電路中的能量轉(zhuǎn)化與守恒

1、電路中的能量轉(zhuǎn)化電路中的能量轉(zhuǎn)化與守恒與守恒電流的熱效應(yīng)電流的熱效應(yīng)一、電功電功率一、電功電功率1 1電功，即電流做功，實質(zhì)上是導(dǎo)體中的電功，即電流做功，實質(zhì)上是導(dǎo)體中的恒定電場恒定電場對自由電荷的對自由電荷的靜電靜電力在做功力在做功2 2電流做功的過程就是電流做功的過程就是電能電能轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)化為其他形其他形式式能的過程，電流做功的多少等于能的過程，電流做功的多少等于電能電能轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)化為其他形式其他形式能的數(shù)量能的數(shù)量3 3電功的公式：電功的公式：W W UItUIt. .4 4電功率即單位時間內(nèi)電功率即單位時間內(nèi)電流所做的功電流所做的功，電，電流在一段電路上做功的功率等于電流流在一段電路上做功

2、的功率等于電流I I與這段與這段電路兩端的電壓電路兩端的電壓U U的乘積表達(dá)式為的乘積表達(dá)式為P P UIUI. .5 5額定功率和實際功率額定功率和實際功率(1)(1)用電器正常工作時所消耗的功率叫做額用電器正常工作時所消耗的功率叫做額定功率。當(dāng)用電器兩端電壓達(dá)到額定電壓定功率。當(dāng)用電器兩端電壓達(dá)到額定電壓U U額額時，時，電流達(dá)到額定電流電流達(dá)到額定電流I I額額，電功率也達(dá)到額定功率，電功率也達(dá)到額定功率P P額額，且，且P P額額U U額額I I額額。(2)(2)用電器的實際功率是用電器在實際工作用電器的實際功率是用電器在實際工作時消耗的電功率。為了使用電器不被燒毀，要時消耗的電功率。

3、為了使用電器不被燒毀，要求實際功率不能大于其額定功率。求實際功率不能大于其額定功率。二、焦耳定律熱功率二、焦耳定律熱功率1 1內(nèi)容：電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟內(nèi)容：電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流電流的二次方的二次方成正比，跟成正比，跟導(dǎo)體的電阻導(dǎo)體的電阻及及通電時間通電時間成正比成正比2 2公式：公式：Q QI I2 2RtRt. .3 3熱功率：單位時間內(nèi)的發(fā)熱功率熱功率：單位時間內(nèi)的發(fā)熱功率 P P熱熱 I2R . .三三、純電阻和非純電阻電路的區(qū)別、純電阻和非純電阻電路的區(qū)別純電阻電路純電阻電路非純電阻電路非純電阻電路元件特點元件特點歐姆定律歐姆定律能量轉(zhuǎn)化能量轉(zhuǎn)化元件舉例元件舉例電路中只有

4、電阻元件電路中只有電阻元件電路中除電阻元件外，還有將電路中除電阻元件外，還有將電能轉(zhuǎn)化為其他能的用電器電能轉(zhuǎn)化為其他能的用電器項目項目四四、對對電功和電熱的理解電功和電熱的理解例例1 1、一燈泡標(biāo)有、一燈泡標(biāo)有“220V,100220V,100W W”字樣，字樣，將其接到將其接到110V110V的電源上（不考慮燈泡電的電源上（不考慮燈泡電阻的變化）則有阻的變化）則有A A、燈泡的實際功率為、燈泡的實際功率為5050W W B B、燈泡的實際功率為、燈泡的實際功率為2525W W C C、通過燈泡的電流為額定電流的、通過燈泡的電流為額定電流的1/2 1/2 D D、通過燈泡的電流為額定電流的、通

5、過燈泡的電流為額定電流的1/41/4例例2 2電功率的計算公式電功率的計算公式P PU U2 2/R/R中，中，U U是加是加在用電器上的電壓，在用電器上的電壓，R R是用電器的電阻，此是用電器的電阻，此式可用于式可用于 ( () )A A計算電冰箱的功率計算電冰箱的功率B B計算電風(fēng)扇的功率計算電風(fēng)扇的功率C C計算電烙鐵的功率計算電烙鐵的功率 D D計算洗衣機的功率計算洗衣機的功率解析：解析：公式公式PU2/R是根據(jù)功率公式和歐姆定律推導(dǎo)出來是根據(jù)功率公式和歐姆定律推導(dǎo)出來的，只能用在純電阻電路中，故的，只能用在純電阻電路中，故C正確，正確，A、B、D錯誤。錯誤。答案：答案：C例例3 3

