新教材粤教版高中物理必修第三册备课教学资料-电路中的能量.docx

第五章电能与能源的可持续发展第一节电路中的能量学习目标:1.［物理观念］理解电功、电功率的概念并能进行相关的计算2・［物 理观念］知道焦耳定律，知道电功率与热功率的区别和联系3.［科学思维］知道纯 电阻电路和非纯电阻电路的区别，会结合实际问题区分电功和电热4.［科学思 维］理解闭合电路的各种功率及相关运算探新知契g理整知俱梳理一、电功和电功率1. 电功(1) 定义：电流通过一段电路时，自由电荷在电场力的推动下做定向移动，电 场力对旦由电荷所做的功，称为电功2)公式：W=mt，单位：焦耳，符号:J2. 电功率(1) 定义：电流做功与完成这些功所用时间之比叫作电功率W(2) 公式：P= =以，单位：瓦特，符号：W,1 kW=103 Wt二焦耳定律1 .焦耳定律(1)内容：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，与导体的电阻及 通电时间成正比⑵公式：Q=IR2.热功率：一段电路因发热消耗的功率，P=I2RO三、闭合电路中的能量电源的功率电源的输出功率电源的内耗功率公式P=EIP =U I出—外■-P =U I内 —■内-意义电源提供电能的功率外电路消耗电能的功率内电路消耗电能的功率关系P=P出^—基础自泗| —匚j基硕自测二1. 正误判断(正确的打“/”，错误的打“X” )(1) 电流通过导体做的功越多，电功率越大。

(X)(2) 电炉、电烙铁、电热毯、电饭锅等用电器，由于电流通过时，电能全部转化为内能，故为纯电阻 (")⑶电动机、电解槽等用电器，电流通过时电能除转化为内能外，还转化为其 他形式的能，故为非纯电阻 (")(4) 不论纯电阻电路还是非纯电阻电路，计算焦耳热时仍可用P热=UIX)(5) 不论何种电路，计算电功时均可用W=UIto (V)2 .关于电功和电热的计算，下列说法正确的是()A.如果是纯电阻电路，电功可用公式W=UIt计算，也可用公式W=l2Rt计算B・如果是纯电阻电路，电热可用公式W=IR计算，但不能用公式W=UIt 计算C・如果不是纯电阻电路，电功只能用公式W=l2Rt计算D.如果不是纯电阻电路，电热可用公式W=l2Rt计算，也可用公式W=UIt 计算A ［纯电阻电路，根据能量守恒，电功和电热相等，电功可用公式 W=UIt 计算，也可用公式W=I2Rt计算，故A正确，B错误；非纯电阻电路，电功用公 式W=UIt计算，故C错误；非纯电阻电路，电热用公式W=I2Rt计算，故D错 误］3. 当电阻两端加上某一稳定电压时，通过该电阻的电荷量为0.3 C，消耗的 电能为0・9 J为在相同时间内使0・6C的电荷量通过该电阻，在其两端需加的电 压和消耗的电能分别是()A. 3 V,1.8 J B. 3 V3.6 JC. 6 V,1.8 J D. 6 V3.6 JD ［根据公式W=Uq可知，当通过该电阻的电荷量为0.3 C，消耗的电能为 0.9 J时，电阻的两端电压为3 V，此时的电流为I;若在相同时间内使0・6 C的电荷量通过该电阻，表明后者的电流是前者的二倍，则说明后者的电压也是前者的 二倍，即在其两端需加的电压为3 VX2=6 V,消耗的电能为W=6 VX0.6 C=3・6 J,选项D正确。

］ 除枣更噩着合作探究攻重雅芝壮卖利燧… 1.对电功的理解(1) 从力的角度看，电流做功的实质是电场力对自由电荷做功2) 从能的角度看，电流做功过程是电能转化为其他形式的能的过程，电功的 大小表示电能的减少量，标志着电能转化为其他形式的能的多少3)电功W=UIt=qU对任何电路都适用2. 串、并联电路中的功率关系串联电路并联电路功率分配P1=R1P2 R2P1=R2P2=R1功率关系P=P]+P2 \~PnP=P1+P2+ +Pn3.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=口额I0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例1】 额定电压都是110 V，额定功率P甲=100 W, P乙=40 W的电灯两盏，若接在电压是220 V的电路上，使两盏电灯均能正常发光，且电路中消耗功 率最小的电路是()ip 乙 乙卜上-□_0_0_o °―甲 ~~°a a甲 ― r—i0__ * 乙 ＜_O fL-®—c b思路点拨：C ［对灯泡有P=UI=〒，可知：R甲逐乙，对于A电路，由于R 检乙，所以U乙〉U甲，且有U乙＞110 V，乙灯被烧毁，U甲＜110 V不能正常发光，A错误；对于B电路，由于R乙＞&甲，甲灯又并联变阻器，并联电阻更小于R乙，所以 U乙〉U并，乙灯被烧毁；对于C电路，乙灯与变阻器并联，电阻可能等于R甲，所以可能U甲="乙=110 V，两灯可以正常发光；对于D电路，若变阻器的有效电阻等于甲、乙的并联电阻，则U甲=〃乙= 110 V，两灯可以正常发光。

