高中物理3-14.4电路中的能量转化与守恒课件(沪科版选修3-1)

1、第第4课时课时 电路中的能量转化与守恒电路中的能量转化与守恒学学 习习 目目 标标思思 维维 启启 迪迪1.理解电功和电热理解电功和电热的关系，能区分纯的关系，能区分纯电阻电路和非纯电电阻电路和非纯电阻电路中的电功和阻电路中的电功和电热电热2.掌握焦耳定律，掌握焦耳定律，并 能 进 行 有 关 计并 能 进 行 有 关 计算算3.理解闭合电路的理解闭合电路的功率表达式，知道功率表达式，知道闭合电路中能量的闭合电路中能量的转化会计算电源转化会计算电源的各种功率及效率的各种功率及效率. 在现代社会里，人们离不开电在现代社会里，人们离不开电.各种各种各样的用电器减轻了人们的劳动强度，各样的用电器减轻

2、了人们的劳动强度，提高了人们的生活质量顾名思义，用提高了人们的生活质量顾名思义，用电器是用电来工作的器具，它们的共同电器是用电来工作的器具，它们的共同特点就是要消耗电能，靠电流做功来工特点就是要消耗电能，靠电流做功来工作如图作如图441所示是日常生活中常所示是日常生活中常见的用电器，你能说出它们的名称和用见的用电器，你能说出它们的名称和用途吗？电能转化为什么能量了？途吗？电能转化为什么能量了？功能多样的用电器功能多样的用电器 图图4-4-1一、电功和电功率一、电功和电功率1电流做功的实质：导体中的电流做功的实质：导体中的_对自由电荷的对自由电荷的静电力移动电荷做功，把静电力移动电荷做功，把_转

3、化为转化为_的能的能2决定电流做功多少的因素：与电路两端的电压、决定电流做功多少的因素：与电路两端的电压、 _ 、 _有关用公式表达为有关用公式表达为W _，式中四个量的国际单位分别为，式中四个量的国际单位分别为_ 、 _、 _ 、 _3电流做功的快慢表示电流做功的快慢表示电功率电功率(1)定义：定义：_电流所做的功电流所做的功知识梳理知识梳理电场电场电能电能其它形式其它形式电流强度电流强度作用时间作用时间焦耳焦耳伏特伏特安培安培秒秒单位时间内单位时间内UIt(2)公式及单位：公式及单位：P _，三个物理量的单位分，三个物理量的单位分别是别是_ 、 _ 、 _ 二、焦耳定律二、焦耳定律1内容：

4、电流通过导体时产生的热量跟内容：电流通过导体时产生的热量跟_的的平方成正比，跟导体的平方成正比，跟导体的_及及_成正比成正比2公式：公式：Q _.3热功率：热功率： _的发热量，的发热量，P_.三、闭合电路中能量转化与守恒三、闭合电路中能量转化与守恒1各部分功率关系：根据各部分功率关系：根据EItUItI2rt可知可知EIUI_，其中，其中_为电源总功率为电源总功率2 _为电源输出功率，为电源输出功率， _为电源内耗功率为电源内耗功率UI瓦特瓦特伏特伏特安培安培电阻电阻时间时间电流电流I2RtI2RI2rEII2r单位时间单位时间UI1关于电功的下列说法，正确的是关于电功的下列说法，正确的是

5、()A导体内电场力移动电荷所做的功叫做电功导体内电场力移动电荷所做的功叫做电功B电流做功的过程，就是电能转化为其他形电流做功的过程，就是电能转化为其他形式的能的过程式的能的过程C电流做功消耗的能量，由电源来供给电流做功消耗的能量，由电源来供给D电功就是电能电功就是电能答案答案：ABC基础自测基础自测2对于连入电路的不同灯泡而言，亮度大的灯对于连入电路的不同灯泡而言，亮度大的灯泡是泡是 ()A通过的电流大的灯泡通过的电流大的灯泡B两端电压大的灯泡两端电压大的灯泡C电阻值大的灯泡电阻值大的灯泡D消耗电功率大的灯泡消耗电功率大的灯泡答案答案：D3将一个电动势为将一个电动势为3 V，内阻不能忽略的电池

6、，内阻不能忽略的电池两端接一电阻两端接一电阻R，当有，当有1 C的电荷通过电阻的电荷通过电阻R时，在时，在R上产生的热量上产生的热量 ()A大于大于3 J B小于小于3 JC等于等于3 J D内阻未知，无法确定内阻未知，无法确定解析解析：根据：根据WqU3 J，而，而W为内阻为内阻r和外电阻和外电阻R上产生的热量之和，故上产生的热量之和，故R上产生的热量小于上产生的热量小于3 J.答案答案：B4用一个额定电压为用一个额定电压为220 V的电热水器煮沸一的电热水器煮沸一壶水需要壶水需要t s，如果不考虑电热水器的电热损失和电，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，那么热丝电阻受温

