2024-2025年《金牌学案》物理人教版必修第3册教师用书配套PPT课件：23　第五章　第一节　电路中的能量.pptx

第一节电路中的能量,第一节电路中的能量,第五章电能与能源的可持续发展,学习任务,1,理解电功、电功率的概念并能进行相关的计算,2,理解焦耳定律，知道电功率与热功率的区别和联系,3,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,理解闭合电路的各种功率及相关运算,必备知识,自主预习储备,知识点一电功和电功率,1,电功,(1),定义：电流通过一段导体时，电场力推动自由电荷定向移动，此时,_,对自由电荷所做的功,(,也叫电流做的功,),(2),公式：,W,_,(3),国际单位：,_,，符号为,_,电场力,UIt,焦耳,J,2,电功率,(1),定义：电流做的功与完成这些功所用,_,之比,(2),公式：,P,_,(3),单位：,_,，符号：,_,提醒,P,适用于任何功率的计算，,P,UI,是计算电功率普遍应用的式子,时间,UI,瓦特,W,知识点二焦耳定律,1,焦耳定律,(1),内容：电流通过导体产生的热量与,_,成正比，与导体的,_,及,_,成正比,(2),表达式：,Q,_,2,热功率,(1),热功率：一段电路因发热消耗的功率，,P,_,(2),物理意义：表示电流,_,的物理量,电流的二次方,电阻,通电时间,I,2,Rt,I,2,R,发热快慢,知识点三闭合电路中的能量,1,电源提供的电功率为,_,2,外电路上消耗的电功率为,_,3,内电路上消耗的电功率为,_,4,闭合电路中的功率关系：,_,EI,U,外,I,U,内,I,EI,U,外,I,U,内,I,体验,1,思考辨析,(,正确的画,“”,，错误的画,“,”,),(1),电功率越大，电流做功一定越快,(,),(2),任何电路都有,W,Q,，即,UIt,I,2,Rt,(,),(3),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，计算焦耳热时均可用,P,热,UI,(,),2,填空,通过电阻,R,的电流为,I,时，在,t,时间内产生的热量为,Q,若电阻为,R,电流为,2,I,则在时间,内产生的热量为,_,_,2,Q,关键能力,情境探究达成,电风扇接上电源后，电风扇转动起来，电风扇消耗的电功率和机械功率及热功率关系怎样？是纯电阻电路还是非纯电阻电路？,提示：,电功率等于机械功率与热功率之和，是非纯电阻电路,.,考点,1,电功和电功率电热和热功率,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，电流做功的过程是电能转化为其他形式的能的过程，电功的大小度量了电能的减少量，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,对电功率的理解,(1),电功率,P,UI,对任何电路都适用,(2),额定功率和实际功率,额定功率：用电器正常工作所消耗的功率,实际功率：用电器在实际电压下电流做功的功率,3,电热和热功率,【典例,1,】,(,多选,),有一内阻为,4.4,的直流电动机和一盏标有,“,110 V,60 W,”,的灯泡串联后接在电压为,220 V,的直流电源两端，灯泡正常发光，则,(,),A,直流电动机消耗的电功率为,120 W,B,直流电动机的发热功率为,60 W,C,直流电动机消耗的电功率为,60 W,D,电路消耗的总功率为,120 W,思路点拨,：,(1),流过电动机和灯泡的电流相等,(2),根据公式,P,UI,和,P,I,2,r,计算电功率和热功率,CD,“,灯泡正常发光,”,说明灯泡的实际电压为,110 V,，电流,I,A,A,，电动机两端的电压为,110 V,，电动机消耗的电功率为,110 V,A,60 W,，选项,A,错误，,C,正确；直流电动机的发热功率为,4.4 W,1.3 