教科版高中物理必修第三册第二章电路及其应用8焦耳定律电路中的能量转化课件

知识点1电功电功率8

焦耳定律电路中的能量转化知识清单破1.电功(1)定义:电场力移动电荷所做的功,简称电功。(2)公式:电场力在一段电路上所做的功等于这段电路两端的电压U与电路中的电流I、通电

时间t三者的乘积,即(3)单位:国际单位制中的单位是焦耳,符号是J。常用的单位还有千瓦时(kW·h),也称“度”,1

kW·h=3.6×106J。(4)电流做多少功,就表示有多少电能转化为其他形式的能。2.电功率(1)电流所做的功W与做这些功所用时间t的比叫作电功率,它在数值上等于单位时间内电流所做的功。(2)公式:(3)单位:国际单位制中的单位是瓦特,符号是W,1W=1J/s。1.焦耳定律(1)内容:电流通过电阻产生的热量Q跟电流I的二次方成正比,跟导体的电阻R成正比,跟通电

时间t成正比。(2)表达式:

知识点2焦耳定律热功率2.热功率(1)定义:电流通过电阻所产生的热量Q与产生这些热量所用时间t的比叫作热功率。它在数

值上等于单位时间内电流通过电阻所产生的热量。(2)表达式:P热=I2R。(3)物理意义:表示电流发热快慢的物理量。1.电源是把其他形式的能转化为电能的装置。电源提供的能量一部分消耗在外电路上,电能

转化为其他形式的能;一部分消耗在内电路上,电能转化为内能。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=UIt+I2rt。3.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=UI+I2r。4.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+I2rt,EI=I2R+I2r。5.当外电路短路时,I0E=

r,即发生短路时,电源释放的能量全部在内电路上转化成内能,这种状态很危险。知识点3电路中的能量转化1.电流做功的实质是静电力对电荷做功吗?2.电功率越大,电流做功一定越多吗?3.公式P=UI适用于非纯电阻电路中电功率的计算吗?4.在非纯电阻电路中,能否用

t计算电热?知识辨析一语破的1.是。电流做功的实质就是导体中的恒定电场对自由电荷的静电力在做功。2.电功率越大,表示电流做功越快,但不一定做功越多,做功的多少还与时间有关。3.此公式既适用于纯电阻电路也适用于非纯电阻电路。4.不能。在非纯电阻电路中,

t既不能表示电功,也不能表示电热,因为欧姆定律不再适用。关键能力定点破定点1纯电阻电路和非纯电阻电路的比较

纯电阻电路非纯电阻电路电路特点电路中只有电阻元件,只能把电能转化为内能除电阻外还包括能把电能转化为除内能外的其他形式能的用电器是否遵循欧姆定律遵循欧姆定律I=

不遵循欧姆定律U>IR或I<

能量转化电流做功,电能全部转化为内能电流做功,电能除转化为内能外,还要转化为其他形式的能元件举例电阻、电炉丝、白炽灯等电动机、电解槽等电功W=UIt=I2Rt=

tW=UIt电热Q=I2Rt=UIt=

tQ=I2Rt电功率P=UI=I2R=

P=UI热功率P热=I2R=UI=

P热=I2R1.电动机模型定点2电动机的功率和效率如图,电动机由线圈电阻和其他元件组成。电动机正常工作时,部分电压加在线圈电阻

上,大部分电压加在其他元件上用来将电能转化为机械能,此时电路为非纯电阻电路;电动机通电但电动机不工作时,电压全部加在线圈电阻上,此时电路为纯电阻电路。2.电动机的功率和效率输入功率电动机消耗的电功率(总功率),由电动机两端的电压和通过的电流决定,P总=UI发热功率电动机线圈上有电阻,电流通过线圈时要发热,P热=I2r输出功率电动机做有用功的功率,P出=Fv,F为电动机产生的牵引力,v为使物体获得的速度大小功率关系P总=P出+P热电动机效率η=

×100%=

×100%=

×100%典例有一个用直流电动机【1】提升重物的装置,重物的质量m=50kg,电路电压U=120V,当电

动机以v=0.9m/s的恒定速度向上提升重物时,电路中的电流I=5A,求:(取g=10m/s2)(1)电动机线圈的电阻R。(2)电动机对该重物的最大提升速度【2】。(3)若因故障电动机不能转动【3】,这时通过电动机的电流是多大,电动机消耗的电功率又为多

大。信息提取

【1】正常工作时,电路为非纯电阻电路。【2】机械功率最大时,对应的提升速度最大。【3】机械功率为0,电能全部转化为内能。思路点拨

(1)列出电动机提升重物时三个功率(电功率、热功率、机械功率)的表达式。(2)根据能量守恒列出三个功率间的关系式,从而求出电动机线圈的电阻R。(3)根据数学知识求出机械功率的最大值,从而求出相对应的最大提升速度。(4)电动机不能转动时,可以看成是纯电阻电路,根据欧姆定律计算出电流,再算出电动机的电

功率。解析

(1)电动机提升重物时,总功率P电=UI电动机线圈发热功率P热=I2R提升重物的功率P机=mgv有P电=P热+P机,即UI=I2R+mgv(由【1】得到)解得R=

Ω=6Ω。(2)根据P电=P热+P机得P机=P电-P热=UI-I2R=-R

+

当I=

时,P机有最大值

,即I=

A=10A时,P机max=

W=600W根据P机max=mgvmax(由【2】得到)解得vmax=

m/s=1.2m/s。(3)若因故障电动机不能转动,则通过电动机线圈的电流为I'=

=

A=20A电动机消耗的电功率为P电'=UI'=2400W(由【3】得到)。答案

(1)6Ω

(2)1.2m/s

(3)20A

2400W1.闭合电路中的功率定点3闭合电路的功率和效率问题电源总功率任意电路:P总=EI=P出+P内纯电阻电路:P总=I2(R+r)=

电源内部消耗的功率P内=I2r=P总-P出电源的输出功率任意电路:P出=UI=P总-P内纯电阻电路:P出=I2R=

2.电源输出功率与外电路电阻的关系外电路为纯电阻电路时,电源的输出功率P出=I2R=

R=

=

。当R=r时,P出有最大值,即P出max=

,此时U外=

。电源的输出功率随外电阻R变化的图像如图所示。从图像中可以看出:

(1)当R<r时,若R增大,则P出增大;当R>r时,若R增大,则P出减小。即|R-r|越大时,P出越小;|R-r|越小时,P出越大;|R-r|=0时,P出最大。(2)当P出<P出max时,每个P出对应两个可能的外