新教材高中物理第五章電能與能源的可持續(xù)發(fā)展第一節(jié)電路中的能量課件粵教必修第三冊(cè)

1、第一節(jié)電路中的能量第五章2022內(nèi)容索引0102課前篇 自主預(yù)習(xí)課堂篇 探究學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)目標(biāo)1.理解電功、電功率的概念.(物理觀念)2.知道焦耳定律,知道電功率與熱功率的區(qū)別和聯(lián)系.(物理觀念)3.知道純電阻電路和非純電阻電路的區(qū)別,會(huì)結(jié)合實(shí)際問題區(qū)分電功和電熱.(科學(xué)思維)4.會(huì)分析閉合電路中的各種功率及進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算.(科學(xué)思維)思維導(dǎo)圖課前篇 自主預(yù)習(xí)【必備知識(shí)】一、電功和電功率1.電功(1)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)自由電荷做功,將電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能.我們把電場(chǎng)力所做的功稱為電功.(2)公式:W= UIt .單位: 焦耳 .符號(hào): J .(1)

2、定義:電流做功與完成這些功所用時(shí)間之比叫作電功率.(2)公式: =UI.單位:瓦特.符號(hào):W.1 kW=103 W.想一想如以下圖,電路兩端的電勢(shì)差為U,電路中的電流為I,電荷從左端到達(dá)右端所用的時(shí)間為t,那么在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q=It,根據(jù)靜電力做功的公式W=qU,可得W=UIt.二、焦耳定律1.焦耳定律(1)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.(2)公式:Q= I2Rt .2.熱功率:一段電路因發(fā)熱而消耗的功率,P= I2R .想一想如以下

3、圖是電視機(jī)和電風(fēng)扇,說明它們是純電阻電路還是非純電阻電路?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.三、閉合電路中的能量1.電源的功率(1)公式:P=EI=P出+P內(nèi)=U外I+U內(nèi)I.(2)意義:EI表示電源提供的電功率.2.電源的輸出功率(1)公式:P出=U外I.(2)意義:U外I表示外電路上消耗的電功率.3.電源的內(nèi)耗功率(1)公式:P內(nèi)=U內(nèi)I.(2)意義:U內(nèi)I表示內(nèi)電路上消耗的電功率.【自我檢測(cè)】1.判斷正誤,判斷結(jié)果為錯(cuò)誤的小題請(qǐng)說明原因.(1)電功與電能的單位是相同的,因此,電功就是電能.()答案 解析 功是能量轉(zhuǎn)化的

4、量度.(2)電流做的功越多,電功率越大.()解析 電流的功由功率和時(shí)間共同決定.答案 (3)W=UIt可以計(jì)算任何電路的電功.()答案 (4)Q=I2Rt可以計(jì)算任何電路的熱量.()答案 (5)電流相同時(shí),電源提供的電功率一定相同.()解析 電功率等于電壓與電流的乘積.答案 (6)內(nèi)電路消耗的功率就是整個(gè)電路的電功率.()解析 整個(gè)電路的電功率等于內(nèi)外電路的電功率之和.答案 2.如以下圖為電源和導(dǎo)線內(nèi)移送電荷的情況.那么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)解析 移動(dòng)電荷一周所釋放的能量,就是電源提供給的電能,數(shù)值等于電源內(nèi)部非靜電力做功的數(shù)值,即W=Eq.故

