2019-2020学年新教材高中物理 第十二章 电能 能量守恒定律 第1节 电路中的能量转化课件 新

课标要求第十二章电能能量守恒定律第1节电路中的能量转化1．理解电功和电功率的概念，知道电流做功的实质。2．理解电热和电热功率，关注焦耳定律在生产、生活中的应用。3．从能量转化和守恒的角度理解电功和电热的区别。一、电功和电功率1．填一填(1)电流转化为其他形式的能，是通过做功来实现的。(2)电流做功的实质：导体中的对自由电荷的静电力在做功。(3)静电力的功：电流在一段电路中所做的功等于电路两端的电压U、电路中的电流I、通电时间t三者的。即W＝。电流恒定电场乘积UIt(4)电功率①定义：电流在一段电路中所做的功与通电时间之比。②定义式：P＝_____。③电功率表达式：P＝。④单位：电功的单位是(J)，电功率的单位是(W)。WtUI焦耳瓦特2．判一判(1)电功与电能的单位是相同的，因此，电功就是电能。()(2)电流做的功越多，电功率越大。()(3)电流做功的过程实质上就是静电力对自由电荷做功的过程。()××√3．选一选当电阻两端加上某一稳定电压时，通过该电阻的电荷量为0.3C，消耗的电能为0.9J。为在相同时间内使0.6C的电荷量通过该电阻，在其两端需加的电压和消耗的电能分别是()A．3V,1.8JB．3V,3.6JC．6V,1.8JD．6V,3.6J解析：根据公式W＝Uq可知，当通过该电阻的电荷量为0.3C，消耗的电能为0.9J时，电阻的两端电压为3V，此时的电流为I；若在相同时间内使0.6C的电荷量通过该电阻，表明后者的电流是前者的二倍，则说明后者的电压也是前者的二倍，即在其两端需加的电压为3V×2＝6V，消耗的电能为W＝6V×0.6C＝3.6J，选项D正确。答案：D二、焦耳定律及电路中的能量转化1．填一填(1)焦耳定律：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成，跟导体的电阻及通电时间成。即：Q＝。(2)热功率：电流通过导体发热的功率P热＝。(3)电路中的能量转化①电动机工作时能量转化关系：电动机从电源获得的能量，一部分转化为机械能，还有一部分转化为。②功率关系：P电＝P机＋P损。③电池充电时能量转化关系：电能转化为能和内能。正比正比I2RtI2R内能化学2．判一判(1)非纯电阻电路中，电热Q的表达式仍为Q＝I2Rt。()(2)热功率与电功率是相同的。()(3)电流通过笔记本电脑时，电功与电热不相等。()√×√3．想一想标有“220V40W”的白炽灯泡和“220V40W”的电动机，把它们并联后接到220V的照明电路中，二者都能正常工作，它们在相同的时间内产生的电热相同吗？提示：不同。“220V40W”的白炽灯泡通电时将电能全部转化为内能，而“220V40W”的电动机，通电后消耗的电能大部分转化为机械能，剩余的小部分才转化为内能。串、并联电路中电功率的分析与计算[学透用活]1．串联电路功率关系各部分电路电流I相同，根据P＝I2R，各电阻上的电功率与电阻成正比总功率P总＝UI＝U1＋U2＋…＋UnI＝P1＋P2＋…＋Pn2．并联电路功率关系各支路电压相同，根据P＝U2R，各支路电阻上的电功率与电阻成反比总功率R总＝UI＝UI1＋I2＋…＋In＝P1＋P2＋…＋Pn3．结论无论是串联电路还是并联电路，电路消耗的总功率均等于各负载消耗的功率之和。[典例1]现有标有“110V40W”的灯泡L1和标有“110V100W”的灯泡L2及一只最大阻值为500Ω的滑动变阻器R，将它们接在220V的电路中，在如图所示的几种接法中，最合理的是()[解析]L1(110V40W)和L2(110V100W)的额定电压相同，由P＝U2R可知R1R2，由串、并联电路电流、电压特点可知A、D中L1、L2一定不会同时正常发光；虽然B、C都能使L1、L2同时正常发光，但B中P总＝2(P1＋P2)，C中P总＝2P2，故选C。