7、度的影响，那么 ()A当线路电压为当线路电压为110 V时，煮沸一壶水需要时，煮沸一壶水需要2t sB当线路电压为当线路电压为110 V时，煮沸一壶水需要时，煮沸一壶水需要4t sC当线路电压为当线路电压为55 V时，煮沸一壶水需要时，煮沸一壶水需要4t sD当线路电压为当线路电压为55 V时，煮沸一壶水需要时，煮沸一壶水需要16t s答案答案：BD5电阻电阻R和电动机和电动机M相串联接相串联接到电路中，如图到电路中，如图442所示已知所示已知电阻电阻R跟电动机线圈电阻相等，开跟电动机线圈电阻相等，开关接通后，电动机正常工作，设电关接通后，电动机正常工作，设电阻阻R和电动机两端的电压分别为和电

8、动机两端的电压分别为U1和和U2；经过时间；经过时间t，电流通过电阻，电流通过电阻R做功做功W1，产生的电热为，产生的电热为Q1；电流通；电流通过电动机过电动机M做功做功W2，产生的电热为，产生的电热为Q2，则有，则有 () 图图4-4-2AU1U2，Q1Q2 BW1W2，Q1Q2CW1W2，Q1Q2 DW1P热热已知一个标有已知一个标有“110 V10 W”字样的灯泡，字样的灯泡，问：问：(1)灯泡的电阻是多大？灯泡的电阻是多大？(2)灯泡正常工作时的电流是多大？灯泡正常工作时的电流是多大？(3)如果接在如果接在100 V的电路中，它的实际功率是的电路中，它的实际功率是多大？多大？答案答案：

9、(1)210 (2)0.09 A(3)8.3 W(1)电功和电热关系电功和电热关系对任何电路，电流做的功恒为对任何电路，电流做的功恒为WUIt；电流产生；电流产生的热量恒为的热量恒为QI2Rt.电功与电热电功与电热在非纯电阻电路在非纯电阻电路(像含有电动机、电解槽的像含有电动机、电解槽的电路电路)中，电流做的功只有很少一部分转化为电热，中，电流做的功只有很少一部分转化为电热，绝大部分转化成绝大部分转化成(机械能或化学能等机械能或化学能等)其他形式的其他形式的能因此，能因此，WQ即即UItI2Rt，根据能的转化和守，根据能的转化和守恒定律知，在非纯电阻电路中满足电功电热恒定律知，在非纯电阻电路中

10、满足电功电热其他形式的能，即其他形式的能，即UItI2RtE其他其他从以下思维导图可见纯电阻电路与非纯电从以下思维导图可见纯电阻电路与非纯电阻电路的区别阻电路的区别纯电阻电路纯电阻电路非纯电阻电路非纯电阻电路(2)注意区别注意区别“负载负载”“负荷负荷”与电阻与电阻“负载负载”或或“负荷负荷”是对用电器功率特征的一种习是对用电器功率特征的一种习惯称谓通常说惯称谓通常说“负载负载”或或“负荷负荷”大，是指用电器的大，是指用电器的功率大，并不是用电器的功率大，并不是用电器的“电阻电阻”大在一般情况下，大在一般情况下，“负载负载”大的用电器电阻反而小如大的用电器电阻反而小如“200 V60 W”与与

11、“200 V100 W”的两个灯泡，后者的额定功率较大的两个灯泡，后者的额定功率较大但电阻却较小但电阻却较小【例例2】 有一台标有有一台标有“220 V66 W”的电风扇，的电风扇，线圈的电阻为线圈的电阻为20 ，求接上，求接上220 V电压后，电风扇消电压后，电风扇消耗的功率转化为机械能的功率和发热功率；如果接耗的功率转化为机械能的功率和发热功率；如果接上电源后，扇叶被卡住，不能转动，求电动机消耗上电源后，扇叶被卡住，不能转动，求电动机消耗的功率和发热功率的功率和发热功率解析解析：电风扇工作时，其电路不是纯电阻电路，：电风扇工作时，其电路不是纯电阻电路，它从电源获取的电功率一部分转化为线圈的

