18-19-第4章-4.4-电路中的能量转化与守恒

第4章探究闭合电路欧姆定律4.4电路中的能量转化与守恒课时分层作业当堂达标•固双基自主预习•探新知合作探究•攻重难返首页学习目标知识脉络1.理解电功与电热的区别与联系，掌握焦耳定律．(重点)2．理解电功与电功率，掌握电源的总功率，输出功率及电源的效率．(重点、难点)3．知道常见用电器及其能量转化的情况，了解电路中能的转化与守恒，树立节约用电的意识.课时分层作业当堂达标•固双基自主预习•探新知合作探究•攻重难返首页[自主预习·探新知][知识梳理]一、电功与电热关系的分析1．电功的公式：W＝.2．电功率计算公式：P＝.3．焦耳定律：Q＝.4．热功率计算公式：P＝.5．P＝UI是某段电路的，P＝I2R是这段电路上的，纯电阻电路中，电功率热功率，非纯电阻电路中电功率热功率．UItUII2RtI2R电功率热功率等于大于课时分层作业当堂达标•固双基自主预习•探新知合作探究•攻重难返首页二、闭合电路中的能量转化与守恒1．电源的总功率：P总＝.2．电源的输出功率：P出＝.3．电源的效率：η＝＝.4．在闭合电路中，电源的总功率等于与之和．EIUI输出功率内部发热功率UE×100%UIEI×100%课时分层作业当堂达标•固双基自主预习•探新知合作探究•攻重难返首页[基础自测]1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”．)(1)电功率越大，相同时间内电流做的功越多．()(2)根据电功的公式和欧姆定律可以推导出电热的公式，因此电功和电热是完全相同的．()(3)纯电阻电路和非纯电阻电路工作时能量转化情况相同，都是把电能转化为内能．()√××课时分层作业当堂达标•固双基自主预习•探新知合作探究•攻重难返首页(4)电源产生的电能只消耗在外电路上．()(5)电源的总功率等于内、外电路消耗的功率之和．()(6)电源的输出功率越大，电源的效率越高．()×√×课时分层作业当堂达标•固双基自主预习•探新知合作探究•攻重难返首页【提示】(2)×电功和电热并不完全相同，在某些电路中，电功不一定能完全转化为电热．(3)×纯电阻电路可以把电能全部转化为内能，非纯电阻电路则不能．(4)×内电路也消耗电源的能量．(6)×输出功率大时效率不一定高．课时分层作业当堂达标•固双基自主预习•探新知合作探究•攻重难返首页2．在电功率的计算公式P＝U2R中，U是加在用电器上的电压，R是用电器的电阻，此式可用于()【导学号：69682212】A．计算电冰箱的功率B．计算电风扇的功率C．计算电烙铁的功率D．计算洗衣机的功率C[P＝U2R只能计算纯电阻电路的电功率，而电冰箱、电风扇、洗衣机都是非纯电阻电路．只有电烙铁是纯电阻电路，故C正确．]课时分层作业当堂达标•固双基自主预习•探新知合作探究•攻重难返首页3.在图4­4­1所示的电路中，电源电动势为12V，电源内阻为1.0Ω，电路中的电阻R0为1.5Ω，小型直流电动机M的内阻为0.5Ω.闭合开关S后，电动机转动，电流表的示数为2.0A．以下判断中正确的是()图4­4­1A．电动机的输出功率为14WB．电动机两端的电压为7.0VC．电动机产生的热功率为4.0WD．电源输出的电功率为24W课时分层作业当堂达标•固双基自主预习•探新知合作探究•攻重难返首页B[电动机两端的电压为U＝E－I(R0＋r)＝7V，电动机产生的热功率为P热＝I2rM＝2W，电动机的输出功率为P1＝UI－I2rM＝12W，电源输出的电功率为P2＝EI－I2r＝20W，故B正确．]课时分层作业当堂达标•固双基自主预习•探新知合作探究•攻重难返首页4.(多选)如图4­4­2所示的电路中，电源的电动势E和内电阻r恒定不变，电灯L恰能正常发光，如果变阻器的滑片向b端滑动，则()图4­4­2A．电灯L更亮，电流表的示数减小B．定值电阻R2消耗的功率减小C．电灯L变暗，电源的总功率减小D．