2020-2021學(xué)年高中物理 第五章 電能與能源的可持續(xù)發(fā)展 第一節(jié) 電路中的能量教案 粵教版必修3

1、2020-2021學(xué)年高中物理 第五章 電能與能源的可持續(xù)發(fā)展 第一節(jié) 電路中的能量教案 粵教版必修32020-2021學(xué)年高中物理 第五章 電能與能源的可持續(xù)發(fā)展 第一節(jié) 電路中的能量教案 粵教版必修3年級(jí)：姓名：- 12 -第一節(jié)電路中的能量核心素養(yǎng)點(diǎn)擊 物理觀念(1)通過實(shí)例分析，理解電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能是通過電流做功來(lái)實(shí)現(xiàn)的，加深對(duì)功與能量轉(zhuǎn)化關(guān)系的認(rèn)識(shí)。(2)通過推導(dǎo)電功公式和焦耳定律，理解電功、電功率和焦耳定律的內(nèi)涵。(3)知道閉合電路中的能量轉(zhuǎn)化關(guān)系。科學(xué)思維從能量的轉(zhuǎn)化和守恒角度分析非純電阻電路中的能量轉(zhuǎn)化，理解電功和電熱的區(qū)別和聯(lián)系?？茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任(1)能用焦耳定律解釋生產(chǎn)

2、、生活中的相關(guān)現(xiàn)象。(2)聯(lián)系生活中的電風(fēng)扇、空調(diào)、電動(dòng)機(jī)等電器設(shè)備，體會(huì)能量轉(zhuǎn)化與守恒思想，增強(qiáng)理論聯(lián)系實(shí)際的意識(shí)。1填一填(1)電功定義：電流通過一段電路時(shí)，自由電荷在電場(chǎng)力的推動(dòng)下做定向移動(dòng)，電場(chǎng)力對(duì)自由電荷所做的功，稱為電功。公式：wuit，單位：焦耳，符號(hào)：。(2)電功率定義：電流做功與完成這些功所用時(shí)間之比叫作電功率。公式：pui，單位：瓦特，符號(hào)：w,1 kw103 w。2判一判(1)電功與電能的單位是相同的，因此，電功就是電能。()(2)電流做的功越多，電功率越大。()(3)電流做功的過程實(shí)質(zhì)上就是靜電力對(duì)自由電荷做功的過程。()3想一想如圖所示，已知電路兩端的電勢(shì)差為u，電路

3、中的電流為i，電荷從左端到達(dá)右端所用的時(shí)間為t，則在t時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體某截面的電荷量是多少？把這些電荷從左端移到右端，電場(chǎng)力做功是多少？提示：由電流的定義式可得通過某截面的電荷量qit，根據(jù)靜電力做功的公式wqu，可得wuit。1填一填(1)焦耳定律內(nèi)容：電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與電流的二次方成正比，與導(dǎo)體的電阻及通電時(shí)間成正比。公式：qi2rt。(2)熱功率：一段電路因發(fā)熱而消耗的功率，pi2r。2判一判(1)wuit可以計(jì)算任何電路的電功。()(2)qi2rt可以計(jì)算任何電路的熱量。()(3)任何電路都有wq，即uiti2rt。()3想一想如圖所示是電視機(jī)和電風(fēng)扇，說明它們是純電阻電路還是非純

4、電阻電路？電流做的電功是否全部轉(zhuǎn)化為熱量？提示：電視機(jī)和電風(fēng)扇都是非純電阻電路，電流做的電功并不是全部轉(zhuǎn)化為熱量。1填一填電源的功率電源的輸出功率電源的內(nèi)耗功率公式peip出u外ip內(nèi)u內(nèi)i意義電源提供電能的功率外電路消耗電能的功率內(nèi)電路消耗電能的功率關(guān)系pp出p內(nèi)2判一判(1)電流相同時(shí)，電源提供的電功率一定相同。()(2)電源提供的電功率等于內(nèi)外電路上消耗的功率之和。()(3)內(nèi)電路消耗的功率就是整個(gè)電路的電功率。()3選一選如圖所示為電源和導(dǎo)線內(nèi)移送電荷的情況。則將單位正電荷沿閉合回路移動(dòng)一周所釋放的能量大小決定于()a電源的電動(dòng)勢(shì)b電路中電流的大小c電源的內(nèi)阻d電源的容量解析：選a移動(dòng)

