物理必修 第三册1 电路中的能量转化背景图ppt课件

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一、电功和电功率1.电流做功的实质导体中的恒定电场对自由电荷的静电力在做功。电流做功把电能转化为其他形式的能。2.电功(1)定义:电流在一段电路中所做的功,等于这段电路两端的电压U、电路中的电流I、通电时间t三者的乘积。(2)公式:W=Uq=UIt。(3)单位:焦耳,符号J。
3.电功率(1)物理意义:表示电流做功快慢的物理量。(2)定义:电流在一段电路中做功的功率P等于这段电路两端的电压U与电流I的乘积。(3)公式:P= =UI。(4)单位:瓦特,符号W。
二、焦耳定律1.焦耳定律(1)内容:电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比,跟导体的电阻及通电时间成正比。(2)表达式Q=I2Rt。2.电热功率(1)定义:电流在单位时间内的发热量通常称为电热功率。(2)表达式P热=I2R。
三、电路中的能量转化以电动机为例,设电动机消耗的功率为P电,电动机对外做功,输出的功率为P机,另外,电动机工作时自身也有能量损失,对应的功率为P损,它们之间满足P电=P机+P损。设电动机两端的电压为U,通过电动机线圈的电流为I,电动机线圈的电阻为R,P电=UI,P损=P热=I2R,P机=UI-I2R。
1.正误判断。(1)电功与电能的单位都是焦耳,电功就是电能。(　　)解析:电功是过程量,电能是状态量,两者只是单位相同,有本质的区别,电能的变化要依靠电流做功来实现,电流做功的过程就是电能向其他形式的能量转化的过程。答案:×(2)电功率越大,电流做功越快,电路中产生的焦耳热一定越多。(　　)解析:电功率公式为P=UI,功率越大,表示电流做功越快。但是电流做功的快慢只表示电能转化的快慢,转变成什么能与用电器有关,转化的多少与时间有关。答案:×
(3)电流做功的过程就是电能向其他形式的能量转化的过程。(　　)解析:功是能量转化的量度,电流做多少功就有多少电能转化为其他形式的能量。答案:√(4)电功率越大,表示电流做功越多。(　　)解析:电功率表示电流做功的快慢,电功率大,表示电流做功快,但做功不一定多。答案:×
(5)W=UIt适用于任何电路求电功。(　　)答案:√(6)Q=I2Rt适用于任何电路求热量。(　　)答案:√
2.R1和R2分别标有“2 Ω　1.0 A”和“4 Ω　0.5 A”,将它们串联后接入电路中,如图所示,则此电路中允许消耗的最大功率为(　　)A.1.5 WB.3.0 WC.5.0 WD.6.0 W
解析:把R1和R2串联后,由于R2的最大电流较小,故串联后的最大电流为0.5 A,串联后的总电阻为6 Ω,所以电路的最大功率为P=I2R=0.52×6 W=1.5 W,A正确。答案:A
3.(多选)一只电炉的电阻丝电阻和一台电动机线圈电阻相同,都为R,设通过的电流相同,则(在相同时间内)下列说法正确的是(　　)A.电炉和电动机产生的电热相等B.电动机消耗功率大于电炉消耗功率C.电炉两端电压小于电动机两端电压D.电炉和电动机两端电压相等解析:因为电热Q=I2Rt,所以当电流I、电阻R都相等时,在相同时间内产生的电热也相等;电炉两端的电压U=IR,但电动机两端的电压除了发热还要工作,即U=IR+U',所以电炉两端电压小于电动机两端电压,由P=UI可知电动机消耗功率大于电炉消耗功率。答案:ABC
对电功的理解及串、并联电路中的电功率情境导引用电炉烧水时,炉盘内的电炉丝被烧得通红,产生大量的热,而连接电炉的导线却不怎么热,这是什么原因?