电灯L变暗，电流表的示数增大课时分层作业当堂达标•固双基自主预习•探新知合作探究•攻重难返首页AB[滑片向b端滑动，R1变大，电路中总电阻变大，根据I＝ER总＋r知I减小，电流表示数减小，根据E＝U外＋Ir知，U外变大，灯泡两端电压变大，故电灯L更亮．再根据P2＝I22R2，I减小，IL变大，故I2变小，R2功率变小，故C、D错误，A、B正确．]课时分层作业当堂达标•固双基自主预习•探新知合作探究•攻重难返首页[合作探究·攻重难]电功与电热的理解1．纯电阻电路与非纯电阻电路的比较纯电阻电路非纯电阻电路元件特点电路中只有电阻元件除电阻外还包括能把电能转化为其他形式能的元件欧姆定律服从欧姆定律，I＝UR不服从欧姆定律，UIR或IUR课时分层作业当堂达标•固双基自主预习•探新知合作探究•攻重难返首页能量转化电流做功，电能全部转化为电热电流做功，电能除转化为内能外还要转化为其他形式的能元件举例电阻、电炉丝、白炽灯等电动机、电解槽等课时分层作业当堂达标•固双基自主预习•探新知合作探究•攻重难返首页2．电功与电热的区别与联系(1)纯电阻电路：W＝Q＝UIt＝I2Rt＝U2Rt，P电＝P热＝UI＝I2R＝U2R.(2)非纯电阻电路：电功W＝UIt，电热Q＝I2Rt，WQ；电功率P电＝UI，热功率P热＝I2R，P电P热．课时分层作业当堂达标•固双基自主预习•探新知合作探究•攻重难返首页如图4­4­3所示，A为电解槽，M为电动机，N为电炉子，恒定电压U＝12V，电解槽内阻rA＝2Ω，当S1闭合、S2、S3断开时，电流表A示数为6A；当S2闭合、S1、S3断开时，A示数为5A，且电动机输出功率为35W；当S3闭合、S1、S2断开时，A示数为4A．求：图4­4­3(1)电炉子的电阻及发热功率各多大？(2)电动机的内阻是多少？(3)在电解槽工作时，电能转化为化学能的功率为多少？课时分层作业当堂达标•固双基自主预习•探新知合作探究•攻重难返首页思路点拨：①电炉子为纯电阻元件，其电阻可用欧姆定律计算，热功率和电功率相等．②电动机和电解槽为非纯电阻元件．课时分层作业当堂达标•固双基自主预习•探新知合作探究•攻重难返首页【解析】(1)电炉子为纯电阻元件，由欧姆定律得：R＝UI1＝126Ω＝2Ω其发热功率为：P＝UI1＝12×6W＝72W.(2)电动机为非纯电阻元件，由能量守恒定律得：UI2＝I22rM＋P输出所以：rM＝UI2－P输出I22＝12×5－3552Ω＝1Ω.课时分层作业当堂达标•固双基自主预习•探新知合作探究•攻重难返首页(3)电解槽为非纯电阻元件，由能量守恒定律得：P化＝UI3－I23rA所以P化＝(12×4－42×2)W＝16W.【答案】(1)2Ω72W(2)1Ω(3)16W课时分层作业当堂达标•固双基自主预习•探新知合作探究•攻重难返首页电功、电热的计算方法(1)判断电路中的用电器是纯电阻用电器还是非纯电阻用电器．(2)分析各用电器之间的连接方式，对纯电阻电路，计算时可以利用串联电路的分压特点或并联电路的分流特点．(3)由所求问题选取合适的公式，在非纯电阻电路中计算电功只能用W＝UIt，计算电热只能用Q＝I2Rt.欧姆定律的变形式在纯电阻电路中才能通用．(4)对于含电动机的电路，电动机转动时是非纯电阻用电器，电动机不转动时是纯电阻用电器．课时分层作业当堂达标•固双基自主预习•探新知合作探究•攻重难返首页[针对训练]1．(多选)一台直流电动机的电阻为R，额定电压为U，额定电流为I，当其正常工作时，下述正确的是()【导学号：69682213】A．电动机所消耗的电功率为I2RB．ts内所产生的电热为UItC．ts内所产生的电热为I2RtD．ts内输出的机械能为(U－IR)It课时分层作业当堂达标•固双基自主预习•探新知合作探究•攻重难返首页CD[电动机所消耗的电功率为UI，A错误；ts内产生的电热为I2Rt，B错误，C正确；ts内输出的机械能为UIt－I2Rt，D正确．]课时分层作业当堂达标•固双基自主预习•探新知合作探究•攻重难返首页2．