5、電荷一周所釋放的能量，就是電源提供給它的電能，數(shù)值等于電源內(nèi)部非靜電力做功的數(shù)值，即weq。題干中限定了單位正電荷，可見w的數(shù)值只取決于e，故a對(duì)，b、c、d錯(cuò)。重難釋解1串聯(lián)電路功率關(guān)系(1)各部分電路電流i相同，根據(jù)pi2r，各電阻上的電功率與電阻成正比(純電阻電路)。(2)總功率p總ui(u1u2un)ip1p2pn。2并聯(lián)電路功率關(guān)系(1)各支路電壓相同，根據(jù)p，各支路電阻上的電功率與電阻成反比(純電阻電路)。(2)總功率p總uiu(i1i2in)p1p2pn。3結(jié)論無(wú)論是串聯(lián)電路還是并聯(lián)電路，電路消耗的總功率均等于各負(fù)載消耗的功率之和。有額定電壓都是110 v，額定功率pa100 w

6、，pb40 w 的兩盞電燈，若接在電壓是220 v的電路上，兩盞電燈均能正常發(fā)光，那么電路中消耗功率最小的電路是()解題指導(dǎo)(1)電路的總功率等于各用電器消耗的功率之和。(2)串聯(lián)電路中，功率與電阻成正比；并聯(lián)電路中，功率與電阻成反比。解析若要兩燈均正常發(fā)光，亦即每燈的電壓均為110 v，對(duì)a電路，因?yàn)閞arb，所以u(píng)aub，即ub110 v，b燈將被燒壞；對(duì)b電路，ubu并，b燈將被燒壞；對(duì)c電路，ra可能等于b燈與變阻器并聯(lián)后的電阻，所以u(píng)a可能等于ub，等于110 v，兩燈可能正常發(fā)光，且電路消耗總功率為200 w；對(duì)d電路，滑動(dòng)變阻器電阻可能等于兩燈并聯(lián)后總電阻，可能有uaubu并11

7、0 v，兩燈可能正常發(fā)光，且電路中消耗總功率為280 w。綜上可知，c正確。答案c功率求解的技巧(1)在純電阻電路中，比較用電器的電功率時(shí)，要根據(jù)已知條件靈活選用公式，如用電器電流相同時(shí)，用pi2r比較，若電壓相同時(shí)用p比較，若電阻相同時(shí)，可根據(jù)i或u的關(guān)系比較。(2)求解串、并聯(lián)電路中的功率分配問題，比例法求解會(huì)使問題簡(jiǎn)化，但一定要明確是正比還是反比關(guān)系。(3)當(dāng)求解用電器的功率時(shí)，要明確求解的是什么功率。實(shí)際功率與額定功率不一定相等。素養(yǎng)訓(xùn)練1如圖所示，一個(gè)電阻r和一個(gè)燈泡l串聯(lián)接在電壓恒為u的電源上，電路中的電流為i。電阻兩端的電壓為u1，電功率為p1；燈泡兩端的電壓為u2，電功率為p2

