粤教版 (2019)必修 第三册电路中的能量背景图课件ppt

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1.理解电功、电功率的概念，知道电流做功的实质。2.理解焦耳定律，掌握焦耳定律的应用。3.理解电功率和热功率。4.能从能量守恒的角度分析纯电阻与非纯电阻电路。
知识点一　电功和电功率
知识点三　电功与电热的关系
知识点四　闭合电路中的能量
如图所示，在一段导体两端加上电压U后，导体内的自由电荷在电场力的作用下定向移动，形成电流I，请思考在t时间内，通过某横截面的电量多大？电场力做了多少功？
(1)定义：电路中_________对自由电荷所做的功称为电功，电功的大小等于被消耗的电能。(2)公式：W＝_________。(3)单位：在国际单位制中，电功的单位是______，符号为___。
(1)定义：电流做功与完成这些功所用______之比叫作电功率，用P表示。
(3)单位：在国际单位制中，电功率的单位是______，简称瓦，符号是___。常用的单位还有kW，1 kW＝1×103 W。(4)意义：表示电流做功的______。(5)额定功率：额定功率是指用电器在额定电压下正常工作时所消耗的功率，此时流经用电器的电流就是它的额定电流。用电器在实际使用时，若加在它两端的实际电压不等于额定电压，那么它消耗的实际功率不等于额定功率，因此，在实际计算用电器的功率时，要注意两者的区别。
【思考判断】(1)电功率越大，表示电流做功越多。( )(2)电功W＝UIt可以用来计算所有电路中电流所做的功。( )
例1 (2024·广州市第七十五中学高二期末)如图所示，R1＝R3＜R2＝R4。在A、B两端接上电源后，比较各电阻消耗电功率P的大小(　　)
A.P1＝P3P1>P4>P3C.P2>P1>P3>P4D.P1>P2＞P4>P3
训练1 如图为一种服务型机器人，其额定功率为48 W，额定工作电压为24 V。机器人的锂电池容量为20 A·h，则机器人(　　)
A.额定工作电流为2.4 AB.充满电后最长工作时间为10 hC.电池充满电后总电量为7.2×103 CD.以额定电流工作时每秒消耗电能为20 J
将图乙中的R1、R2、R3分别插入图甲中的煤油中，根据Q＝cmΔt中温度的变化，可探究各电阻生成的电热的相关因素。探究电热与电阻关系时，应比较哪两个电阻的生热；探究电热与电流关系时，应比较哪两个电阻的生热？该探究用到了什么实验方法？
提示　R1、R2电流相同，通电时间相同，只有电阻不同，故探究电热与电阻关系时，应比较R1、R2；R1、R3电阻相同，通电时间相同，只有电流不同，故探究电热与电流关系时，应比较R1、R3；控制变量法。
1.纯电阻元件：当电流通过电炉丝等金属导体时，自由电子与金属中的其他电荷或者原子发生碰撞，消耗的电能全部转化为金属导体的内能，这类元器件称为纯电阻元件。2.焦耳定律(1)内容：电流通过导体产生的热量与__________________成正比，与导体的______及____________成正比。(2)表达式：Q＝________。
3.热功率(1)定义：一段电路因发热而消耗的功率称为热功率。(2)公式：P＝___________。
【思考】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？
提示　因为导线电阻相较电炉丝电阻很小，通过相同的电流，经过相同的时间产生的热量很少。
例2 (2024·陕西长安一中高二期中)电饭锅工作时有两种状态：一种是锅内水烧干前的加热状态，另一种是锅内水烧干后保温状态，如图所示是电饭锅电路原理示意图，S是感温材料制造的开关。下列说法中错误的是(　　)
训练2 (2024·广东高二学业考试)把一个标有“10 V　3 W”的小灯泡和定值电阻R串联后接在电压恒为12 V的电源上(如图所示)，小灯泡恰能正常工作，该电路工作10 s定值电阻产生的热量是(　　)