要点提示:通电导线跟电炉丝是串联在一起的,通过它们的电流相等,而电炉丝的电阻比连接电炉丝的导线的电阻要大得多。由焦耳定律Q=I2Rt知在相等的时间内导线产生的热量比电炉丝产生的热量要少得多。
知识归纳1.对电功的理解(1)从力的角度看,电流做功的实质是静电力对自由电荷做功。(2)从能的角度看,电流做功过程是电能转化为其他形式的能的过程,电功的大小量度了电能的减少量,标志着电能转化为其他形式的能的多少。(3)电功W=UIt=qU对任何电路都适用。
2.串、并联电路中的电功率(1)串联电路
特别提醒 (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。(2)当分析用电器的功率问题时,一定要注意用电器的安全,不要超过用电器的额定电压、额定电流。
实例引导例1一根电阻丝,通过2 C的电荷量所消耗的电能是8 J。若在相同的时间内通过4 C的电荷量,该电阻丝上所加电压和消耗的电能分别是(　　)A.4 V,16 JB.8 V,16 JC.4 V,32 JD.8 V,32 J
解析:设电阻丝电阻为R,开始所加电压为U1,则W1=q1U1,故U1=4 V。设后来所加电压为U2,消耗的电能为W2,则
变式训练1有额定电压都是110 V,额定功率PA=100 W、PB=40 W的电灯两盏,接在电压是220 V的电路上,使两盏电灯均能正常发光且电路中消耗功率最小的电路是(　　)
解析:对灯泡有P=UI= ,可知RAUA,则有UB>110 V,B灯被烧毁,A错误;对于B电路,由于RB>RA,A灯又并联变阻器,并联电阻更小于RB,所以UB>U并,B灯被烧毁,B错误;对于C电路,B灯与变阻器并联电阻可能等于RA,所以可能UA=UB=110 V,两灯可以正常发光;对于D电路,若变阻器的有效电阻等于A、B的并联电阻,则UA=UB=110 V,两灯可以正常发光;比较C、D两个电路,由于C电路中变阻器功率为(IA-IB)×110 V,而D电路中变阻器功率为(IA+IB)×110 V,所以C电路消耗电功率最小。答案:C
焦耳定律情境导引电吹风工作时,将电能转化为什么能?电风扇工作时,将电能转化为什么能?电熨斗工作时,将电能转化为什么能?
要点提示:电吹风和电风扇工作时,将电能一部分转化成内能,另一部分转化成机械能;电熨斗工作时,将电能全部转化成内能。
知识归纳1.纯电阻电路和非纯电阻电路的比较
2.电功与电热的比较
画龙点睛 不管是纯电阻电路还是非纯电阻电路,计算电功时都可以用W=UIt,电功率都可以用P=UI,热量都可以用Q=I2Rt,热功率都可以用P=I2R。当用变形式时,就要考虑是否是纯电阻电路。
实例引导例2规格为“220 V　36 W”的排气扇,线圈电阻为40 Ω,求:(1)接上220 V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220 V的电源后,扇叶被卡住,不能转动,求电动机消耗的功率和发热的功率。
A=0.16 A,发热功率为P热=I2R=(0.16)2×40 W=1 W。转化为机械能的功率为P机=P-P热=36 W-1 W=35 W。(2)扇叶被卡住不能转动后,电动机成为纯电阻用电器,电流做功全部转化为热能,此时电动机中电流为
电动机消耗的功率即电功率等于热功率:P电'=P热'=UI'=220×5.5 W=1 210 W。
答案:(1)35 W　1 W　(2)1 210 W　1 210 W
规律方法 电动机电路的分析与计算(1)当电动机正常工作时,要注意分清电功和电热的关系,电动机消耗的电能也就是电流做的功W=UIt,电动机产生的内能必须用Q=I2Rt来求。另外,还要注意能量守恒定律的应用,即W=Q+E(E为其他形式的能)或P电=P机+P热,其中P电=UI,P热=I2R,P机为机械功率。(2)当电动机被卡住时,非纯电阻电路转变为纯电阻电路,电动机消耗的电能全部转化为电动机产生的内能,W=Q,即UIt=I2Rt。
变式训练2如图所示,有一内阻为4.4 Ω的电解槽和一盏标有“110 V　60 W”的灯泡串联后接在电压为220 V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120 WB.电解槽的发热功率为60 WC.电解槽消耗的电功率为60 WD.电路消耗的总功率为60 W
1.(多选)下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法正确的是(　　)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=IUt适用于任何电路,而W=I2Rt= t只适用于纯电阻电路C.在非纯电阻电路中,IU>I2RD.焦耳热Q=I2Rt适用于任何电路
2.(多选)日常生活用的电吹风中有电动机和电热丝,电动机带动风叶转动,电热丝给空气加热,得到的热风可将头发吹干。设电动机线圈的电阻为R1,它与电热丝的电阻R2相串联,接到直流电源上,电吹风机两端电压为U,通过的电流为I,消耗的电功率为P,则以下选项正确的是(　　)A.IU>P B.IU=PC.P>I2(R1+R2)D.P=I2(R1+R2)
解析:电吹风机消耗的电功率即消耗的电能的功率为P=UI,大于电阻上的热功率,选项B、C正确。答案:BC
3.A、B为“220 V　100 W”的两盏相同的灯泡,C、D为“220 V　40 W”的两盏相同灯泡,A、B灯的电阻均为　　　　Ω;C、D电阻为　　　　Ω。现将四盏灯泡接成如图所示电路,并将两端接入电路,各灯实际功率分别为PA、PB、PC、PD,则实际功率的大小顺序是　　　　。