比较C、D两个电路，由于C电路中变阻器功率为(I甲一I乙)X110，而D电路 中变阻器功率为(I甲+I乙)X110，所以C电路消耗电功率最小］厂规律t方法 、功率求解的技巧(1) 在纯电阻电路中，比较用电器的电功率时，要根据已知条件灵活选用公式，. .一 . 一 ... 一. .一 ..一 U2 如用电器电流相同时，用P=I2R比较，若电压相同时用P=R比较，若电阻相同 时，可根据I或U的关系比较2) 求解串、并联电路中的功率分配问题，比例法求解会使问题简化，但一定 要明确是正比还是反比关系3) 当求解用电器的功率时，要明确求解的是什么功率，实际功率与额定功率不一定相等［跟进训练］1.电阻R1、R2的I-U图像如图所示，则下列说法正确的是()Q __： ； Uu 1 2 3A. R1 : R2=3 : 1B. 将R1与R2串联后接于电源上，则电压比U1 : U2=1 : 3C・将R1与R2并联后接于电源上，则电流比I1 :I2=1 : 3D,将R1与R2并联后接于电源上，则功率比P1 : P2=1 : 31 3B ［由I-U图象可知R］ : R2=1 : 1=1 : 3,选项A错误；将R1与R2串联后 接于电源上，则通过两电阻的电流相等，由欧姆定律U=IR可得U1 : U2=R1 : R2 =1 : 3,选项B正确；将R1与R2并联后接于电源上，则两电阻两端的电压相等， 由欧姆定律 I=R可得 I1 : I2=R2 : R1=3 : 1,由 P=R可得 P1 : P2=R2 : R1= 3 : 1,故选项C、D错误。

］1.纯电阻电路和非纯电阻电路(1)常用的电灯泡、电炉子等为纯电阻电路；电动机、电解槽等为非纯电阻电路2) 纯电阻电路服从欧姆定律，而非纯电阻电路不完全服从欧姆定律3) 纯电阻电路电流做功时，电能全部转化为电热；而非纯电阻电路，电流做 功将电能一部分转化为电热，一部分转化为机械能或其他形式的能2. 电功与电热纯电阻电路非纯电阻电路电功U2W-UIt-l2Rt^rt RW—UIt电热… U2Q—Ult—I2Rt— r tQ—l2Rt关系W-QW>Q3. 电功率与热功率纯电阻电路非纯电阻电路电功率U2P —UI—I2R— D 电 RP —UI电热功率U2P —UI—I2R— « 热 RP 热—I2R关系P —P 电 热P电＞「热【例2】 规格为“220 V 36 W”的排气扇，线圈电阻为40 d 求：(1) 接上220 V的电压后，求排气扇转化为机械能的功率和发热的功率；(2) 如果接上220 V的电压后，扇叶被卡住，不能转动，求电动机消耗的功率 和发热的功率P -.思路点拨：(1)额定电压下，电流可据I=U求出2) 机械功率可通过P =P -P求出机 电 热(3) 电动机不工作时，220 V电压全加在40 d电阻上，电动机此时即为“电 阻”。

［解析］(1)排气扇在220 V的电压下正常工作时的电流为：i=u=22qA^0.16 a，发热功率为：P =IiR=(0.16)2X40 W^1 W热转化为机械能的功率为：P 机=P-P 热=36 W-1 W=35 W2) 扇叶被卡住不能转动后，电动机成为纯电阻电路，电流做功全部转化为热 能，此时电动机中电流为・ U 220a ，I =R="40A=5.5 A,电动机消耗的功率即发热功率:P 电'=P 热'=UT=220X 5.5 W=1 210 W［答案］(1)35 W 1 W (2)1 210 W 1 210 W***■・• • ■ ■・• ■ ■ 电功、电热的计算方法(1) 判断电路中的用电器是纯电阻用电器还是非纯电阻用电器2) 分析各用电器之间的连接方式，对纯电阻电路，计算时可以利用串联电路 的分压特点或并联电路的分流特点⑶由所求问题选取合适的公式，在非纯电阻电路中计算电功只能用W=UIt9 计算电热只能用Q=IR，欧姆定律的变形式在纯电阻电路中才能通用4) 对于含电动机的电路，电动机转动时是非纯电阻用电器，电动机不转动时 是纯电阻用电器L >［跟进训练］2.如图所示的电路中，输入电压U恒为12 V，灯泡L标有“6 V,12 W ”字 样，电动机线圈的电阻Rm=0.5。

若灯泡恰能正常发光，则下列说法中正确的 是()A.电动机的总功率是72 WB・电动机的热功率是1 WC・电动机的输出功率是10 WD.整个电路消耗的电功率是22 WC ［电动机两端的电压为U1=U-Ul=(12-6) V=6 V，整个电路中的电流为PI=U=2 A,所以电动机消耗功率为P=U1I=6X2 W=12 W,故A错误；电动机的热功率为P热=I2RM=22X0.5 W=2 W,故B错误；电动机的输出功率为P出= P-P热=(12-2) W=10 W,故C正确；整个电路消耗的功率为P总=UI=12X2 W =24 W,故D错误］逮点* 电源的功率和效率帝fit境引入・助学勘鼓闭合电路中，电源电动势为£,内、外电路的电阻分别是，和起，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？提示：EIt l2Rt I2rt EIt=l2Rt+l2rt~~1.电源的输出功率P 出= UI=I2R=(r^ERj2R=(R-E2R-4Rr=(R-El '由此式可看出'当 R-4r=r时’p出有最大值’即Pm=4R=4。

2. 讨论如图所示1)当R=r时’输出功率最大’P出=孕2) 当Rr时，若R增大'则P出减小3) 除R=r外'图像上总有两点输出功率P出相等'如图中R1与R2'则由EEExr1=Exr2整理得：R1R2=r203. 电源的效率⑴定义：输出功率跟电路消耗的总功率的比值，UI_U 即"—EI~E。