6、將阻值為將阻值為R R1 1=2,R=2,R2 2=3, =3, R R3 3=4=4的三個電阻接到電源上，則的三個電阻接到電源上，則（1 1）將它們串聯(lián)后接到電源上，）將它們串聯(lián)后接到電源上，其總電阻為其總電阻為 ，它們的電壓之，它們的電壓之比為比為 ，它們消耗的電功率之比，它們消耗的電功率之比為為 。（2 2）將它們并聯(lián)后接到電源上，）將它們并聯(lián)后接到電源上，其總電阻為其總電阻為 ，它們的電流之，它們的電流之比為比為 ，它們消耗的電功率之比，它們消耗的電功率之比為為 。9 2:3:412/136:4:3 2:3:46:4:3 例例4有四盞電燈，如圖所示連接在有四盞電燈，如圖所示連接在電路中

7、，電路中，L1、L2都標(biāo)有都標(biāo)有“220V，110W”字樣，字樣，L3和和L4都標(biāo)有都標(biāo)有“220V，40W”字字樣，把電路接通后樣，把電路接通后最暗的是最暗的是 ()AL1 BL2 CL3 DL4 解析：解析：由由 PI2R 知，知，L2比比 L1暗，暗，L3比比 L4暗，又由暗，又由 PU2R知，知，L3比比 L2暗，故最暗的是暗，故最暗的是 L3燈，選燈，選 C。 C例例5 如圖所示，如圖所示，R1和和R2都是都是“4W，100”的電阻，的電阻，R3是是“1W，100”的的電阻，則電阻，則AB間允許消耗的最大功率是間允許消耗的最大功率是_ W. 例例6 6 給定兩只標(biāo)有給定兩只標(biāo)有“11

8、0V110V22W22W”的燈泡的燈泡L L1 1和和 “110V110V44W44W”的燈泡的燈泡L L2 2及一只滑動變阻器及一只滑動變阻器R R，將它，將它們接在們接在220 V220 V的電路中，的電路中，要使兩燈都正常發(fā)光，要使兩燈都正常發(fā)光，在在下圖所示的幾種接法中，最合理的是下圖所示的幾種接法中，最合理的是( () )為什么為什么C C最好？最好？CI I1 1=0.2A=0.2AR R1 1=550=550I I2 2=0.4A=0.4AR R2 2=275=275 例例7 7有四盞電燈，如圖所示連接在電有四盞電燈，如圖所示連接在電路中，路中，L L1 1、L L2 2都標(biāo)有都

9、標(biāo)有“220 V220 V，110 110 W W”字字樣，樣，L L3 3和和L L4 4都標(biāo)有都標(biāo)有“220 V220 V，40 40 W W”字樣，字樣，把電路接通后最暗的是把電路接通后最暗的是 ( ) ( )A AL L1 1 B BL L2 2 C CL L3 3 D DL L4 4答案：答案：C例例8.8.一只電爐的電阻絲電阻和一臺電動機線圈一只電爐的電阻絲電阻和一臺電動機線圈電阻相同，都為電阻相同，都為R R，設(shè)通過的電流相同，則在相，設(shè)通過的電流相同，則在相同時間內(nèi)同時間內(nèi)，下列說法正確的是下列說法正確的是( () )A A電爐和電動機的電熱相等電爐和電動機的電熱相等B B電動

10、機消耗功率大于電爐消耗功率電動機消耗功率大于電爐消耗功率C C電爐兩端電壓小于電動機兩端電壓電爐兩端電壓小于電動機兩端電壓D D電爐和電動機兩端電壓相等電爐和電動機兩端電壓相等解析：解析：選選A ABCBC. .此題關(guān)鍵是分清電爐絲是純電阻此題關(guān)鍵是分清電爐絲是純電阻用電器，而電動機是非純電阻用電器用電器，而電動機是非純電阻用電器例例9 9 在如圖的電路中，在如圖的電路中，A A、B B、C C是是三是是三個完全相同的電燈，且不計溫度對電燈電個完全相同的電燈，且不計溫度對電燈電阻的影響。電路兩端的電壓阻的影響。電路兩端的電壓U U恒定，當(dāng)電鍵恒定，當(dāng)電鍵K K斷開與閉合時，電燈斷開與閉合時，電

