2021学年第3节 电功与电热课文ppt课件
展开一、电功和电功率1.电能的转化:电能转化成其他形式能的过程就是_________的过程。消耗多少电能,电流就做了多少功。2.电功与电功率:
二、焦耳定律1.内容:电流通过导体产生的热量与_____的二次方成正比,与导体的电阻及通电时间成正比。2.公式:Q=____。3.单位:焦耳,符号为__。
三、身边的电热 任务驱动 电熨斗通电一段时间后,熨斗面很烫,而连接电熨斗的导线却不怎么热。这是为什么?提示:通过电熨斗和导线的电流相同,但电熨斗电阻较大,根据Q=I2Rt,在通电时间一样的时候,电熨斗产生的热量更多一些。
1.电流热效应的应用:如电热水器、电饭锅、电刻笔、电焊等都是利用______________工作的。2.电流热效应的危害:(1)插座和插头之间接触不良会迸出火花。(2)在输电线路中由于电热,降低了电能的输送效率。(3)电线中由于接触不良或散热不好会烧坏电线的绝缘层,引起漏电、触电。
主题一 电功和电功率【实验情境】如图所示,一段电路两端的电压为U ,在t时间内通过电路任一横截面的电荷量为q。
【问题探究】 (1)在上述情境中,电荷移动的过程中,电场力做功是多少?提示:根据电场力做功的公式,可知W=qU。(2)根据电流的定义,试推导电场力做功与电流I的关系。提示:根据电流的定义I= ,可得q=It。所以W=qU=UIt。(3)功率表示做功的快慢,哪个物理量可以表示电场力做功的快慢?提示:电功率可以表示电场力做功的快慢。根据功率的定义P= =UI。
【结论生成】1.电功:(物理观念)电功W=UIt,适用于任何电路。2.电功率:(物理观念)(1)电功率P=UI适用于任何电路。(2)额定功率:用电器正常工作时所需要的功率。实际功率:用电器在实际电压下电流的功率。
【典例示范】 如表所示是某品牌充电宝、某智能手机内置电池和随身LED灯的参数,从图中数据可知( )A.充电宝充满电需要10 hB.充满电的充电宝可以给手机充5次电C.充电宝给手机充一次电只需要约30 minD.充满电的充电宝至少可以使LED灯亮60 h
【解析】选D。充电宝的容量(最大电荷量)为30 000 mAh=30 Ah,充电宝输入额定电流I=2.1 A,充电宝充满电所需时间t= ≈14 h,故A错误。手机电池的额定容量为2 900 mAh=2.9 Ah,充满电的充电宝可以给手机充电次数约为 ≈10次>5次,故B错误。充电宝用1 A的输出电流给手机电池充电,需要时间大约 ≈2.9 h,故C错误。LED灯的额定电流I= A=0.5 A,充电宝的容量为30 000 mAh=30 Ah,给LED灯供电时间t= =60 h,故D正确。
【探究训练】1.LED灯可将电能高效转化为光能,在日常生活中得到普遍应用,某LED灯的额定电压为5.0 V,额定功率为3.0 W,其照明亮度与25 W的白炽灯相当。该LED灯在额定电压下工作时的电流为( ) A AC.1.7 AD.3.0 A
【解析】选B。已知LED灯的额定电压为5.0 V,额定功率为3.0 W,则LED灯在额定电压下工作时的电流:I= =0.6 A。故B正确,A、C、D错误。故选B。
2.如图为常见的LED显示屏。现有一显示屏是由某种型号的LED灯组成的,每只灯在不同电压下发出不同颜色的光,发光时的工作电流均为20 mA。当电压为1.4 V时发红光;当电压为1.8 V时发黄光;当电压为3.2 V时发蓝光。已知该显示屏面积为3 m2,1 m2灯的数量为1.0×104个,则当整个显示屏所有LED灯都发蓝光时,LED灯的总功率最接近( )A.1.0×102 WB.1.0×103 WC.1.0×104 WD.1.0×106 W
【解析】选B。当LED灯发蓝光时,两端的电压U=3.2 V,通过的电流I=20 mA=0.02 A,则每个LED灯的电功率P=UI=3.2 V×0.02 A=0.064 W。1 m2灯的数量为1.0×104个,则总功率:P总=nP=3×1.0×104×0.064 W=1.92×103 W。可知在四个选项中,最接近的是B选项。故B正确,A、C、D错误。