5、A對(duì),B、C、D錯(cuò).答案 A3.關(guān)于電功和電熱的計(jì)算,以下說法正確的選項(xiàng)是()A.如果是純電阻電路,電功可用公式W=UIt計(jì)算,也可用公式W=I2Rt計(jì)算B.如果是純電阻電路,電熱可用公式W=I2Rt計(jì)算,但不能用公式W=UIt計(jì)算C.如果不是純電阻電路,電功只能用公式W=I2Rt計(jì)算D.如果不是純電阻電路,電熱可用公式W=I2Rt計(jì)算,也可用公式W=UIt計(jì)算解析 純電阻電路,電功可用公式W=UIt計(jì)算,也可用公式W=I2Rt計(jì)算,故A正確,B錯(cuò)誤;非純電阻電路,電功用公式W=UIt計(jì)算,故C錯(cuò)誤;非純電阻電路,電熱用公式W=I2Rt計(jì)算,故D錯(cuò)誤.答案 A課堂篇 探究學(xué)習(xí)探究一電功、電功率

6、的理解和計(jì)算【問題情境】在現(xiàn)代社會(huì)中,人們的生產(chǎn)、生活和科技實(shí)踐活動(dòng)都離不開電,各種各樣的用電器減輕了人們的勞動(dòng)強(qiáng)度,提高了工作效率,在享受電給我們帶來方便的同時(shí),你知道電能是如何轉(zhuǎn)化為其他形式的能和電能在轉(zhuǎn)化過程中滿足怎樣的規(guī)律嗎?要點(diǎn)提示 通過電流做功,W=UIt.【知識(shí)歸納】1.對(duì)電功的理解(1)從力的角度看,電流做功的實(shí)質(zhì)是電場(chǎng)力對(duì)自由電荷做功.(2)從能的角度看,電流做功過程是電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能的過程,電功的大小表示電能的減少量,標(biāo)志著電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能的多少.(3)電功W=UIt=qU對(duì)任何電路都適用. 電功不一定等于電熱2.串、并聯(lián)電路中的功率關(guān)系 (1)用電器正常工作時(shí)

7、所消耗的功率叫作額定功率.當(dāng)用電器兩端電壓到達(dá)額定電壓U額時(shí),電流到達(dá)額定電流I額,電功率也到達(dá)額定功率P額,且P額=U額I額.(2)用電器的實(shí)際功率是用電器在實(shí)際工作時(shí)消耗的電功率.為了使用電器不被燒毀,要求實(shí)際功率不能大于其額定功率.要點(diǎn)筆記(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.【典例剖析】例1有額定電壓都是110 V,額定功率PA=100 W,PB=40 W的兩盞電燈,假設(shè)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()解析 要兩燈均正常發(fā)光,即每燈的電壓均為110 V,對(duì)A選

8、項(xiàng),因?yàn)镽ARB,所以UA110 V,B燈將被燒壞;對(duì)B選項(xiàng),UBU并,B燈將被燒壞;對(duì)C選項(xiàng),RA可能等于B燈與變阻器并聯(lián)后的電阻,所以UA可能等于UB,等于110 V,兩燈可能都正常發(fā)光,且電路消耗的總功率為200 W;對(duì)D選項(xiàng),滑動(dòng)變阻器電阻可能等于兩燈并聯(lián)后的總電阻,可能有UA=UB=U并=110 V,兩燈可能正常發(fā)光,且電路中消耗的總功率為280 W.綜上可知,C正確.答案 C規(guī)律方法 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)條件靈活選用公式,如用電器電流相同時(shí),用P=I2R比較,假設(shè)電壓相同時(shí)用 比較,假設(shè)電阻相同時(shí),可根據(jù)I或U的關(guān)系比較.(2)求解串、并

9、聯(lián)電路中的功率分配問題時(shí),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.變式訓(xùn)練 1某款鋰離子多功能電池有兩路電壓輸出設(shè)計(jì),如以下圖.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).以下說法正確的選項(xiàng)是()型號(hào)5號(hào)標(biāo)準(zhǔn)容量810 mAh(3.7 V)2 000 mAh(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1.

