【學案導學設計】高中物理 第二章 電路 電功率學案 粵教版選修31.doc

學案8電功率學習目標定位 1.知道并理解電功、電功率的概念，并能利用公式進行有關計算.2.弄清電功與電熱、電功率與熱功率的區(qū)別和聯(lián)系.3.知道純電阻電路和非純電阻電路的特點和區(qū)別一、電功和電功率1電功(1)定義：在一段電路中電場力所做的功稱電功，即通常說的電流所做的功(2)表達式：wuit，此式表明：電流在一段電路上所做的功等于這段電路兩端的電壓u、電路中的電流i和通電時間t三者的乘積(3)單位：國際單位制中電功的單位是j.2電功率(1)定義：單位時間內(nèi)電流所做的功稱為電功率(2)表達式pui.(3)單位：國際單位制中電功率的單位是w.二、焦耳定律和熱功率1. 焦耳定律公式：qi2rt.2熱功率(1)定義：一段電路因發(fā)熱而消耗的功率p熱稱為熱功率(2)公式：p熱i2r.三、閉合電路中的功率eiu外iu內(nèi)i，反映了閉合電路中的能量轉(zhuǎn)化關系ei表示電源提供的電功率，u外 i和u內(nèi)i分別表示外電路和內(nèi)電路上消耗的電功率.一、電功和電功率問題設計在日常生活中，經(jīng)常會用到家用小電器，例如電吹風、電熨斗等，它們都會分為幾擋，像電吹風可以吹暖風和熱風它們都是通過電流做功把電能轉(zhuǎn)化為熱能的(1)電流做功的實質(zhì)是什么？(2)設加在一段電路兩端的電壓為u，通過電路的電流為i，試推導t時間內(nèi)電流做功的表達式及電功率的表達式答案(1)因電流是自由電荷在電場力作用下定向移動形成的，電流做功實質(zhì)上是導體中恒定電場對自由電荷的電場力做功(2)t時間內(nèi)通過電路的總電荷量qit，電場力移動電荷做功wqu，故t時間內(nèi)電流做功wuit.又因為p，可得：pui.要點提煉1電流做了多少功，就有多少電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能，即電功等于電路中電能的減少量2電功的實質(zhì)：電流通過一段電路所做的功，實質(zhì)是電場力在這段電路中所做的功3電功率pui，表示電流做功的快慢二、焦耳定律和熱功率問題設計1某同學家中有一只電爐，電阻為50 ，試計算該電爐接到220 v電源上在100秒的時間內(nèi)消耗的電能和產(chǎn)生的熱量答案iwuitutt96 800 jqw96 800 j.2某同學家中有一電風扇，電阻為80 ，當加上220 v的電壓時電流為0.25 a，試計算該風扇工作100 秒時間消耗的電能和產(chǎn)生的熱量答案wuit5 500 jqi2rt500 j3通過上面的計算比較電爐和電風扇消耗的電能和產(chǎn)生的熱量之間的關系答案電爐消耗的電能和產(chǎn)生的熱量相等電風扇消耗的電能和產(chǎn)生的熱量不相等要點提煉1純電阻電路：電流通過純電阻電路做功時，電能全部轉(zhuǎn)化為導體的內(nèi)能wquiti2rtt；pp熱uii2r.2非純電阻電路：含有電動機或電解槽的電路稱為非純電阻電路wuitqi2rt；puip熱i2r.三、閉合電路中的功率問題設計根據(jù)閉合電路的歐姆定律，推導閉合電路中能量的轉(zhuǎn)化關系，并解釋各項的物理意義答案根據(jù)eu內(nèi)u外可得eiu內(nèi)iu外i，式中ei表示電源提供的電功率，u外i表示外電路上消耗的電功率；u內(nèi)i表示內(nèi)電路上消耗的電功率要點提煉1閉合電路中的能量轉(zhuǎn)化關系：eiu內(nèi)iu外i，對于純電阻電路該式可寫為eii2ri2r.電動勢反映了電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的能力2電源的效率100%100%.