閉合電路中的能量轉(zhuǎn)化

閉合電路中的能量轉(zhuǎn)化教學(xué)目標(biāo)理解電路中的能量轉(zhuǎn)化情況，即在電路中哪部分發(fā)生由什么能轉(zhuǎn)化成什么能的問題.加深對(duì)能的轉(zhuǎn)化和守恒定律的認(rèn)識(shí).掌握分析、計(jì)算電路中功率及能量的轉(zhuǎn)化的方法.教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)分析對(duì)電路中各部分做功情況（什么力做功）、能量轉(zhuǎn)換情況（什么能之間的轉(zhuǎn)化）的分析、理解.認(rèn)清電源輸出功率與效率的聯(lián)系與區(qū)別.對(duì)非純電阻電路中能量轉(zhuǎn)化問題的理解、應(yīng)用.教學(xué)過程設(shè)計(jì)教師活動(dòng)一、電路中的功與能能的轉(zhuǎn)化和守恒定律是自然界普遍適用的規(guī)律.在電路中能量是怎么轉(zhuǎn)化的？請(qǐng)參照?qǐng)D3-4-1所示電路回答并舉例.電源-u用電器圖3-4T學(xué)生活動(dòng)答：電源是把其它能轉(zhuǎn)化為電能的裝置.內(nèi)阻和用電器是電能轉(zhuǎn)化為熱能等其它形式能的裝置.如化學(xué)電池將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能，而電路中發(fā)光燈泡是將電能轉(zhuǎn)化成光、熱能.對(duì)于一個(gè)閉合電路，它的能量應(yīng)該是守恒的，但又在不同形式間轉(zhuǎn)化，通過什么方式完成呢?（請(qǐng)結(jié)合電動(dòng)勢(shì)和電壓的定義回答）答：做功.在電源部分，非靜電力做正功W非二q昌，將其它形式的能轉(zhuǎn)化成電能.而內(nèi)阻上電流做功，將電能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能W內(nèi)二qU'(U‘為內(nèi)阻上的電勢(shì)降)，在外電路部分，電流做功W外二qU(U為路端電壓)，電能轉(zhuǎn)化成其它形式的能.這些功與能量間的定量關(guān)系如何？總結(jié)：可見，整個(gè)電路中的能量循環(huán)轉(zhuǎn)化，電源產(chǎn)生多少電能，電路就消耗多少，收支平衡.答：W非二W內(nèi)+W夕卜或q￡=qU‘+qU</PGN0175.TXT/PGN>二、電功與電熱這部分知識(shí)初中學(xué)過，可以列出一些問題，讓學(xué)生回答，教師補(bǔ)充說明即可.如圖3-4-2所示，用電器兩端電壓U，電流I. 用電器——回答：(1)時(shí)間t內(nèi)，電流對(duì)用電器做功；該用電器的電功率；若用電器電阻為R，時(shí)間t內(nèi)該用電器產(chǎn)生的熱量；該用電器的熱功率；電功與電熱是否相等？它們的大小關(guān)系如何？為什么？答：W=UItP=W/t=UIQ=I2Rt(焦?fàn)柖?P熱=Q/t=I2R若電路為純電阻電路，則W=Q=l2Rt若電路為非純電阻電路，則W>Q（因?yàn)閃內(nèi)還包括電能轉(zhuǎn)化成的其它能量，即W=Q+E）［例1］如圖3-4-3所示，A、B兩燈泡額定電壓都為110V，額定功率Pa=100W，Pb=40W，接在220V電路上.欲使燈泡正常發(fā)光，且電路中消耗的功率最少，用以下哪種接法？解：A圖中，由R=U2/P知，兩燈上電壓不能同時(shí)達(dá)到110V，故不可能都正常發(fā)光，A被排除.B圖中，由R=U2/P知RaVRb，當(dāng)Ra與變阻器R并聯(lián)后，該部分電阻更小，不可能與B同時(shí)正常發(fā)光，所以B被排除.C圖中，想讓A、B都正常發(fā)光，則兩個(gè)電燈上電壓都應(yīng)為110V，即A與B和R并聯(lián)后的阻值相同，則A的功率與并聯(lián)部分的功率相同.所以總功率為2Pa=200W.同理，D圖中，R上分壓與A、B并聯(lián)部分相同，則兩部分電阻與電功率相同，所以總功率為2（Pa+Pb）=280W.故選項(xiàng)C正確.