A.6 J B.30 J C.36 J D.60 J
电流通过用电器的过程中，消耗电能，同时产生其他形式的能，这个能量转化的过程就是电流做功的过程，即电功W＝UIt，而电流通过用电器会产生焦耳热Q＝I2Rt。那么Q和W一定相等吗？Q和W有什么样的关系呢？
提示　电流通过纯电阻电路做功时，电能全部转化为内能，此时电功等于电热，即W＝Q。在非纯电阻电路中，电流做功将一部分电能转化为内能，将另一部分电能转化为机械能或化学能等其他形式的能，此时W＞Q。
1.公式W＝UIt、P＝UI适用于求任何电路中的电功、电功率。2.公式Q＝I2Rt、P＝I2R适用于求任何电路中的热量、热功率。3.只有在纯电阻电路中才有电功等于电热，即W＝Q，P电＝P热。而在非纯电阻电路中电功大于电热，即W＞Q，P电＞P热。
4.纯电阻电路和非纯电阻电路的比较
【思考判断】(1)电热Q＝I2Rt可以用来计算所有含有电阻的电路中产生的焦耳热。( )(2)任何电路中的电功W＝UIt，电热Q＝I2Rt，且W＝Q。( )(3)电功W＝UIt在任何电路中都适用，Q＝I2Rt只在纯电阻电路中适用。( )
例3 (多选)下列关于电功、电功率和焦耳热的说法中正确的是(　 　)
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适用于任何电路，而W＝I2Rt只适用于纯电阻电路C.在非纯电阻电路中，UI＞I2RD.焦耳热Q＝I2Rt适用于任何电路
例4 (2024·广东揭阳高二期末)有一个直流电动机，把它接入0.4 V电压的电路时，电机不转，测得流过电动机的电流是0.8 A；若把电动机接入2 V电压的电路中，电动机正常工作，工作电流是1 A。求：(1)电动机线圈的电阻R；(2)电动机正常工作时输出的功率为多少？(3)电动机正常工作时的转子突然被卡住，则电动机热功率是多少？
答案　(1)0.5 Ω　(2)1.5 W　(3)8 W
(2)电动机正常工作时，线圈的热功率P热＝IR＝12×0.5 W＝0.5 W。电动机的输入功率P＝U2I2＝2×1 W＝2 W电动机正常工作时的输出功率P出＝P－P热＝2 W－0.5 W＝1.5 W。
电动机的简单模型及其功率、效率
训练3 (多选)如图所示，一直流电动机与阻值R＝9 Ω的电阻串联在电源上，电源电动势E＝30 V，内阻r＝1 Ω，用理想电压表测出电动机两端电压U＝10 V。已知电动机线圈电阻RM＝1 Ω，则下列说法中正确的是(　 　)
A.通过电动机的电流为10 AB.电动机的输入功率为20 WC.电动机的热功率为4 WD.电动机的输出功率为16 W
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。　　　　
1.电源提供的总功率P总＝______外电路上消耗的电功率P外＝U外I内电路上消耗的电功率P内＝U内I2.闭合电路中的能量转化EIt＝U外It＋U内ItEI＝__________＋U内I闭合电路的能量转化遵循能量守恒定律。
例5 (2024·广东湛江高二月考)图中电源电动势E＝12 V，内电阻r＝0.5 Ω。将一盏额定电压为8 V、额定功率为16 W的灯泡与一台线圈电阻R＝0.5 Ω的直流电动机并联后和电源相连，灯泡刚好正常发光，通电100 min，问：
(1)电源提供的电功率是多少？(2)电流对灯泡和电动机所做的功各是多少？(3)灯丝和电动机线圈产生的热量各是多少？
解析　(1)由并联电路电压关系可知，灯泡两端电压U1等于电动机两端电压U2，且U1＝U2＝E－Ir
电源提供的电功率为P电＝EI＝12×8 W＝96 W。
通电100 min，电流对灯泡所做的功W1＝Pt＝16×100×60 J＝9.6×104 J通过电动机的电流I2＝I－I1＝6 A电流对电动机所做的功W2＝I2U2t＝6×8×100×60 J＝2.88×105 J。