W,，选项,B,错误；电路消耗的总功率为,220 W,120 W,，选项,D,正确,.,规律方法,四个电学公式的适用范围,(1),电功,W,UIt,qU,普遍适用,(2),I,为电流的定义式，普遍适用,(3),I,只适用于纯电阻电路,(4),电热,Q,I,2,Rt,普遍适用,跟进训练,1,某工程师设计了一个多挡的发热电路，通过开关,S,1,、,S,2,的闭合或断开来实现电路如图所示，,R,1,4,R,0,，,R,2,3,R,0,，,R,3,2,R,0,，,R,4,R,0,M,、,N,加恒定电压，最小功率为,100 W,，则电路的最大功率,为,(,),A,1000 W,B,200 W,C,333 W,D,520 W,D,M,、,N,加恒定电压，令电压为,U,，根据,P,可知，电路总电阻最小时，电路消耗功率最大，可知此时开关,S,1,、,S,2,均闭合，此时,R,1,、,R,2,、,R,3,并联，并联电阻满足,，解得,R,并,，此时电路消耗功率最大，则有,P,max,，当开关,S,1,、,S,2,均断开，电路总电阻最大，电路消耗功率最小，此时最小功率为,100 W,，则有,P,min,，解得,P,max,520 W,，故选,D.,考点,2,纯电阻电路和非纯电阻电路,1,纯电阻电路和非纯电阻电路,(1),常用的白炽灯、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,项目,纯电阻电路,非纯电阻电路,能量,转化,情况,电功和电热的关系,W,Q,即,IUt,I,2,Rt,t,W,Q,E,其他,UIt,I,2,Rt,E,其他,2,纯电阻电路和非纯电阻电路的比较,项目,纯电阻电路,非纯电阻电路,电功率和热功率,的关系,P,P,热,即,IU,I,2,R,P,P,热,P,其他,即,IU,I,2,R,P,其他,欧姆定律是否成立,U,IR,，,I,成立,U,IR,，,I,不成立,【典例,2,】,小明准备参加玩具赛车比赛，他想通过实验挑选一只能量转换效率较高的电动机，实验时他先用手捏住电动机的转轴，使其不转动，然后放手，让电动机正常转动，分别将,2,次实验的有关数据记录在表格中,电动机的电压,/V,电动机工作状态,通过电动机的电流,/A,0.2,不转动,0.4,2.0,正常转动,1.0,请问：,(1),这只电动机线圈的电阻为多少？,(2),当电动机正常工作时，转化为机械能的功率是多少？,(3),当电动机正常工作,1,分钟时，电动机消耗的电能是多少？,(4),该玩具的电动机正常工作时，电能转化为机械能的效率是多少？,思路点拨：,解析,(1),电动机不转动时，是纯电阻电路，根据欧姆定律得,R,0.5.,(2),当电动机正常工作时,P,机,UI,I,2,R,(2,1,1,2,0.5)W,1.5 W.,(3),当电动机正常工作,1,分钟时，电动机消耗的电能,E,UIt,2,1,60 J,120 J,.,(4),电能转化为机械能的效率,100%,100%,75%.,答案,(1)0.5,(2)1.5 W,(3)120 J,(4)75%,规律方法,电动机电路的分析与计算,跟进训练,2,(,多选,),某手持小风扇额定电压为,5 V,，额定电流为,0.2 A,，内部电动机的线圈电阻为,5,，则下列说法正确的是,(,),A,小风扇可把电池的电能完全转化为机械能,B,正常工作时，电动机的发热功率为,0.2 W,C,正常工作时，电动机的输出功率为,1 W,D,若小风扇正常工作时被卡住，流过的电流将变大,BD,小风扇可把电池的电能部分转化为机械能，另一部分转化为内能，故,A,错误；正常工作时，电动机的发热功率为,P,热,I,2,r,0.2,2,5 W,0.2 W,，故,B,正确；正常工作时，电动机的输出功率为,P,机,UI,P,热,5,0.2 W,0.2 W,0.8 