8、。則下列關(guān)系式正確的是()ap1uibp2u2rcu2uir du1uir解析：選c電阻的功率p1u1i，a錯(cuò)誤；p2u2i，b錯(cuò)誤；u2uu1uir，c正確，d錯(cuò)誤。2.2019年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予來(lái)自美國(guó)的科學(xué)家約翰古迪納夫、斯坦利惠廷厄姆和日本科學(xué)家吉野彰，以表彰他們?cè)阡囯x子電池研發(fā)領(lǐng)域作出的貢獻(xiàn)。如圖是某手機(jī)用鋰電池的標(biāo)簽。則關(guān)于該鋰電池下列說法正確的是()a標(biāo)簽上的mah是電能的單位b若該手機(jī)平均待機(jī)電流為10 ma，則該手機(jī)最長(zhǎng)可待機(jī)40小時(shí)c該電池工作時(shí)輸出電壓可能為5 vd使用5 v、1 a的手機(jī)充電器給此電池充電，若轉(zhuǎn)換效率為75%，約需要2小時(shí)才能把此電池充滿解析：選d根據(jù)q

9、it，手機(jī)電池標(biāo)識(shí)的mah是電量的單位，故a錯(cuò)誤；如果待機(jī)電流是10 ma，手機(jī)電池最多能連續(xù)工作時(shí)間t200 h，故b錯(cuò)誤；由題圖可知，該電池的輸出電壓為3.7 v，故c錯(cuò)誤；使用5 v、1 a的手機(jī)充電器給此電池充電，則由能量關(guān)系uit75%2 ah3.7 v，則能把此電池充滿需要的時(shí)間t2 h，故d正確。3某款高科技的鋰離子多功能電池有兩路電壓輸出設(shè)計(jì)，如圖所示。一路為環(huán)狀凹槽電極，該路經(jīng)由電路輸出電芯電壓，額定電壓為3.7 v；另一路為與干電池電極完全相同的中心柱狀電極，經(jīng)由變換電路輸出額定電壓1.5 v，下表為該電池的各項(xiàng)參數(shù)。下列說法正確的是()型號(hào)ph5標(biāo)準(zhǔn)容量810 mah(3

10、.7 v) 3 000 mwh(1.5 v)電芯鋰聚合物輸出電流(最大)1 500 ma(3.7 v) 2 000 ma(1.5 v)標(biāo)準(zhǔn)電壓dc1.5 v/3.7 v電池壽命大于500次完全充放電(根據(jù)使用情況而異)a使用環(huán)狀凹槽電極時(shí)，電池的能量是2 916 jb使用環(huán)狀凹槽電極時(shí)，在最大輸出電流工作狀態(tài)下能工作約2 hc使用中心柱狀電極時(shí)，電池的電量是10 800 cd使用中心柱狀電極時(shí)，在最大輸出電流工作狀態(tài)下能工作約1 h解析：選d使用環(huán)狀凹槽電極時(shí)，電池標(biāo)準(zhǔn)容量是0. 81 ah，因此電池的能量為wuit3.70. 813 600 j10 789.2 j，a錯(cuò)誤；使用環(huán)狀凹槽電極時(shí)

11、，能夠在最大輸出電流下工作時(shí)間t0.54 h，b錯(cuò)誤；使用中心柱狀電極時(shí)，根據(jù)wuit，可知電量q2 ah7 200 c，c錯(cuò)誤；在最大輸出電流的工作狀態(tài)下能工作時(shí)間為t1 h，d正確。重難釋解1純電阻電路與非純電阻電路(1)純電阻電路：電流通過純電阻電路做功時(shí)，電能全部轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體的內(nèi)能。(2)非純電阻電路：含有電動(dòng)機(jī)或電解槽等的電路稱為非純電阻電路。在非純電阻電路中，電流做功將電能除了部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能外，還轉(zhuǎn)化為機(jī)械能或化學(xué)能等其他形式的能。2純電阻電路和非純電阻電路的比較純電阻電路非純電阻電路舉例白熾燈、電爐、電熨斗、電飯鍋電動(dòng)機(jī)、電解槽能量轉(zhuǎn)化情況電功和電熱的關(guān)系wq即uiti2rtwqe