11、燈A A消耗的電功率消耗的電功率P PA A與與P PA A/ /之比為之比為 。 94例例10.10.關(guān)于電功關(guān)于電功W W和電熱和電熱Q Q的說法正確的是的說法正確的是( () )A A在任何電路中都有在任何電路中都有W WUItUIt、Q QI I2 2RtRt，且且W WQ QB B在任何電路中都有在任何電路中都有W WUItUIt、Q QI I2 2RtRt，但但W W不一定等于不一定等于Q QC CW WUItUIt、Q QI I2 2RtRt均只有在純電阻電路均只有在純電阻電路中才成立中才成立D DW WUItUIt在任何電路中成立，在任何電路中成立，Q QI I2 2RtRt只

12、只在純電阻電路中成立在純電阻電路中成立解析：解析：選選B.WB.WUItUIt、Q QI I2 2RtRt適用于一切電適用于一切電路，但在純電阻電路中路，但在純電阻電路中W WQ Q，在非純電阻電，在非純電阻電路中路中W WQ Q，B B對，對，A A、C C、D D錯錯B例例1111、加在某臺電動機上的電壓是、加在某臺電動機上的電壓是U U，電動，電動機消耗的電功率為機消耗的電功率為P P，電動機線圈的電阻為，電動機線圈的電阻為r r，則電動機線圈上消耗的熱功率為（則電動機線圈上消耗的熱功率為（ ）電動）電動機輸出的機械功率為（機輸出的機械功率為（ ）A AP BP BU U 2 2/ r

13、/ r C CP P 2 2r /U r /U 2 2 D DP P P P 2 2r/ U r/ U 2 2 非純電阻電路中非純電阻電路中計算電功率只能用計算電功率只能用P=UIP=UI，計算熱功率只能用計算熱功率只能用P P熱熱=I=I2 2R RCD 例例1212規(guī)格為規(guī)格為“220V220V55 W”55 W”的排氣的排氣扇，線圈電阻為扇，線圈電阻為4040，求：，求： (1)(1)接上接上220V220V的電壓后，排氣扇轉(zhuǎn)化為的電壓后，排氣扇轉(zhuǎn)化為機械能的功率和發(fā)熱的功率及排氣扇的機械能的功率和發(fā)熱的功率及排氣扇的效率；效率； (2)(2)如果接上電源排氣扇正常工作后，如果接上電源排

14、氣扇正常工作后，扇葉被突然卡住，不能轉(zhuǎn)動，求電動機扇葉被突然卡住，不能轉(zhuǎn)動，求電動機消耗的功率和發(fā)熱的功率。由此你能得消耗的功率和發(fā)熱的功率。由此你能得到什么啟示？到什么啟示？52.5 W2 .5W 95.5%1 210 W1 210 W 排氣扇可能被燒毀排氣扇可能被燒毀例例13、如圖所示的電路中，電源電動勢、如圖所示的電路中，電源電動勢為為60 V，內(nèi)阻不計，電阻，內(nèi)阻不計，電阻R2 ，電動機，電動機的內(nèi)阻的內(nèi)阻R01.6 ，電壓表的示數(shù)為，電壓表的示數(shù)為50 V，電動機正常工作，求電動機的輸出功率。電動機正常工作，求電動機的輸出功率。答案：答案：210 W例例14.A14.A燈與燈與B B

15、燈電阻相同，當(dāng)變阻器滑燈電阻相同，當(dāng)變阻器滑片向下移動時，對兩燈明暗程度的變化判片向下移動時，對兩燈明暗程度的變化判斷正確的是斷正確的是( )( )A A、A A、B B燈都變亮燈都變亮B B、A A、B B燈都變暗燈都變暗C C、A A燈變亮，燈變亮，B B燈變暗燈變暗D D、A A燈變暗，燈變暗，B B燈變亮燈變亮E、rsRBA五五、閉合閉合電路中的能量轉(zhuǎn)化電路中的能量轉(zhuǎn)化1 1電源內(nèi)部：電源內(nèi)部：其他形式的能其他形式的能轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)化為電電能能同時，電源本身也有一定的同時，電源本身也有一定的電阻電阻電流電流流過時電源也會流過時電源也會發(fā)熱發(fā)熱，消耗，消耗一部分電能一部分電能2 2外電路：通過