(3)灯丝产生的热量Q1＝W1＝9.6×104 J电动机线圈产生的热量
答案　(1)96 W　(2)9.6×104 J　2.88×105 J (3)9.6×104 J　1.08×105 J
1.(电功和电功率)当电阻两端加上某一稳定电压时，通过该电阻的电荷量为0.3 C，消耗的电能为0.9 J。为在相同时间内使0.6 C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.3 V　1.8 JB.3 V，3.6 JC.6 V，1.8 J D.6 V，3.6 J
2.(焦耳定律)(2024·广东深圳高二期末)某电吹风简化电路如图所示，其主要部件为电动机M和电热丝，部分技术参数如下表，电吹风在220 V电压下工作。下列说法正确的是(　　)
A.开关S1、S2都闭合时电吹风吹冷风B.吹热风时通过电热丝的电流为4 AC.吹热风时电热丝的功率为990 WD.该电吹风中电动机的内电阻为440 Ω
3.(闭合电路中的能量)(粤教版教材P108练习2改编)规格为“220 V　110 W”的电风扇，线圈电阻为40 Ω，求：(1)接上220 V的电压后，电风扇转化为机械能的功率和发热功率；(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功率。答案　(1)100 W　10 W　(2)均为1 210 W解析　(1)接上220 V电压后，电风扇的功率为110 W
所以转化为机械能的功率P机＝P－P热＝110 W－10 W＝100 W。(2)当接上220 V电压后，扇叶被卡住，不能转动，此电路变为纯电阻电路，消耗的功率全部转化为热功率
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.电功W＝UIt适用于任何电路C.kW和kW·h都是电功的单位D.电流做功越多，电能转化为其他形式的能量就越多
对点题组练题组一　电功和电功率1.(多选)关于电功和电功率的说法正确的是(　　)
解析　电路中产生的热量的多少不仅与电功率的大小有关，还与时间有关，故A错误；电功的定义式W＝UIt适用于一切电路，故B正确；kW是电功率的单位，kW·h是电功的单位，故C错误；电流做功的过程是电能转化为其他形式能的过程，功是能量转化的量度，故D正确。
2.(2024·广东珠海高二期末)一台电动机，额定电压为100 V，电阻是1 Ω，正常工作时电流是5 A，则电动机消耗的功率为(　　)A.25 W B.475 W C.500 W D.2 000 W解析　电动机消耗的电功率P＝UI＝500 W，故A、B、D错误，C正确。
3.(2024·广东广州高二期中)定值电阻R1、R2、R3的阻值均为2 Ω，在电路中允许消耗的电功率的最大值分别为10 W、10 W、2 W，现将这三个电阻按照如图所示的方式连接，则这部分电路消耗的电功率的最大值为(　　)
A.22 W B.12 W C.15 W D.16 W
题组二　焦耳定律4.一台电动机的额定电压是220 V，额定电流是5 A，线圈电阻为0.5 Ω，则此电动机正常工作时每秒产生的热量为(　　)A.25 J B.12.5 J C.110 J D.1 100 J
解析　电动机正常工作时线圈电阻生热Q＝I2r线t＝52×0.5×1 J＝12.5 J，所以每秒产生的热量为12.5 J，A、C、D错误，B正确。
5.(多选)如图所示，a、b两点间的电压为9 V，三个电阻的阻值分别为R1＝R2＝6 Ω、R3＝3 Ω。下列说法正确的是(　　)
A.R1、R2、R3两端的电压之比为1∶1∶1B.R1、R2、R3消耗的电功率之比为1∶1∶2C.在相等的相间内，通过R1、R2、R3的电荷量之比为2∶2∶1D.在相等的相间内，R1、R2、R3产生的焦耳焦之比为1∶2∶2