12、其他uiti2rte其他電功率和熱功率的關(guān)系pp熱，即uii2rpp熱p其他即uii2rp其他歐姆定律是否成立uir，i成立uir，i不成立說明wuit、p電ui適用于任何電路計(jì)算電功和電功率qi2rt、p熱i2r適用于任意電路計(jì)算電熱和熱功率只有純電阻電路滿足wq，p電p熱；非純電阻電路wq，p電p熱3電動(dòng)機(jī)的功率和效率(1)電動(dòng)機(jī)的輸入功率是電動(dòng)機(jī)消耗的總功率，p入ui。(2)電動(dòng)機(jī)的熱功率是線圈上電阻的發(fā)熱功率，p熱i2r。(3)電動(dòng)機(jī)的輸出功率是電動(dòng)機(jī)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的功率，p出uii2r。(4)電動(dòng)機(jī)的效率：100%100%。在研究微型電動(dòng)機(jī)的性能時(shí)，可采用如圖所示的實(shí)驗(yàn)電路。當(dāng)調(diào)

13、節(jié)滑動(dòng)變阻器r使電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電流表和電壓表的示數(shù)分別為0.5 a和 1.0 v；重新調(diào)節(jié)r使電動(dòng)機(jī)恢復(fù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，電流表和電壓表的示數(shù)分別為2.0 a和15.0 v。求這臺(tái)電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的輸出功率和電動(dòng)機(jī)的線圈電阻。解題指導(dǎo)(1)電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，電路為純電阻電路。(2)電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，電路為非純電阻電路。解析當(dāng)電流表和電壓表的示數(shù)為0.5 a和1.0 v時(shí)，電動(dòng)機(jī)停止工作，電動(dòng)機(jī)中只有電動(dòng)機(jī)的內(nèi)阻消耗電能，其阻值r 2 當(dāng)電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)，電流表、電壓表示數(shù)分別為2.0 a和15.0 v，則電動(dòng)機(jī)的總功率p總u2i215.02.0 w30.0 w線圈電阻的熱功率p熱i22r2.022

14、w8.0 w所以電動(dòng)機(jī)的輸出功率p輸出p總p熱30.0 w8.0 w22.0 w。答案22.0 w2 上述典例中，若電動(dòng)機(jī)以v1 m/s勻速豎直向上提升重物，該重物的質(zhì)量為多少？(g10 m/s2)提示：p出mgv，則m2.2 kg。 電動(dòng)機(jī)電路的分析與計(jì)算素養(yǎng)訓(xùn)練1下列關(guān)于電功、電功率和焦耳定律的說法中正確的是()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bwuiti2rt t，對(duì)任何電路都適用cuir對(duì)于純電阻電路和非純電阻電路都適用d焦耳熱qi2rt適用于任何電路解析：選d由電功率公式p知，電功率越大，表示電流做功越快，對(duì)于一段電路，有pui，i，焦耳熱q2rt，可見q與p、

15、t都有關(guān)，所以，p越大，q不一定越大，選項(xiàng)a錯(cuò)誤；wuit是電功的定義式，適用于任何電路，而wi2rt t只適用于純電阻電路，選項(xiàng)b錯(cuò)誤；uir只能用于純電阻電路中，非純電阻電路不適用，選項(xiàng)c錯(cuò)誤；qi2rt是焦耳熱的定義式，適用于任何電路中產(chǎn)生的焦耳熱，選項(xiàng)d正確。2一只電風(fēng)扇，標(biāo)有“u、p”，電動(dòng)機(jī)線圈電阻為r，把它接入電壓為u的電路中，以下幾種計(jì)算電風(fēng)扇發(fā)熱量的方法正確的是()aqtbqpt cq2rt d以上三種方法都正確解析：選c電風(fēng)扇電路是非純電阻電路，歐姆定律不適用，a錯(cuò)誤；標(biāo)有“u、p”的p不是發(fā)熱功率，b錯(cuò)誤；通過電風(fēng)扇的電流i，根據(jù)焦耳定律可求得qi2rt2rt，c正確，d