12、发热功它从电源获取的电功率一部分转化为线圈的发热功率，另一部分转化为扇叶转动时的机械功率率，另一部分转化为扇叶转动时的机械功率它们三者之间的关系为它们三者之间的关系为P电电P热热P机机其中其中P电电UI，P热热I2R.电风扇接在电风扇接在220 V电压下正常工作，电压下正常工作，发热功率为发热功率为P热热I2R0.3220 W1.8 W.转化为机械能的功率为转化为机械能的功率为P机机PP热热66 W1.8 W64.2 W.电风扇被卡住不能转动，电动机相当于纯电阻，电风扇被卡住不能转动，电动机相当于纯电阻，电能全部转化为内能，通过电风扇的电流为：电能全部转化为内能，通过电风扇的电流为：电动机消耗

13、的功率电动机消耗的功率P等于发热功率等于发热功率P热热，即，即PP热热IU11220 W2 420 W这时电动这时电动机将被烧坏机将被烧坏答案答案：见解析：见解析某一用直流电动机提升重某一用直流电动机提升重物的装置，如图物的装置，如图443所示，重所示，重物质量物质量m50 kg，电源的电压为，电源的电压为U110 V，不计电源内阻及各处，不计电源内阻及各处摩擦，当电动机以摩擦，当电动机以v0.90 m/s的的恒定速度向上提升重物时，电路恒定速度向上提升重物时，电路中的电流中的电流I5 A，由此可知电动，由此可知电动机的线圈的电阻机的线圈的电阻R为多少？为多少？图图4-4-3解析解析：电动机消

14、耗的总能量一部分用于提升重物的电动机消耗的总能量一部分用于提升重物的机械能，一部分消耗在电动机线圈电阻发热上机械能，一部分消耗在电动机线圈电阻发热上答案答案：4.4 (1)各部分功率关系分析各部分功率关系分析由由EItI2RtI2rt知，知，EII2RI2r其中其中EI为电源的总功率，为电源的总功率，I2r为电源内耗功率，为电源内耗功率，I2R为为外电路消耗功率，也是电源的输出功率外电路消耗功率，也是电源的输出功率(2)电源输出功率特点电源输出功率特点电源的功率和效率电源的功率和效率由图由图444可以看出可以看出图图4-4-4【例例3】三只灯泡三只灯泡L1、L2和和L3的额定电压分别为的额定电

15、压分别为1.5 V、1.5 V和和2.5 V，它们的额定电流都为，它们的额定电流都为0.3 A若若将它们连接成如图将它们连接成如图445(a)、(b)所示电路，且灯泡所示电路，且灯泡都正常发光都正常发光图图4-4-5(a) (b)(1)试求图试求图(a)所示电路的总电流和电阻所示电路的总电流和电阻R2消耗的消耗的电功率；电功率；(2)分别计算两电路电源提供的电功率，并说明分别计算两电路电源提供的电功率，并说明哪个电路更节能哪个电路更节能解析解析：(1)由题意可知，在题图由题意可知，在题图(a)所示的电路中：所示的电路中：电路中的总电流电路中的总电流I总总IL1IL2IL30.9 AU电路电路E

16、I总总r2.55 V，UR2U电路电路UL30.05 V，IR2I总总0.9 A；电阻电阻R2消耗的电功率消耗的电功率PR2IR2UR20.045 W.(2)题图题图(a)所示电路电源提供的电功率所示电路电源提供的电功率P总总I总总E0.93 W2.7 W题图题图(b)所示电路电源提供的电功率所示电路电源提供的电功率P总总I总总E0.36 W1.8 W由于灯泡都正常发光，两电路有用功率相等，由于灯泡都正常发光，两电路有用功率相等，而而P总总P总总所以，图所以，图(b)所示电路比图所示电路比图(a)所示电路节能所示电路节能答案答案：(1)0.9 A0.045 W(2)2.7 W1.8 W图图(b

17、)【题后反思题后反思】 本题涉及到闭合回路的功率问本题涉及到闭合回路的功率问题首先要从概念上区分电源总功率题首先要从概念上区分电源总功率PEI、电源输、电源输出功率出功率P出出U路路I及电源内阻热功率及电源内阻热功率P内内I2r；其次要；其次要注意它们的联系注意它们的联系EIU路路II2r.如图如图446所示，所示，R18 ，电源的电动势，电源的电动势E8 V，内阻，内阻r2 .R2为变阻器，问：为变阻器，问：(1)要使变阻器获得的电功率要使变阻器获得的电功率最大，最大，R2的值应是多大？这时的值应是多大？这时R2的功率多大？的功率多大？(2)要使要使R1得到最大的电功率，得到最大的电功率，R2的取值多大？的取值多