10、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),電池的電荷量是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答案 D探究二電功與電熱的比較【問題情境】用電爐燒水時(shí),爐盤內(nèi)的電爐絲被燒得通紅,產(chǎn)生大量的熱,而連接電爐的導(dǎo)線卻不怎么熱,這是什么原因?要點(diǎn)提示 通電導(dǎo)線跟電爐絲是串聯(lián)在一起的,通過它們的電流相等,而電爐絲的電阻比導(dǎo)線的電阻要大得多,由焦耳定律Q=I2Rt知在相等的時(shí)間內(nèi)導(dǎo)線產(chǎn)生的熱量比電爐絲產(chǎn)生的熱

11、量要少得多.【知識(shí)歸納】(1)一般情況下的電燈泡、電爐絲等為純電阻電路;電動(dòng)機(jī)、電解槽等為非純電阻電路.(2)純電阻電路遵循歐姆定律,而非純電阻電路不完全遵循歐姆定律.(3)純電阻電路電流做功時(shí),電能全部轉(zhuǎn)化為電熱;而非純電阻電路,電流做功將電能一局部轉(zhuǎn)化為電熱,一局部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能或其他形式的能.2.電功與電熱 3.電功率與熱功率 【典例剖析】例2規(guī)格為“220 V36 W的排氣扇,電動(dòng)機(jī)的內(nèi)阻為40 .(1)接上220 V的電壓后,求排氣扇轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的功率和發(fā)熱的功率;(2)如果接上220 V的電壓后,扇葉被卡住,不能轉(zhuǎn)動(dòng),求電動(dòng)機(jī)消耗的功率和發(fā)熱的功率.解析 (1)排氣扇在220 V的電

12、壓下正常工作時(shí)的電流為發(fā)熱功率為P熱=I2R=(0.16)240 W=1 W.轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的功率為P機(jī)=P-P熱=36 W-1 W=35 W.(2)扇葉被卡住不能轉(zhuǎn)動(dòng)后,電動(dòng)機(jī)成為純電阻電路,電流做功全部轉(zhuǎn)化為熱能,此時(shí)電動(dòng)機(jī)中的電流為電動(dòng)機(jī)消耗的功率即發(fā)熱功率為P電=P熱=UI=2205.5 W=1 210 W.答案 (1)35 W1 W(2)1 210 W1 210 W規(guī)律方法 電功、電熱的計(jì)算方法(1)判斷電路中的用電器是純電阻用電器還是非純電阻用電器.(2)分析各用電器之間的連接方式,對(duì)純電阻電路,計(jì)算時(shí)可以利用串聯(lián)電路的分壓特點(diǎn)或并聯(lián)電路的分流特點(diǎn).(3)由所求問題選取適宜的公式,在

13、非純電阻電路中計(jì)算電功只能用W=UIt,計(jì)算電熱只能用Q=I2Rt,歐姆定律的變形式在純電阻電路中才能通用.(4)對(duì)于含電動(dòng)機(jī)的電路,電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)是非純電阻用電器,電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)是純電阻用電器.變式訓(xùn)練 2在研究微型電動(dòng)機(jī)的性能時(shí),可采用如以下圖的實(shí)驗(yàn)電路.當(dāng)調(diào)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,其阻值當(dāng)電

14、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,那么電動(dòng)機(jī)的總功率P總=U2I2=15.02.0 W=30.0 W線圈電阻的熱功率P熱= =2.022.0 W=8.0 W所以電動(dòng)機(jī)的輸出功率P輸出=P總-P熱=30.0 W-8.0 W=22.0 W.答案 22.0 W2.0 探究三電源的功率和效率【問題情境】閉合電路中,電源電動(dòng)勢(shì)為E,內(nèi)、外電路的電阻分別是r和R,電路中的電流為I,t時(shí)間內(nèi)電源把多少其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能?外電路產(chǎn)生的熱量是多少?內(nèi)電路產(chǎn)生的熱量是多少?三者之間有何關(guān)系?要點(diǎn)提示 EItI2RtI2rtEIt=I2Rt+I2rt【知識(shí)歸納】1.電源的輸出功率