16、外電路：通過電場力電場力做功，將電源輸做功，將電源輸出的出的電能電能轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)化為其他形式其他形式的能量的能量3 3表達(dá)式：表達(dá)式： IEIEIUIUI I2 2r r. .4 4物理意義：電源把其他形式的能量轉(zhuǎn)物理意義：電源把其他形式的能量轉(zhuǎn)化為電能的功率化為電能的功率IEIE ，等于，等于電源輸出功率電源輸出功率IUIU與與電源內(nèi)電路的電源內(nèi)電路的熱功率熱功率I I2 2r r 之和，閉合電路歐之和，閉合電路歐姆定律實質(zhì)上是姆定律實質(zhì)上是能量守恒定律能量守恒定律在閉合電路中在閉合電路中的具體體現(xiàn)的具體體現(xiàn)六六、閉合電路中的幾種功率、閉合電路中的幾種功率1幾種功率及相互關(guān)系幾種功率及相互關(guān)系

17、電源的功率電源的功率P電源的內(nèi)耗電源的內(nèi)耗功率功率P內(nèi)內(nèi)電源輸出電源輸出功率功率P外外普普遍遍表達(dá)式表達(dá)式純電阻電路純電阻電路聯(lián)系聯(lián)系內(nèi)容內(nèi)容物理量物理量PIEP內(nèi)內(nèi)I2rP外外IU外外PI2(Rr)P內(nèi)內(nèi)I2rP外外I2RPP內(nèi)內(nèi)P外外或或IEI2rIU外外例例15. 15. 如圖，電源電動勢如圖，電源電動勢E E10 V10 V，內(nèi)阻內(nèi)阻r r0.2 0.2 ，標(biāo)有，標(biāo)有“8 V8 V16 W16 W”的燈泡的燈泡L L恰好正常發(fā)光，電動機恰好正常發(fā)光，電動機D D線線圈電阻圈電阻R R0 00.15 0.15 ，則電源的輸出，則電源的輸出功率為功率為( () )A A16 W16 W B

18、 B440 W440 WC C80 W D80 W D400 W400 W 例例1616在如圖所示的在如圖所示的U UI I圖像中，直線圖像中，直線為某一電源的路端電壓與電流的關(guān)系圖像，為某一電源的路端電壓與電流的關(guān)系圖像，直線直線為某一電阻為某一電阻R R的伏安特性曲線。用該電的伏安特性曲線。用該電源與電阻源與電阻R R組成閉合電路。由圖像判斷正確的組成閉合電路。由圖像判斷正確的是是( ( ) )A A電源的電動勢為電源的電動勢為3 V3 V，內(nèi)阻為，內(nèi)阻為0. 5 0. 5 B B電阻電阻R R的阻值為的阻值為1 1 C C電源的輸出功率為電源的輸出功率為4 W4 WD D電源的熱功率為電

19、源的熱功率為4 W4 WABC 例例1717、如圖所示，圖線、如圖所示，圖線a a是某一蓄電池組的伏安是某一蓄電池組的伏安特性曲線，圖線特性曲線，圖線b b是一只某種型號的定值電阻的伏是一只某種型號的定值電阻的伏安特性曲線若已知該蓄電池組的內(nèi)阻為安特性曲線若已知該蓄電池組的內(nèi)阻為2.0,2.0,則則這只定值電阻的阻值為這只定值電阻的阻值為_。現(xiàn)用?，F(xiàn)用3 3只這種規(guī)只這種規(guī)格的定值電阻并聯(lián)，作為該蓄電池組的外電路，則格的定值電阻并聯(lián)，作為該蓄電池組的外電路，則該蓄電池組所輸出功率的是該蓄電池組所輸出功率的是_W_W。 解：解：由圖象可知蓄電池的由圖象可知蓄電池的電動勢為電動勢為20V20V。

20、由斜率關(guān)系知外電阻阻值由斜率關(guān)系知外電阻阻值為為66。 用用3 3只這種電阻并聯(lián)作為外只這種電阻并聯(lián)作為外電阻，外電阻等于電阻，外電阻等于22，因，因此輸出功率為此輸出功率為50W50W。 例例18 18 如圖所示，電動勢為如圖所示，電動勢為E E、內(nèi)阻不、內(nèi)阻不計的電源與三個燈泡和三個電阻相接只計的電源與三個燈泡和三個電阻相接只合上開關(guān)合上開關(guān)S S1 1，三個燈泡都能正常工作如，三個燈泡都能正常工作如果再合上果再合上S S2 2，則下列表述正確的是，則下列表述正確的是( () )A A電源電源輸出輸出功率減小功率減小B BL L1 1上消耗的功率增大上消耗的功率增大C C通過通過R R1