规格为“220V36W”的排气扇，线圈电阻为40Ω，求：(1)接上220V的电压后，排气扇转化为机械能的功率和发热的功率；(2)如果接上电源后，扇叶被卡住，不能转动，求电动机消耗的功率和发热的功率．课时分层作业当堂达标•固双基自主预习•探新知合作探究•攻重难返首页【解析】(1)排气扇在220V的电压下正常工作时的电流为：I＝PU＝36220A≈0.16A.发热功率为P热＝I2R＝(0.16)2×40W≈1W.转化为机械能的功率为：P机＝P－P热＝36W－1W＝35W.课时分层作业当堂达标•固双基自主预习•探新知合作探究•攻重难返首页(2)扇叶被卡住不能转动后，电动机成为纯电阻电路，电流做功全部转化为热能，此时电动机中电流为I′＝UR＝22040A＝5.5A，电动机消耗的功率即电功率等于发热功率：P电′＝P热′＝UI′＝220×5.5W＝1210W.【答案】(1)35W1W(2)1210W1210W课时分层作业当堂达标•固双基自主预习•探新知合作探究•攻重难返首页闭合电路的输出功率和效率1．电源的输出功率当外电路为纯电阻电路时讨论如下：(1)电源的输出功率P出＝I2R＝E2R＋r2R＝E2RR－r2＋4Rr＝E2R－r2R＋4r.由此可知当R＝r时，电源有最大输出功率P出max＝E24r.课时分层作业当堂达标•固双基自主预习•探新知合作探究•攻重难返首页(2)P出与外电阻R的函数关系，如图4­4­4：图4­4­4课时分层作业当堂达标•固双基自主预习•探新知合作探究•攻重难返首页(3)P出与路端电压U的函数关系，如图4­4­5：图4­4­5课时分层作业当堂达标•固双基自主预习•探新知合作探究•攻重难返首页P出＝UI＝UE－Ur＝－1rU2＋ErU＝－1r·U－E22＋E24r我们可以得出，当U＝E2时，电源有最大输出功率，即P出max＝E24r.课时分层作业当堂达标•固双基自主预习•探新知合作探究•攻重难返首页2．电源的效率η＝P出P总×100%＝UIEI×100%＝RR＋r×100%＝11＋rR×100%，可见，当R增大时，效率增大．当R＝r时，即电源有最大输出功率时，其效率仅为50%，效率并不高．课时分层作业当堂达标•固双基自主预习•探新知合作探究•攻重难返首页如图4­4­6所示，E＝8V，r＝2Ω，R1＝8Ω，R2为变阻器接入电路中的有效阻值，问：图4­4­6课时分层作业当堂达标•固双基自主预习•探新知合作探究•攻重难返首页(1)要使变阻器获得的电功率最大，则R2的取值应是多大？这时R2的功率是多大？(2)要使R1得到的电功率最大，则R2的取值应是多大？R1的最大功率是多大？这时电源的效率是多大？(3)调节R2的阻值，能否使电源以最大的功率E24r输出？为什么？课时分层作业当堂达标•固双基自主预习•探新知合作探究•攻重难返首页思路点拨：(1)R1为定值电阻，电功率最大的条件是R2＝0.(2)R2为可变电阻，其电功率最大的条件是R2＝R1＋r.(3)电源输出最大功率为E24r的条件是内外电阻相等．课时分层作业当堂达标•固双基自主预习•探新知合作探究•攻重难返首页【解析】(1)将R1和电源(E，r)等效为一新电源，则新电源的电动势E′＝E＝8V内阻r′＝r＋R1＝10Ω，且为定值利用电源的输出功率随外电阻变化的结论知，当R2＝r′＝10Ω时，R2有最大功率，即P2max＝E′24r′＝824×10W＝1.6W.课时分层作业当堂达标•固双基自主预习•探新知合作探究•攻重难返首页(2)因R1是定值电阻，所以流过R1的电流越大，R1的功率就越大．当R2＝0时，电路中有最大电流，即Imax＝ER1＋r＝0.8AR1的最大功率P1max＝I2maxR1＝5.12W这时电源的效率η＝R1R1＋r×100%＝80%.课时分层作业当堂达标•固双基自主预习•探新知合作探究•攻重难返首页(3)不能．因为即使R2＝0，外电阻R1也大于r，不可能有E24r的最大输出功率．本题中，当R2＝0时，外电路得到的功率最大．【答案】(1)10Ω1.6W(2)