15、只有純電阻電路才成立 2.輸出功率的圖像 3.電源的效率 【典例剖析】例3如以下圖電路中,電池的電動(dòng)勢(shì)E=5 V,內(nèi)阻r=10 ,固定電阻R=90 ,R0是可變電阻,在R0由0增加到400 的過程中,求:(1)可變電阻R0上消耗功率最大的條件和最大熱功率.(2)電池的內(nèi)阻r和固定電阻R上消耗的最小熱功率之和.規(guī)律方法 閉合電路中功率問題的三點(diǎn)提醒(1)電源輸出功率越大,效率不一定越高,如電源輸出功率最大時(shí),效率只有50%.(2)判斷可變電阻功率變化時(shí),可將可變電阻以外的其他電阻看成電源的一局部?jī)?nèi)阻.(3)當(dāng)P輸出Pm時(shí),每個(gè)輸出功率對(duì)應(yīng)兩個(gè)可能的外電阻R1、R2,且R1R2=r2.變式訓(xùn)練 3

16、將一個(gè)電源與一電阻箱連接構(gòu)成閉合回路,測(cè)得的電阻箱所消耗的功率P與電阻箱的讀數(shù)R的關(guān)系如以下圖,以下說法正確的選項(xiàng)是()A.電源最大輸出功率可能大于45 WB.電源的內(nèi)阻為5 C.電源的電動(dòng)勢(shì)為45 VD.電阻箱消耗的功率為最大值時(shí),電源的效率大于50%答案 B 隨堂訓(xùn)練1.如以下圖,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.那么以下關(guān)系式正確的選項(xiàng)是()A.P1=UIB.P2=U2RC.U2=U-IRD.U1=U-IR解析 電阻的電功率P1=U1I,A錯(cuò)誤;燈泡的電功率P2=U2I,B錯(cuò)誤; U

17、2=U-U1=U-IR,C正確,D錯(cuò)誤.答案 C2.如以下圖的電路中,輸入電壓U恒為12 V,燈泡L標(biāo)有“6 V12 W字樣,電動(dòng)機(jī)線圈的電阻RM=0.5 ,假設(shè)燈泡恰能正常發(fā)光,那么以下說法中正確的選項(xiàng)是()A.電動(dòng)機(jī)的總功率是72 WB.電動(dòng)機(jī)的熱功率是1 WC.電動(dòng)機(jī)的輸出功率是10 WD.整個(gè)電路消耗的電功率是22 W解析 電動(dòng)機(jī)兩端的電壓為U1=U-UL=(12-6)V=6 V,整個(gè)電路中的電流為 =2 A,所以電動(dòng)機(jī)消耗功率為P=U1I=62 W=12 W,故A錯(cuò)誤;電動(dòng)機(jī)的熱功率為P熱=I2RM=220.5 W=2 W,故B錯(cuò)誤;電動(dòng)機(jī)的輸出功率為 P出=P-P熱=(12-2)W

18、=10 W,故C正確;整個(gè)電路消耗的電功率為P總=UI=122 W=24 W,故D答案 C 3.如以下圖,把兩個(gè)相同的燈泡分別接在甲、乙電路中,甲電路兩端的電壓為8 V,乙電路兩端的電壓為16 V.調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R1和R2使兩燈都正常發(fā)光,此時(shí)滑動(dòng)變阻器消耗的功率分別為P1和P2,兩電路中消耗的總功率分別為P甲和P乙,那么以下關(guān)系中正確的選項(xiàng)是()A.P甲P乙C.P1P2D.P1=P2解析 由燈都正常發(fā)光可知,R1中電流是R2中電流的二倍,R1兩端電壓是R2兩端電壓的二分之一,兩滑動(dòng)變阻器消耗的功率相等,兩電路中消耗的總功率相等,D正確,A、B、C錯(cuò)誤.答案 D4.如以下圖,有一內(nèi)電阻為4.4