[答案]C[易错警示](1)求解串、并联电路中的功率分配问题，比例法求解会使问题简化，但一定要确定是正比关系还是反比关系。串联电路中的电流相同，由P＝I2R可知，P与R成正比；并联电路中各支路两端的电压相同，由P＝U2R可知P与R成反比。(2)当分析用电器的功率问题时，一定要注意用电器的安全，即不要超过用电器的额定电压、额定电流。[对点练清]1．有两盏电灯L1和L2，用图中所示的两种方式连接到电路中，已知电压U相同，且两盏电灯均能发光，比较在甲、乙两个电路中电灯L1的亮度，则()A．甲图电路中灯L1比乙图电路中灯L1亮B．乙图电路中灯L1比甲图电路中灯L1亮C．两个电路中灯L1一样亮D．不知它们的额定电压和额定功率，无法判断解析：因为电压U相同，两盏电灯串联后，L1两端电压小于U；两盏电灯并联后，加在电灯两端的电压都为U，因此并联后的灯泡较亮，选项B正确。答案：B2．不考虑温度对电阻的影响，对一个“220V,40W”的灯泡，下列说法正确的是()A．接在110V的电路上时的功率为20WB．接在110V的电路上时的功率为10WC．接在440V的电路上时的功率为160WD．接在22V的电路上时的功率为4W解析：由P额＝U额2R得灯泡的电阻R＝1210Ω。电压为110V时，P＝U2R＝10W，故A项错误，B项正确；电压为440V时，超过灯泡的额定电压一倍，故灯泡烧坏，P＝0，故C项错误；电压为22V时，P＝U2R＝2221210W＝0.4W，故D项错误。答案：B3．[多选]如图所示为某电学元器件的伏安特性曲线，图中虚线为曲线上P点的切线。当通过该元器件的电流为0.4A时()A．该元器件的阻值为250ΩB．该元器件的阻值为125ΩC．该元器件消耗的电功率为20WD．该元器件消耗的电功率无法求解解析：由题图可知，当电流为0.4A时，电压为50V，则由欧姆定律可知，阻值为R＝UI＝500.4Ω＝125Ω，故B正确，A错误；由P＝UI可知，该元器件消耗的电功率为20W，故C正确，D错误。答案：BC纯电阻电路与非纯电阻电路[学透用活]1．两种电路的比较两种电路比较内容纯电阻电路非纯电阻电路元件特点电路中只有电阻元件，只能把电能转化为内能除电阻外还包括能把电能转化为其他形式能的用电器欧姆定律服从欧姆定律，I＝UR不服从欧姆定律，UIR或IUR能量转换电流做的功全部转化为电热电流做的功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2.电功、电热、电功率、热功率的比较物理量比较项电功电热电功率热功率意义电流通过导体，静电力做的功，表示消耗电能的多少电流通过导体产生的热，表示消耗的电能之中有多少转化为内能描述了单位时间内消耗电能的多少描述了单位时间内消耗的电能之中有多少转化为内能W＝qU＝IUtQ＝I2RtP＝Wt＝IUP′＝Qt＝I2R非纯电阻电路WQPP′表达式纯电阻电路W＝qU＝IUt＝I2Rt＝U2Rt即W＝QP＝IU＝I2R＝U2R即P＝P′[典例2]规格为“220V36W”的排气扇，线圈电阻为40Ω，求：(1)接上220V的电压后，求排气扇转化为机械能的功率和发热的功率；(2)如果接上220V的电压后，扇叶被卡住，不能转动，求电动机消耗的功率和发热的功率。[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电－P热＝36W－1W＝35W。(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发热功率：P电′＝P热′＝UI′＝220×5.5W＝1210W。[答案](1)35W1W(2)1210W1210W[规律方法](1)当电动机不转动时，消耗的电能全部转化为内能，此时是一个纯电阻元件。当电动机转动时，消耗的电能转化为机械能和内能，此时是非纯电阻元件。(2)求解非纯电阻电路问题时，注意区分电功率和热功率，弄清电功率、热功率、其他功率的关系。