一、電功、電功率、焦耳熱、熱功率例1(單選)下列關于電功、電功率和焦耳定律的說法中不正確的是()a電功率越大，電流做功越快，電路中產(chǎn)生的焦耳熱一定越多bwuit適用于任何電路，而wi2rtt只適用于純電阻電路c在非純電阻電路中，uii2rd焦耳熱qi2rt適用于任何電路解析電功率公式p，表示電功率越大，電流做功越快對于一段電路，有焦耳熱qpt，可見q與t也有關，所以p越大，q不一定越大，a錯wuit是電功的定義式，適用于任何電路，而i只適用于純電阻電路，b對在非純電阻電路中，電流做的功焦耳熱其他形式的能，所以wq，即uii2r，c對qi2rt是焦耳熱的定義式，適用于任何電路，d對答案a二、純電阻電路中的功率分配及計算例2(單選)額定電壓都是110 v，額定功率pa100 w，pb40 w的燈泡兩盞，若接在電壓為220 v的電路上，使兩盞燈炮均能正常發(fā)光，且消耗功率最小的電路是()解析判斷燈泡能否正常發(fā)光，就要判斷電壓是否是額定電壓，或電流是否是額定電流，對燈泡有pui，可知rarb.對于a電路，由于rarb，所以ubua，所以有ub110 v，b燈燒毀，ua110 v，a燈不能正常發(fā)光對于b電路，由于rbra，a燈又并聯(lián)滑動變阻器，并聯(lián)電阻小于rb，所以ubu并，b燈燒毀，a燈不能正常發(fā)光對于c電路，b燈與滑動變阻器并聯(lián)電阻可能等于ra，所以可能uaub110 v，兩燈可以正常發(fā)光對于d電路，若滑動變阻器的有效電阻等于a、b的并聯(lián)電阻，則uaub110 v，兩燈可以正常發(fā)光比較c、d兩個電路，由于c電路中滑動變阻器功率為(iaib)110 v，而d電路中滑動變阻器功率為(iaib)110 v，所以c電路消耗電功率最小答案c三、非純電阻電路的特點及計算例3如圖1所示的電路中，電源電動勢e10 v，內(nèi)阻r0.5 ，電動機的電阻r01.0 ，電阻r11.5 .電動機正常工作時，電壓表的示數(shù)u13.0 v，求：圖1(1)電源釋放的電功率；(2)電動機消耗的電功率和將電能轉(zhuǎn)化為機械能的功率；(3)電源的輸出功率和效率解析(1)電動機正常工作時，總電流為i a2 a，電源釋放的電功率為p釋ei102 w20 w.(2)電動機兩端的電壓為ueiru1(1020.53.0) v6 v電動機消耗的電功率為p電ui62 w12 w電動機消耗的熱功率為p熱i2r0221.0 w4 w電動機將電能轉(zhuǎn)化為機械能和內(nèi)能，根據(jù)能量守恒得p機p電p熱12 w4 w8 w(3)電源的輸出功率為p出p釋p內(nèi)p釋i2r(20220.5) w18 w，100%100%90%.答案(1)20 w(2)12 w8 w(3)18 w90%針對訓練一臺電動機內(nèi)阻為1 ，接到120 v的電源上當電動機工作時，電流為10 a問：(1)電動機輸入功率是多少？(2)電動機發(fā)熱功率是多少？(3)輸出的機械功率是多少？答案(1)1 200 w(2)100 w(3)1 100 w解析(1)電動機的輸入功率p電ui12010 w1 200 w.(2)電動機的發(fā)熱功率p熱i2r1021 w100 w.(3)輸出的機械功率p機p電p熱1 200 w100 w1 100 w.1(功率pui，pi2r，p的區(qū)別)(雙選)關于三個公式pui，pi2r，p的適用范圍，以下說法正確的是()a第一個公式普遍適用于求電功率，后兩式普遍適用于求熱功率b在純電阻電路中，三個公式既可適用于求電功率，又可適用于求熱功率c在非純電阻電路中，第一個公式可適用于求電功率，第二個公式可用于求熱功率，第三個公式?jīng)]有意義d由uir可知，三個公式?jīng)]有任何區(qū)別，它們表達相同的意義，所求p既是電功率，也是熱功率答案bc解析首先要明確，歐姆定律uir只適用于純電阻電路，因此三個公式在純電阻電路中沒有區(qū)別，但在非純電阻電路中它們互不相同其次，pui表示電功率，而pi2r表示熱功率因此，在純電阻電路中，uii2r，消耗的電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；而在非純電阻電路中，uii2r，即消耗的電能只有部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能2(非純電阻電路的特點)(單選)如圖2所示，直流電動機線圈的電阻為r，電源內(nèi)阻為r.