純電阻電路和非純電阻電路

1、非純電阻電路電功及電功率問題例析從能量轉(zhuǎn)化的角度看，純電阻電路是將電能全部轉(zhuǎn)化為熱能，即電功等于電熱。例如：日常生活中的白熾燈、電爐子、電飯鍋等純電阻電路工作時(shí)W=Q。而非純電阻電路是電流做功將電能主要轉(zhuǎn)化為其他形式的能量，但還有一部分電能轉(zhuǎn)化為了熱能，此時(shí)電功大于電熱。例如：在電動機(jī)轉(zhuǎn)動、電鈴、蓄電池(充電)等這些非純電阻的電路中WQ。特別是涉及非純電阻電路的有關(guān)電功、電熱、電功率和發(fā)熱功率的計(jì)算，學(xué)生極容易混淆。一、公式分析1電功由W=UIt根據(jù)歐姆定律I=可推導(dǎo)得到W=I2Rt和，但歐姆定律公式I=只適用于純電阻電路，所以W=I2Rt和W=t只對純電阻電路適用，即W=UIt適用于所有電路

2、，W=I2Rt和只適用于純電阻電路。2電功率同樣道理，由P=UI和I=可推導(dǎo)得到P=I2R和P=，而P=I2R和P=也只適用于純電阻電路，即P=UI適用于所有電路，P=I2R和P=只適用于純電阻電路。3電熱由焦耳定律公式Q=I2Rt和I=可推導(dǎo)得到Q=UIt和Q=t ，很明顯Q=UIt和Q=t 只對純電阻電路適用，即Q=I2Rt適用于所有電路，Q=UIt和Q=t 只適用于純電阻電路。以電動機(jī)為例，同學(xué)們在遇到非純電阻電路時(shí)，可牢記以下公式，解答所消耗的電能和產(chǎn)生的熱能。電動機(jī)工作時(shí)所消耗的電能大部分轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，一小部分才轉(zhuǎn)化為熱能。因此，在計(jì)算電動機(jī)電路可用以下公式。電流做功是所消耗的總能量

3、W總=UIt；工作時(shí)所產(chǎn)生的熱能Q=W熱=I2Rt；所轉(zhuǎn)化的機(jī)械能W機(jī)W總-W熱UIt-I2Rt。電流做功的功率P總=UI；其發(fā)熱功率P熱=I2R；轉(zhuǎn)化的機(jī)械能功率P機(jī)=P總-P熱UI-I2R。二、例題解析例1 一個(gè)電動機(jī)的線圈電阻是4.4，當(dāng)把它接在220V電壓下工作10min。已知：通過線圈的電流是5A,這時(shí)電動機(jī)做功_J， 線圈產(chǎn)生的熱量是_J。解析：電動機(jī)為非純電阻電路，求電流所做的功只能用W=UIt=220V5A600s=6.6105；求電流產(chǎn)生的熱量只能用Q=I2Rt=(5A)24.4600s=6.6104J?！军c(diǎn)評】電動機(jī)是將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的機(jī)器，其中只有部分能量消耗在線圈發(fā)熱

4、上，是一個(gè)非純電阻電路，計(jì)算電流做功只能用W=UIt，計(jì)算電熱只能用Q=I2Rt。例2某電動機(jī)線圈電阻為1，接在220V的直流電壓下，工作電流為1A，則電動機(jī)消耗的電功率為_W；發(fā)熱損耗的電功率為_ W ；轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的功率為_ W。解析：電動機(jī)消耗的電功率為總功率P總=UI=220V1A= 220W；發(fā)熱損耗的電功率 P熱= I2 R=1A）21=1W ；轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的功率為 P機(jī) = P總 P熱 =220W - 1W = 219W【點(diǎn)評】在非純電阻電路中計(jì)算電功率的三個(gè)公式P = UI 、 P = I2 R、P=不能等效互換，其中公式P = UI可計(jì)算電動機(jī)消耗的總功率；P = I2 R只

5、能計(jì)算發(fā)熱損耗的電功率；P=已不能再用。轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的功率可用電動機(jī)消耗的總功率減去發(fā)熱損耗的電功率即可。例3小華準(zhǔn)備參加玩具賽車比賽，她想通過實(shí)驗(yàn)挑選一只能量轉(zhuǎn)換效率較高的電動機(jī)，實(shí)驗(yàn)時(shí)她先用手捏住電動機(jī)的轉(zhuǎn)軸，使其不轉(zhuǎn)動，然后放手，讓電動機(jī)正常轉(zhuǎn)動，分別將2次實(shí)驗(yàn)的有關(guān)數(shù)據(jù)記錄在表格中。請問：(1)這只電動機(jī)線圈的電阻為多少？(2)當(dāng)電動機(jī)正常工作時(shí)，轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的功率是多少？(3)該玩具電動機(jī)正常工作時(shí)電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的效率是多少？電動機(jī)的電壓/V電動機(jī)工作狀態(tài)通過電動機(jī)的電流/A0.2不轉(zhuǎn)動0.42.0正常轉(zhuǎn)動1.0解析：（1）根據(jù)線圈不轉(zhuǎn)動時(shí)是純電阻電路可求出線圈電阻：R=0.5 （

6、2）電動機(jī)正常工作時(shí)消耗的總的電功率：P總=U2I2=2V1A=2W，正常工作時(shí)發(fā)熱的功率：P熱=I2R=0.5 W，轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的功率：P機(jī)= P總-P熱=1.5 W （3）轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的效率：=75?！军c(diǎn)評】本題是典型的純電阻電路和非純電阻電路的結(jié)合，許多學(xué)生對電動機(jī)轉(zhuǎn)動和不轉(zhuǎn)動狀態(tài)時(shí)的電路不知如何分析，再加上題中各有2個(gè)電壓值和電流值，學(xué)生在解題時(shí)更是無所適從。電動機(jī)不轉(zhuǎn)動時(shí)，此時(shí)電路可看作是純電阻電路，電動機(jī)正常轉(zhuǎn)動時(shí)是非純電阻電路。不管電動機(jī)轉(zhuǎn)與不轉(zhuǎn)，它的線圈電阻我們認(rèn)為是不改變的。例4電動機(jī)是一種使用廣泛的動力機(jī)械，從能量轉(zhuǎn)化的角度看它主要是把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，還有一部分能量在線圈

7、中以熱量的形式散失掉?，F(xiàn)有一臺電動機(jī)，當(dāng)電動機(jī)兩端加220V電壓時(shí)，通過電動機(jī)線圈的電流為50A。問：（1）每分鐘該電動機(jī)消耗的電能是多少？（2）已知電流通過導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生的熱量Q= I2 R t（其中I、R和t分別表示通過導(dǎo)體的電流、導(dǎo)體的電阻和通電時(shí)間），若該電動機(jī)線圈的電阻是0.4，則線圈每分鐘產(chǎn)生的熱量是多少?（3）這臺電動機(jī)每分鐘所做的機(jī)械功是多少?解析：（1）消耗的電能W總=UIt=220V50A60s=6.6105J（2）產(chǎn)生的熱量Q熱= I2 R t=(50A)20.460s=6104J （3）所做的機(jī)械功W機(jī)=W總-Q熱=6.6105J6104J=6105J?！军c(diǎn)評】對于此題的第1問直接用公式W總=UIt解答，第2問