[对点练清]1．下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法中正确的是()A．电功率越大，电流做功越快，电路中产生的焦耳热一定越多B．W＝UIt＝I2Rt＝U2Rt，对任何电路都适用C．U＝IR对于纯电阻电路和非纯电阻电路都适用D．焦耳热Q＝I2Rt适用于任何电路解析：由电功率公式P＝Wt知，电功率越大，表示电流做功越快。对于一段电路，有P＝IU，I＝PU，焦耳热Q＝PU2Rt，可见Q与P、t都有关，所以，P越大，Q不一定越大，选项A错误；W＝UIt是电功的定义式，适用于任何电路，而W＝I2Rt＝U2Rt只适用于纯电阻电路，选项B错误；U＝IR只能用于纯电阻电路中，非纯电阻电路不适用，选项C错误；Q＝I2Rt是焦耳热的定义式，适用于任何电路中产生的焦耳热，选项D正确。答案：D2．一台电风扇和一盏白炽灯上都标有“220V60W”的字样，下列关于这两个家用电器的说法，正确的是()A．它们的电阻值一定相等B．它们正常工作时，通过的电流一定不同C．它们正常工作时，发热功率一定相等D．它们正常工作时，消耗的电功率一定相等解析：电风扇为非纯电阻电路，其电阻值一定小于白炽灯的电阻值，A错误；根据P＝UI可知，因功率相等，电压相等，故通过的电流一定相同，B错误；因电风扇消耗的电功率只有部分转化为热量，故发热功率一定小于白炽灯的发热功率，C错误；根据题给信息可知，它们正常工作时，消耗的电功率一定相等，D正确。答案：D3．如图所示，有一内电阻为4.4Ω的电解槽和一盏标有“110V60W”的灯泡串联后接在电压为220V的直流电路两端，灯泡正常发光，则()A．电解槽消耗的电功率为120WB．电解槽的发热功率为60WC．电解槽消耗的电功率为60WD．电路消耗的总功率为60W解析：灯泡能正常发光，说明电解槽和灯泡均分得110V电压，且干路电流I＝I灯＝60W110V，则电解槽消耗的功率P＝P灯＝60W，C对，A错；电解槽的发热功率P热＝I2R＝1.3W，B错；整个电路消耗的功率P总＝220V×60W110V＝120W，D错误。答案：C一、自动扶梯最多乘载人数的确定(科学思维)[选自鲁科版新教材P77第4题]某商场安装了一台倾角为30°的自动扶梯，该扶梯在电压为380V的电动机带动下以0.5m/s的恒定速率向斜上方移动，电动机的最大输出功率为4.9kW。不载人时测得电动机中的电流为5A，若载人时扶梯的移动速率与不载人时相同，忽略电动机内阻的热损耗，则不载人时扶梯运行的电功率是多大？若输送一个人的功率为120W，则这台自动扶梯可同时乘载多少人？[解析]不载人时扶梯运行的电功率P0＝UI＝380×5W＝1900W，设自动扶梯最多可同时乘载的人数为N。由P最大＝P0＋N×120可得：N＝4900－1900120人＝25人。[答案]1900W25人二、电动自行车的运行问题[选自鲁科版新教材P77第6题]下表是某品牌电动自行车的主要技术参数。整车质量40kg蓄电池工作电压36V最高车速25km/h一次充电电耗0.6kW·h电动机效率75%充电时间8h最大骑行噪声62dB一次充电连续行驶里程50km质量m＝60kg的人骑该电动自行车在水平路面上以6m/s的速度匀速行驶，受到的阻力是人与车总重的0.02。取重力加速度g＝10m/s2。(1)若以这一速度连续行驶10min，电动机至少做多少功？(2)行驶过程中通过电动机的电流多大？解析：(1)电动自行车所受的阻力f＝0.02(m＋m车)g＝20N10min内自行车行驶的路程x＝vt＝6×10×60m＝3600m所以电动机所做的功W有＝fx＝20×3600J＝7.2×104J。(2)设行驶过程中通过电动机的电流为I，则UIt·η＝W有可求得I＝W有Ut·η＝7.2×10436×10×60×75%A≈4.4A。答案：(1)7.2×104J(2)4.4A