，由此可知当 （R+） （R） + 4Rr （打r） * 4r E2R R=r 时

13、，电源有最大输出功 t 丄丄当电压变为原来的 源有最大输出功率时 R= r，n= 50%，此时电源的效率并不是最高. 典型例题 例 3 BC 由闭合电路能量守恒得：El= I2r + I2R+ mgv，解得：r = E R;当电动机 被卡住时，电动机变成纯电阻元件，总电流 I总=二，电流增大，故电源消耗的功率 P 增 R+ r 大，所以选项 B、C 正确. 达标检测 1. BC 2.ABD 3.ACD 4.C2 U2 2 U2 1.（功率 P = UI、P = I2R、P= UR 的区别）（多选）关于三个公式 P= UI、P= I2R、p=UR 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