主题二 电功和电热的关系【生活情境】情境1:生活中,我们经常用电壶来烧水、用电暖气来取暖。情境2:在现代化生产过程中,电动机是我们的得力助手,能够帮我们处理许多问题。【问题探究】(1)请问在情境1中,电流做功把电能转化成什么能量,并指出它们间的定量关系?提示:情境1中,电流做功把电能完全转化成内能。W=Q=UIt=I2Rt。
(2)请问在情境1中,电流、电压、电阻三者的关系怎样?提示:遵循欧姆定律,I= 。(3)请问在情境2中,电流做功把电能转化成什么能量?提示:情境2中,电流做功把电能完全转化成内能和机械能。W=Q+E机械→UIt=I2Rt+E机械。(4)请问在情境2中,电流、电压、电阻三者的关系怎样?提示:不遵循欧姆定律,I≠ 。UI>I2R。
【结论生成】1.纯电阻电路与非纯电阻电路的比较:(科学思维)
2.电动机的功率与效率:(科学思维)(1)电动机的输入功率:P入=U·I(2)电动机的发热功率:PQ=I2·R(3)电动机的输出功率:P出=P入-PQ=UI-I2R(4)电动机的效率:η=
【典例示范】小型直流电动机(其线圈内阻为r=1 Ω)与规格为“4 V、4 W”的小灯泡并联,再与阻值为R=5 Ω的电阻串联,然后接至U=12 V的电源上,如图所示,小灯泡恰好正常发光,电动机正常工作,求:(1)通过电动机的电流;(2)电动机的输出功率;(3)电动机的效率;(4)如果匀速提升质量m=1.0 kg的重物,重物的速度大小是多少?
【解析】(1)流经灯泡的电流IL= =1 A流经电阻R的电流IR= A=1.6 A流经电动机的电流I=IR-IL=0.6 A。(2)电动机消耗的总功率:P=ULI=4×0.6 W=2.4 W电动机产生的热功率:P热=I2r=0.62×1 W=0.36 W电动机输出功率:P出=P-P热=2.4 W-0.36 W=2.04 W;
(3)电动机的效率:η= ×100%=85%(4)匀速提升时:F=mg=1×10 N=10 N由电动机的输出功率P出=Fv得重物的速度为v= m/s=0.204 m/s答案:(1)0.6 A (2)2.04 W (3)85% (4)0.204 m/s
【探究训练】 一台电风扇,内阻为20 Ω,接在220 V的电路中,正常工作时消耗的电功率为44 W。下列说法中错误的是( )A.通过电风扇的电流为11 AB.电风扇的机械功率为43.2 WC.电风扇的发热功率为0.8 WD.电风扇的效率为98.2%
【解析】选A。由P入=IU得I= A=0.2 A,故A错误;电风扇正常工作时转化为内能的功率:P内=I2r=0.22×20 W=0.8 W。电风扇正常工作时的机械功率:P机=P入-P内=44 W-0.8 W=43.2 W,故B正确,C正确。电风扇正常工作时的效率:η= ×100%≈98.2%,故D正确。本题选择错误的,故选:A。
【补偿训练】有一电动机,其铭牌上标有“100 V 50 W”,当给此电动机接上100 V的电源使其正常工作时,测得它可以将重10 N的物体以4 m/s的竖直速度匀速提起,求:(1)此电动机的线圈电阻为多大;(2)为了让此电动机和一个“100 V 30 W”的白炽灯在一个输出电压为200 V的电源带动下都能正常工作,有人设计了如图电路,请计算电路中的附加电阻的阻值。
【解析】(1)电动机正常工作时输出的机械功率为:P机=Gv=10×4 W=40 W;所以其正常工作发热功率为:P热=P-P机=50 W-40 W=10 W;正常工作电流为:I= A=0.5 A;根据焦耳定律:P热=I2r根据以上可得电动机内阻:r= Ω=40 Ω;
(2)白炽灯泡正常工作时的电流为:IL= A=0.3 A;所以分流电阻R上应流过的电流为:IR=I-IL=0.5 A-0.3 A=0.2 A;根据欧姆定律,分流电阻R的阻值应为R= Ω=500 Ω。答案:(1)40 Ω (2)500 Ω
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