16、錯(cuò)誤。3某電動(dòng)機(jī)提升重物的裝置如圖所示，電源的電壓為120 v，不計(jì)內(nèi)阻。重物的質(zhì)量m50 kg。當(dāng)電動(dòng)機(jī)以v0.9 m/s的恒定速度向上提升重物時(shí)，電路中的電流強(qiáng)度i5 a，重力加速度g10 m/s2，則下列判斷不正確的是()a電動(dòng)機(jī)消耗功率為600 wb電動(dòng)機(jī)的機(jī)械功率為450 wc電動(dòng)機(jī)線圈電阻為6 d電動(dòng)機(jī)線圈電阻為24 解析：選d電動(dòng)機(jī)消耗功率pui600 w，選項(xiàng)a正確，不符合題意；電動(dòng)機(jī)的機(jī)械功率p機(jī)mgv450 w，選項(xiàng)b正確，不符合題意；對(duì)電動(dòng)機(jī)pp機(jī)i2r，解得電動(dòng)機(jī)線圈電阻為r6 ，選項(xiàng)c正確，不符合題意，選項(xiàng)d錯(cuò)誤，符合題意。一、培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新思維自動(dòng)扶梯最多乘載人

17、數(shù)的確定選自魯科版新教材課后習(xí)題某商場(chǎng)安裝了一臺(tái)傾角為30的自動(dòng)扶梯，該扶梯在電壓為380 v的電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)下以0.5 m/s的恒定速率向斜上方移動(dòng)，電動(dòng)機(jī)的最大輸出功率為4.9 kw。不載人時(shí)測(cè)得電動(dòng)機(jī)中的電流為5 a，若載人時(shí)扶梯的移動(dòng)速率與不載人時(shí)相同，忽略電動(dòng)機(jī)內(nèi)阻的熱損耗，則不載人時(shí)扶梯運(yùn)行的電功率是多大？若輸送一個(gè)人的功率為120 w，則這臺(tái)自動(dòng)扶梯可同時(shí)乘載多少人？解析：不載人時(shí)扶梯運(yùn)行的電功率p0ui3805 w1 900 w。設(shè)自動(dòng)扶梯最多可同時(shí)乘載的人數(shù)為n，由p最大p0n120可得：n 人25人。答案：1 900 w25人二、注重學(xué)以致用和思維建模1家電待機(jī)耗電問題常常被市

18、民所忽略。北京市電力公司曾舉辦“計(jì)量日進(jìn)您家”活動(dòng)，免費(fèi)上門為市民做家庭用電耗能診斷分析。在上門實(shí)測(cè)過程中，技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)電視機(jī)待機(jī)一天的耗電在0.2度左右，小小機(jī)頂盒一天的待機(jī)耗電更是高達(dá)0.4度。據(jù)最新統(tǒng)計(jì)溫州市的常住人口約1 000萬(wàn)人，參考下表數(shù)據(jù)，估算每年溫州市家庭用電器待機(jī)耗電約為()家庭常用電器電視機(jī)洗衣機(jī)空調(diào)電腦戶均數(shù)量/臺(tái)2121電器待機(jī)功耗/(w/臺(tái))10204040a4106度b4109度c41012度 d11013 度解析：選b溫州的常住人口約1 000萬(wàn)人，平均每戶的人口按3人計(jì)算，溫州大約有330萬(wàn)戶家庭，所有用電器待機(jī)的總功率p(2102024040)w160 w，溫州市家庭用電器待機(jī)一年的耗電量為：w33010416010336524 kwh4.62109度，故b正確，a、c、d錯(cuò)誤。故選b。2如圖1所示，用充電寶為一手機(jī)電池充電，其等效電路如圖2所示。在充電開始后的一段時(shí)間t內(nèi)，充電寶的輸出電壓u、輸出電流i可認(rèn)為是恒定不變的，設(shè)手機(jī)電池的內(nèi)阻為r，則時(shí)間t內(nèi)()a充電寶輸出的電功率為uii2