题组三　电功与电热的关系6.在研究微型电动机的性能时，应用如图所示的实验电路，当调节滑动变阻器R使电动机停止转动时，电流表和电压表的示数分别为0.5 A和 2.0 V。重新调节R使电动机恢复正常运转，此时电流表和电压表的示数分别为 2.0 A 和 24.0 V。则这台电动机正常运转时输出功率为(　　)
A.47 W B.44 W C.32 W D.18 W
7.(2024·广东韶关期末)油烟危害健康，某品牌的抽油烟机的主要部件是照明灯L和抽气扇M(电动机)，电路连接如图所示，下列说法正确的是(　　)
A.抽气扇须在点亮照明灯的情况下才能工作B.闭合开关S1和S2，抽气扇处于“弱吸”挡C.抽气扇由“弱吸”挡换成“强吸”挡，其发热功率不变D.工作中的抽气扇因吸入异物出现卡机时，回路中的电流将变大
解析　由电路图可知，照明灯和抽气扇处于并联状态，则抽气扇工作与否与是否点亮照明灯无关，A错误；闭合开关S2电阻R被短路，则流过抽气扇的电流、电压变大，则功率变大，抽气扇处于“强吸”挡，而抽气扇的热功率为P＝I2r，其中r为抽气扇内阻，阻值不变，则抽气扇由“弱吸”挡换成“强吸”挡，其发热功率增大，B、C错误；工作中的抽气扇因吸入异物出现卡机时，电路变成纯电阻电路，回路中的电流将变大，D正确。
题组四　闭合电路的能量8.(2024·广东广州高二期末)如图，便携式小风扇用可充电直流电源连接电动机驱动，电源电动势为E、内阻为r，电动机内部电阻为RM，电动机正常工作时，回路电流为I，则(　　)
A.时间t内电源的总功为EItB.电动机的额定电压为IRMC.电动机将机械能转化为电能D.通过电动机的电流做功功率大小为I2RM
解析　时间t内电源的总功W＝EIt，A正确；电动机为非纯电阻用电器，不适用欧姆定律，电动机的额定电压不等于IRM，B错误；电动机消耗的电能转化为机械能和内能，C错误；通过电动机的电流做功功率即为电功率，大于热功率I2RM，D错误。
9.(2024·广东珠海高二期末)用充电宝给手机电池充电时，充电宝输出电能转化为手机电池的化学能和内能，等效电路如图乙所示。在充电开始后的时间t内，充电宝的输出电压U和输出电流I都可认为是恒定的，若手机电池的内阻为r，则t时间内(　　)
综合提升练10.(多选)有两个灯泡L1、L2，额定电压皆为6 V，额定功率分别为6 W、3 W，将它们接在电路中，下列说法正确的是(　　)A.若将它们串联接在电路中，两灯泡的总功率最大为9 WB.若将它们串联接在电路中，两灯泡的总功率最大为4.5 WC.若将它们并联接在电路中，两灯泡的总功率最大为9 WD.若将它们并联接在电路中，两灯泡的总功率最大为4.5 W
11.(多选)如图所示，电阻R1＝20 Ω，电动机线圈的电阻R2＝10 Ω。当开关断开时，电流表的示数是0.5 A，当开关闭合后，电动机转动起来，电路两端的电压不变，电流表的示数I和电路消耗的电功率P应是 (　　)
A.I＝1.5 A B.I＜1.5 AC.P＝15 W D.P＜15 W
12.电热毯是人们常用的电热式家用电器，它一般具有加热和保温功能，如图为某种电热式电器的简化电路图，主要元件有电阻丝R1、R2和自动开关S。
(1)当自动开关S闭合和断开时，用电器分别处于什么状态？(2)用电器由照明电路供电(U＝220 V)，设加热时用电器的电功率为400 W，保温时用电器的电功率为40 W，则R1和R2分别为多大？
答案　(1)S闭合为加热状态，S断开为保温状态 (2)121 Ω　1 089 Ω
培优加强练13.一台小型电动机在6 V电压下正常工作，用此电动机提升重10 N的物体时，在10 s内使该物体在竖直方向匀速上升了1.1 m，上述过程中，通过电动机的电流为0.2 A。不计除电动机线圈生热外的其他能量损失。求：(1)电动机输出的机械功率；(2)电动机线圈的电阻。答案　(1)1.1 W　(2)2.5 Ω
解析　(1)物体做匀速直线运动，则拉力F＝G＝10 N，