非純電阻電路中，電流做功也不再只轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而是根據(jù)具體情況轉(zhuǎn)化為其它各種形式的能.教師演示小電機(jī)提升重物和電解槽電解ZnSO4溶液的例子（最好早些開始，否則效果不明顯），讓學(xué)生總結(jié)兩個(gè)實(shí)驗(yàn)中電能分別轉(zhuǎn)化成何種能量？答：實(shí)驗(yàn)（1）中電流做功轉(zhuǎn)化成機(jī)械能和內(nèi)能.實(shí)驗(yàn)（2）中，電流做功轉(zhuǎn)化為化學(xué)能和內(nèi)能.［例2］如圖3-4-4所示的電路中，電源電動(dòng)勢(shì)￡=6V，內(nèi)電阻r=1。，M為一小電動(dòng)機(jī)，其內(nèi)部線圈的導(dǎo)線電阻Rm=2。.R為一只保護(hù)電阻，R=3。.電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，電壓表的示數(shù)為0.3V，求電動(dòng)機(jī)得到的電功率和它轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械功率（請(qǐng)學(xué)生回答解此題的關(guān)鍵點(diǎn)是什么？如何突破？）圖3-4-4答：本題的關(guān)鍵是電路中有電動(dòng)機(jī)，不是純電阻電路，因而歐姆定律不再適用.突破點(diǎn)是利用電壓表與R的阻值，求出電路中的電流，再求出各部分的電壓和功率.解：由部分電路歐姆定律知：電路中電流I=Ubc/R=O.3/3=0.1A由閉合電路歐姆定律知：Uab=￡-Ir-Ubc=6V-0.1X1V-0.3V=5.6V所以電動(dòng)機(jī)得到的功率為電流對(duì)它做功的功率：P電二UabI=5.6X0.1W=0.56W解答完畢后，可再讓學(xué)生求一下電動(dòng)機(jī)的效率n以加深非電阻電路P電乏P熱的印象.P電轉(zhuǎn)化為兩部分：機(jī)械功率和電機(jī)導(dǎo)線內(nèi)阻上的發(fā)熱功率，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)化的機(jī)械功率為：P機(jī)二P電T2Rm=0.56W-0.12X2W=0.54W三、電源的功率與效率電路中各功率及其關(guān)系電源轉(zhuǎn)化功率：指非靜電力做功，把其它形式的能轉(zhuǎn)化為電能的功率.P轉(zhuǎn)二W/t=q3/t二￡l電流內(nèi)耗功率：指內(nèi)阻上的電熱功率.設(shè)內(nèi)阻為r，貝UP內(nèi)二W內(nèi)/t=qUz/t=IU'=I2r電源輸出功率：指電源對(duì)外電路做功的功率P出二叩夕卜/t二Uq/t二UI這三者之間是什么關(guān)系?電源的最大輸出功率設(shè)外電路總電阻為R，內(nèi)阻為r,電源電動(dòng)勢(shì)為咨■，試推導(dǎo)電源最大輸出功率及其產(chǎn)生的條件.思考題：①當(dāng)R>r或RVr時(shí)，P出怎么變化，對(duì)一個(gè)相同的P出會(huì)不會(huì)有兩個(gè)外電阻R都滿足，如果存在這樣一對(duì)R,它們應(yīng)滿足什么關(guān)系②畫出P轉(zhuǎn)、P內(nèi)、P出隨電流I的變化圖像，通過圖像證明R=r時(shí)，P出最大電源的效率n=p出/p轉(zhuǎn)=iu/i?=u/Q當(dāng)總電路為純電阻電路且總電阻為R時(shí)：n=R/（R+r）可見，R越大，電源效率較高，而P出最大時(shí)，n=r/（2r）=50%，并不大.所以要注意區(qū)分電源輸出功率與效率這兩個(gè)概念.答：由W非二W內(nèi)+W外得出：P轉(zhuǎn)二P內(nèi)+P出，即品I=l2r+UI解：P出二UI=￡2R/（R+r）2=E2/（R+2r+r2/R）上式分母當(dāng)R=r2/R，即R=r時(shí)，存在極小值4r，所以電源最大輸出功率P出二￡2/4r.[例3]如圖3-4-5所示的直流電路中，電源電動(dòng)勢(shì)為昌，內(nèi)阻為r，外電路中，電阻Ri=r，滑動(dòng)變阻器的全部電阻為R2=2r，滑動(dòng)片從a端向b端滑動(dòng)過程中，哪種說法正確？ [ ]圖3-4-S電源的轉(zhuǎn)化功率逐漸增大電源內(nèi)部的熱功率逐漸增大電源的輸出功率逐漸減小R2上得到的功率逐漸減小解：當(dāng)滑片P由a向b滑動(dòng)時(shí)，外電路電阻逐漸減小，因此電流逐漸增大，可知選項(xiàng)A、B正確；當(dāng)滑片P滑到b端時(shí)，外電路電阻等于R1與內(nèi)阻相同，此時(shí)電源輸出功率最大.因此，C不正確；判斷D選項(xiàng)時(shí)，可把R1看成內(nèi)阻的一部分，即內(nèi)阻為2r，因此當(dāng)P處于a端時(shí)，外阻二內(nèi)阻=2r，此時(shí)R2上的功率最大，所以選項(xiàng)D正確.同步練習(xí)一、選擇題如圖3-4-6所示，兩只相同的白熾燈Li與L2串聯(lián)后接在電壓恒定的電路中，若L2的燈絲斷了，經(jīng)搭絲后與L2串聯(lián)，重新接在原電路中，則此時(shí)Li的亮度與未斷時(shí)相比，有[ ]不變 B.變亮C.變暗 D.條件不足，無法確定如圖3-4-7所示，電源電動(dòng)勢(shì)度=5V，內(nèi)阻r=10。，Rq=90。，R為滑動(dòng)變阻器，最大阻值為400。，以下說法正確的是R的阻值為0時(shí)，R0消耗的電功率最大R的阻值為400Q時(shí)，電源的路端電壓最大R的阻值為100。時(shí)，R消耗的電功率最大R0上消耗的電功率最小值是9X10-2W如圖3-4-8(a)所示電路，不計(jì)電表內(nèi)阻的影響，改變滑動(dòng)變阻器的滑片位置，測(cè)得電壓表Vi和V2隨電流表A的示數(shù)變化的兩條實(shí)驗(yàn)圖像，如圖(b)所示.關(guān)于這兩條實(shí)驗(yàn)圖像，有 [ ]圖線b的延長(zhǎng)線一定過坐標(biāo)原點(diǎn)0圖線a的延長(zhǎng)線與縱軸交點(diǎn)的縱坐標(biāo)值等于電源電動(dòng)勢(shì)圖線a、b的交點(diǎn)的橫、縱坐標(biāo)值的乘積等于電源的輸出功率圖線a、b的交點(diǎn)的橫、縱坐標(biāo)值的乘積等于電阻R消耗的電功率二、非選擇題如圖3-4-9所示電路中，M為直流電動(dòng)機(jī)，其線圈電阻為珈=1.0。，電池組電動(dòng)勢(shì)穢=42V，內(nèi)阻r=1.0。，保護(hù)電阻R=20。，電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)，電壓表示數(shù)為21V，則通過電動(dòng)機(jī)的電流強(qiáng)度為A，電動(dòng)機(jī)消耗的電功率為W，電動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械功率為W.一個(gè)燈泡L,標(biāo)有“16V,12W”字樣，一直流電動(dòng)機(jī)D,其線圈內(nèi)阻為2。，把L與D并聯(lián)，當(dāng)電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)，燈泡也正常發(fā)光；把L與D串聯(lián)，當(dāng)電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)，燈泡的實(shí)際功率為額定功率的3/4.求這臺(tái)電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的功率.(假定燈泡燈絲電阻保持不變)如圖3-4-10所示直流電路中，電源電動(dòng)勢(shì)度=6.0V，內(nèi)阻r=1.0Q，定值電阻R1=2.0Q，R2=5.0Q，滑動(dòng)變阻器R3的總阻值為15Q，求：調(diào)節(jié)R3過程中電流表示數(shù)的最小值.當(dāng)電流表的示數(shù)最小時(shí)，滑動(dòng)變阻器R3消耗的電功率是多少？?jī)蓚€(gè)定值電阻，把它們串聯(lián)起來，等效電阻是4Q；把它們并聯(lián)起來，等效電阻是1Q.求：這兩個(gè)電阻的阻值各為多少？如果把這兩個(gè)電阻串聯(lián)后接入一個(gè)電動(dòng)勢(shì)為￡，內(nèi)阻