W,，故,C,错误；若小风扇正常工作时被卡住，则可以视为纯电阻电路，流过的电流,I,，将变大，故,D,正确,.,考点,3,闭合电路的功率和效率,1,闭合电路的能量关系,由闭合电路欧姆定律,E,U,外,U,内,得闭合电路的能量关系：,qE,qU,外,qU,内,此式反映了电源克服静电力做的功等于内、外电路消耗的电能之和,2,闭合电路的功率关系,由,式可得：,闭合电路的功率关系为：,EI,IU,外,IU,内,其中，电源的总功率：,P,总,EI,；电源内部功率,P,内,IU,内,I,2,r,；电源输出功率,P,出,IU,外,3,对于纯电阻电路，电源的输出功率,P,出,I,2,R,R,，当,R,r,时，电源的输出功率最大，其最大输出功率为,P,m,电源输出功率随外电阻变化的曲线如图所示,4,电源的效率：指电源的输出功率与电源的总功率之比，即,对于纯电阻电路，电源的效率,，所以当,R,增大时，效率,提高当,R,r,(,电源有最大输出功率,),时，效率仅为,50%,【典例,3,】,如图所示，已知电源电动势,E,5 V,，内阻,r,2,，定值电阻,R,1,0.5,，滑动变阻器,R,2,的阻值范围为,0,10,(1),当滑动变阻器,R,2,的阻值为多大时，电阻,R,1,消耗的功率最大？最大功率是多少？,(2),当滑动变阻器的阻值为多大时，滑动,变阻器,消耗,的功率最大？最大功率是多少？,(3),当滑动变阻器的阻值为多大时，电源的输出功率最大？最大输出功率是多少？,思路点拨,：,(1),求解定值电阻消耗的最大功率时，根据,P,I,2,R,可知，只要电流满足最大即可,(2),求解可变电阻消耗的最大功率时，因为电流随电阻的变化而变化，要利用电源的输出功率与外电阻的关系进行求解,解析,(1),定值电阻,R,1,消耗的电功率为,P,1,I,2,R,1,，可见当滑动变阻器的阻值,R,2,0,时，,R,1,消耗的功率最大，最大功率为,P,1m,2 W.,(2),将定值电阻,R,1,看成电源内阻的一部分，则电源的等效内阻,r,R,1,r,2.5,，则当滑动变阻器的阻值,R,2,r,2.5,时，滑动变阻器消耗的功率最大，最大功率为,P,2m,r,2.5 W.,(3),由电源的输出功率与外电阻的关系可知，当,R,1,R,2,r,，即,R,2,r,R,1,(2,0.5),1.5,时，电源有最大输出功率，,P,出,m,r,3.125 W.,答案,(1)0,2 W,(2)2.5,2.5 W,(3)1.5,3.125 W,规律方法,分析闭合电路中的功率、效率问题的两点注意,(1),对于电源来说，外电路电阻越大，路端电压越大，电源的效率越高，但电源的输出功率不一定越大，只有当外电路电阻越接近于电源内阻时，输出功率才越大,(2),电源的总功率，计算式为,P,IE,(,普遍适用,),，,P,I,2,(,R,r,)(,只适用于外电路为纯电阻的电路,),跟进训练,3,将一电源与一电阻箱连接成闭合回路，测得电阻箱所消耗功率,P,随电阻箱读数,R,变化的曲线如图所示，由此可知,(,),A,电源最大输出功率可能大于,45 W,B,电源内阻等于,5,C,电源电动势为,45 V,D,电阻箱所消耗功率,P,最大时，电源,效,率,大于,50%,B,将一电源与一电阻箱连接成闭合电路，电阻箱所消耗功率,P,等于电源输出功率,.,由电阻箱所消耗功率,P,随电阻箱读数,R,变化的曲线可知，电阻箱所消耗功率,P,最大为,45 W,，所以电源最大输出功率为,45 W,，,A,错误；由电源输出功率最大的条件可知，电源输出功率最大时，外电路电阻等于电源内阻，所以电源内阻等于,5,，,B,正确；电阻箱所消耗功率,P,的最大值为,45 W,，此时电阻箱读数为,R,5,，电流,I,3 A,，电源电动势,E,I,(,R,r,),30 V,，,C,错误；电阻箱所消耗功率,P,最大时，电源效率为,50%,，,D,错误,.,学习效果,随堂评估自测,1,(,多选,),甲、乙两只普通照明灯泡的铭牌如图所示，下列说法正确的是,(,),A,甲灯的实际功率一定总是,40 W,B,将乙灯接入,1。