當該電動機正常工作時，電動機兩端電壓為u，通過電動機的電流為i，則()圖2a電動機內(nèi)部的發(fā)熱功率為i2rb電動機的機械功率為iuc電動機的總功率為i(rr)d電動機機械功率為iui2r答案a3(非純電阻電路)(雙選)一臺電動機的線圈電阻與一只電爐的電阻相同，都通過相同的電流，在相同時間內(nèi)()a電爐放熱與電動機放熱相等b電爐兩端電壓小于電動機兩端電壓c電爐兩端電壓等于電動機兩端電壓d電動機消耗的功率等于電爐的功率答案ab解析電爐屬于純電阻元件，電動機屬于非純電阻元件，對于電爐有：uir，放熱qi2rt，消耗功率pi2r.對于電動機有：uir，放熱qi2rt，消耗功率puii2r.4(純電阻電路功率的計算)有規(guī)格為“220 v1000 w”的電爐，問它在正常工作時的電阻；如果電壓只有200 v，求它實際消耗的功率答案48.4 826.4 w解析由于電爐是純電阻電路，故p，則r 48.4 當電壓為200 v時，則實際消耗的功率p w826.4 w題組一電功率的理解及有關計算1(單選)下列關于電功率的說法中，正確的是()a用電器的額定功率與用電器的實際電壓和實際電流有關b用電器的實際功率取決于用電器的額定功率c白熾燈正常工作時，實際功率等于額定功率d電功率越小，則電流做功越少答案c解析用電器的額定功率是它正常工作時的功率，其值是由用電器本身的結構決定的，與實際電流和實際電壓無關，故a錯，c對；用電器實際功率的大小是由加在它兩端的電壓和通過它的電流決定的，b錯；電流做功的多少不僅與功率的大小有關，還與通電時間有關，d錯2(單選)一白熾燈泡的額定功率與額定電壓分別為36 w與36 v若把此燈泡接到輸出電壓為18 v的電源兩端，則燈泡消耗的電功率()a等于36 wb小于36 w，大于9 wc等于9 w d小于9 w答案b解析白熾燈在正常工作時的電阻為r，由p變形得r36 ，當接入18 v電壓時，假設燈泡的電阻也為36 ，則它消耗的功率為pw9 w，但是當燈泡兩端接入18 v電壓時，它的發(fā)熱功率小，燈絲的溫度較正常工作時的溫度低，其電阻率小，所以其電阻要小于36 ，其實際功率要大于9 w，故選項b正確3(單選)三只電阻r1、r2和r3按如圖1所示連接，在電路的a、b端加上恒定電壓后，電阻r1消耗的功率最大，則三只電阻的阻值大小關系為()圖1ar1r2r3br2r1r3cr3r2r1 dr1r3r2答案b解析電阻r1、r2并聯(lián)，電阻兩端的電壓相等，因為電阻r1消耗的功率最大，由功率公式p，可判斷r2r1，由串、并聯(lián)電路的特點可知，通過電阻r1的電流小于通過電阻r3的電流，根據(jù)功率公式pi2r，可判斷r1r3，故選b.題組二焦耳定律的理解及應用4(單選)通過電阻r的電流為i時，在t時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量為q，若電阻為2r，電流強度為，則在時間t內(nèi)產(chǎn)生的熱量為()a4q b2qc. d.答案d解析根據(jù)qi2rt得，當電阻為2r，電流強度為時，在時間t內(nèi)產(chǎn)生的熱量q()22rti2rt，d正確5(單選)把兩根電阻相同的電熱絲先串聯(lián)后并聯(lián)分別接在同一電源上，若要產(chǎn)生相等的熱量，則兩種方法所需的時間之比t串t并為()a11b21c41d14答案c解析設每根電熱絲電阻為r，則r串2r，r并.