21、1上的電流增大上的電流增大D D通過通過R R3 3上的電流增大上的電流增大C 例例1919、在研究微型電動機的性能時，可采用如在研究微型電動機的性能時，可采用如圖所示的實驗電路當(dāng)調(diào)節(jié)滑動變阻器圖所示的實驗電路當(dāng)調(diào)節(jié)滑動變阻器R R，使電動機，使電動機停止轉(zhuǎn)動時，電流表和電壓表的示數(shù)分別為停止轉(zhuǎn)動時，電流表和電壓表的示數(shù)分別為0.5 A0.5 A和和1.0 V1.0 V；重新調(diào)節(jié)；重新調(diào)節(jié)R R，使電動機恢復(fù)正常運轉(zhuǎn)時，電，使電動機恢復(fù)正常運轉(zhuǎn)時，電流表和電壓表的示數(shù)分別為流表和電壓表的示數(shù)分別為2.0 A2.0 A和和15.0 V15.0 V求這臺求這臺電動機正常運轉(zhuǎn)時的輸出功率和電動機的線

22、圈電電動機正常運轉(zhuǎn)時的輸出功率和電動機的線圈電阻阻【思路思路】(1)電動機不轉(zhuǎn)時相當(dāng)電動機不轉(zhuǎn)時相當(dāng)于純電阻，由歐姆定律求線圈電于純電阻，由歐姆定律求線圈電阻阻(2)根據(jù)能量守恒求電動機正常運根據(jù)能量守恒求電動機正常運轉(zhuǎn)時的輸出功率轉(zhuǎn)時的輸出功率【答案答案】22.0 W2 【規(guī)律總結(jié)規(guī)律總結(jié)】非純電阻電路中歐姆定律非純電阻電路中歐姆定律IU/R不成立不成立. 電功率、電熱功率只能用電功率、電熱功率只能用PUI和和PI2R求解其他功率求解其他功率用能量關(guān)系處理用能量關(guān)系處理(4)當(dāng)當(dāng)P出出Pm時，每個輸出功率對應(yīng)兩個可能時，每個輸出功率對應(yīng)兩個可能的外電阻的外電阻R1和和R2，且，且R1R2r2

23、.(5)P出出與與R的關(guān)系如圖所示的關(guān)系如圖所示例例14 14 電路圖如圖甲所示，圖乙中圖線是電電路圖如圖甲所示，圖乙中圖線是電路中的電源的路端電壓隨電流變化的關(guān)系圖像，路中的電源的路端電壓隨電流變化的關(guān)系圖像，滑動變阻器的最大阻值為滑動變阻器的最大阻值為15 15 ，定值電阻，定值電阻R R0 03 3 。 (1)(1)當(dāng)當(dāng)R R為何值時，為何值時，R R0 0消耗的功率最大，最大值消耗的功率最大，最大值為多少？為多少？ (2)(2)當(dāng)當(dāng)R R為何值時，電源的輸出功率最大，最大為何值時，電源的輸出功率最大，最大值為多少？值為多少？ 審題指導(dǎo)審題指導(dǎo)解答本題時應(yīng)把握以下解答本題時應(yīng)把握以下三點

24、：三點： (1)由由UI圖像求電源的電動勢和內(nèi)圖像求電源的電動勢和內(nèi)阻。阻。 (2)電路中的電流最大時，電路中的電流最大時，R0消耗的消耗的功率最大。功率最大。 (2)根據(jù)電源有最大輸出功率的條件，根據(jù)電源有最大輸出功率的條件，求電源的最大輸出功率。求電源的最大輸出功率。答案答案(1)010.9 W(2)4.5 13.3 W 如圖所示，電路中電池的電動勢如圖所示，電路中電池的電動勢E5 V，內(nèi)電阻，內(nèi)電阻r10 ，固定電阻，固定電阻R90 ,R0是是可變電阻，在可變電阻，在R0從零增加到從零增加到400 的過程中，的過程中，求：求： (1)可變電阻可變電阻R0上消耗功率最大的條件和最上消耗功率最大的條件和最大熱功率；大熱功率； (2)電池的電阻電池的電阻r和固定電阻和固定電阻R上消耗的最小上消耗的最小熱功率之和；熱功率之和； (3)R0調(diào)到多少時調(diào)到多少時R上消耗上消耗的功率最大的功率最大【規(guī)律總結(jié)】【規(guī)