由qwt得t串t并41.題組三非純電阻電路的特點6(單選)如圖2所示，有一內(nèi)電阻為4.4 的電解槽和一盞標有“110 v60 w”的燈泡串聯(lián)后接在電壓為220 v的直流電源兩端，燈泡正常發(fā)光，則()圖2a電解槽消耗的電功率為120 wb電解槽的發(fā)熱功率為60 wc電解槽消耗的電功率為60 wd電路消耗的總功率為60 w答案c解析燈泡能正常發(fā)光，說明電解槽和燈泡均分得110 v電壓，且干路電流ii燈 a，則電解槽消耗的電功率pp燈60 w，a錯，c對；電解槽的發(fā)熱功率p熱i2r內(nèi)1.3 w，b錯；整個電路消耗的總功率p總220 w120 w，d錯7(單選)額定電壓、額定功率均相同的電風扇、電烙鐵和日光燈，各自在額定電壓下正常工作了相同的時間比較它們產(chǎn)生的熱量，結果是()a電風扇最多b電烙鐵最多c日光燈最多d一樣多答案b解析在三種用電器中，只有電烙鐵是純電阻用電器將電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，故b選項正確8(單選)如圖3所示的電路中，輸入電壓u恒為12 v，燈泡l上標有“6 v12 w”字樣，電動機線圈的電阻rm0.50 .若燈泡恰能正常發(fā)光，以下說法中正確的是()圖3a電動機的輸入功率為24 wb電動機的輸出功率為12 wc電動機的熱功率為2.0 wd整個電路消耗的電功率為22 w答案c解析電動機為非純電阻元件，歐姆定律對電動機不再適用燈泡l正常發(fā)光，則il2 a，所以電路中的電流i2 a，故整個電路消耗的總功率p總ui24 w，d選項錯電動機的輸入功率p入p總pl12 w，a選項錯電動機的熱功率p熱i2rm2.0 w，c選項正確電動機的輸出功率為p入p熱10 w，b選項錯9(雙選)如圖4所示，一臺電動機提著質(zhì)量為m的物體，以速度v勻速上升已知電動機線圈的電阻為r，電源電動勢為e，通過電源的電流為i，當?shù)刂亓铀俣葹間，忽略一切阻力及導線電阻，則()圖4a電源內(nèi)阻rrb電源內(nèi)阻rrc如果電動機轉(zhuǎn)軸被卡住而停止轉(zhuǎn)動，較短時間內(nèi)電源消耗的功率將變大d如果電動機轉(zhuǎn)軸被卡住而停止轉(zhuǎn)動，較短時間內(nèi)電源消耗的功率將變小答案bc解析本題主要考查歐姆定律適用范圍、電功和電熱的區(qū)別，要求學生熟練掌握歐姆定律，電功率及焦耳定律的應用由于電動機是非純電阻元件，歐姆定律不再適用，電動機的輸入功率p1ui，熱功率p2i2r，輸出功率p3mgv，p1p2p3，可解得：uir，又由閉合電路歐姆定律得：euir，解得：rr；當電動機被卡住時，電動機變成純電阻元件，總電流i總，電流增大，故電源消耗的功率p增大，所以選項b、c正確題組四綜合應用10如圖5所示，電源電動勢e30 v，內(nèi)阻r1 ，燈泡上標有“6 v12 w”字樣，直流電動機線圈電阻r2 ，若燈泡恰好能正常發(fā)光，求電動機輸出的機械功率圖5答案36 w解析因燈泡正常發(fā)光，所以i a2 au內(nèi)ir21 v2 v所以電動機兩端電壓為umeu內(nèi)u30 v2 v6 v22 v電動機輸出的機械功率為p機umii2r222 w222 w36 w.11如圖6所示的電路中，電爐電阻r10 ，電動機線圈的電阻r1 ，電路兩端電壓u100 v，電流表的示數(shù)為30 a，求通過電動機的電流強度為多少？通電一分鐘，電動機做的有用功為多少？圖6答案20 a9.6104 j解析題圖中的兩個支路分別為純電阻電路(電爐)和非純電阻電路(電動機)在純電阻電路中可運用歐姆定律i直接求出電流強度，而非純電阻電路中的電流強度只能運用