1、第4课时电路中的能量转化与守恒学 习 目 标思 维 启 迪1.理解电功和电热的关系，能区分纯电阻电路和非纯电阻电路中的电功和电热2.掌握焦耳定律，并能进行有关计算3.理解闭合电路的功率表达式，知道闭合电路中能量的转化会计算电源的各种功率及效率.在现代社会里，人们离不开电.各种各样的用电器减轻了人们的劳动强度，提高了人们的生活质量顾名思义，用电器是用电来工作的器具，它们的共同特点就是要消耗电能，靠电流做功来工作如图441所示是日常生活中常见的用电器，你能说出它们的名称和用途吗？电能转化为什么能量了？功能多样的用电器图4-4-1一、电功和电功率1电流做功的实质：导体中的_对自由电荷的静电力移动电荷
2、做功，把_转化为_的能2决定电流做功多少的因素：与电路两端的电压、_、_有关用公式表达为W_，式中四个量的国际单位分别为_、_、_、_3电流做功的快慢表示电功率(1)定义：_电流所做的功知识梳理电场电能其它形式电流强度作用时间焦耳伏特安培秒单位时间内UIt(2)公式及单位：P _，三个物理量的单位分别是_、_、_ 二、焦耳定律1内容：电流通过导体时产生的热量跟_的平方成正比，跟导体的_及_成正比2公式：Q _.3热功率：_的发热量，P_.三、闭合电路中能量转化与守恒1各部分功率关系：根据EItUItI2rt可知EIUI_，其中_为电源总功率2 _为电源输出功率，_为电源内耗功率UI瓦特伏特安培
3、电阻时间电流I2RtI2RI2rEII2r单位时间UI1关于电功的下列说法，正确的是 ()A导体内电场力移动电荷所做的功叫做电功B电流做功的过程，就是电能转化为其他形式的能的过程C电流做功消耗的能量，由电源来供给D电功就是电能答案：ABC基础自测2对于连入电路的不同灯泡而言，亮度大的灯泡是 ()A通过的电流大的灯泡B两端电压大的灯泡C电阻值大的灯泡D消耗电功率大的灯泡答案：D3将一个电动势为3 V，内阻不能忽略的电池两端接一电阻R，当有1 C的电荷通过电阻R时，在R上产生的热量 ()A大于3 JB小于3 JC等于3 J D内阻未知，无法确定解析：根据WqU3 J，而W为内阻r和外电阻R上产生的
4、热量之和，故R上产生的热量小于3 J.答案：B4用一个额定电压为220 V的电热水器煮沸一壶水需要t s，如果不考虑电热水器的电热损失和电热丝电阻受温度的影响，那么 ()A当线路电压为110 V时，煮沸一壶水需要2t sB当线路电压为110 V时，煮沸一壶水需要4t sC当线路电压为55 V时，煮沸一壶水需要4t sD当线路电压为55 V时，煮沸一壶水需要16t s答案：BD5电阻R和电动机M相串联接到电路中，如图442所示已知电阻R跟电动机线圈电阻相等，开关接通后，电动机正常工作，设电阻R和电动机两端的电压分别为U1和U2；经过时间t，电流通过电阻R做功W1，产生的电热为Q1；电流通过电动机
5、M做功W2，产生的电热为Q2，则有 ()图4-4-2AU1U2，Q1Q2BW1W2，Q1Q2CW1W2，Q1Q2DW1P热已知一个标有“110 V10 W”字样的灯泡，问：(1)灯泡的电阻是多大？(2)灯泡正常工作时的电流是多大？(3)如果接在100 V的电路中，它的实际功率是多大？答案：(1)210(2)0.09 A(3)8.3 W(1)电功和电热关系对任何电路，电流做的功恒为WUIt；电流产生的热量恒为QI2Rt.电功与电热在非纯电阻电路(像含有电动机、电解槽的电路)中，电流做的功只有很少一部分转化为电热，绝大部分转化成(机械能或化学能等)其他形式的能因此，WQ即UItI2Rt，根据能的转
6、化和守恒定律知，在非纯电阻电路中满足电功电热其他形式的能，即UItI2RtE其他从以下思维导图可见纯电阻电路与非纯电阻电路的区别纯电阻电路非纯电阻电路(2)注意区别“负载”“负荷”与电阻“负载”或“负荷”是对用电器功率特征的一种习惯称谓通常说“负载”或“负荷”大，是指用电器的功率大，并不是用电器的“电阻”大在一般情况下，“负载”大的用电器电阻反而小如“200 V60 W”与“200 V100 W”的两个灯泡，后者的额定功率较大但电阻却较小【例2】有一台标有“220 V66 W”的电风扇，线圈的电阻为20，求接上220 V电压后，电风扇消耗的功率转化为机械能的功率和发热功率；如果接上电源后，扇叶
7、被卡住，不能转动，求电动机消耗的功率和发热功率解析：电风扇工作时，其电路不是纯电阻电路，它从电源获取的电功率一部分转化为线圈的发热功率，另一部分转化为扇叶转动时的机械功率它们三者之间的关系为P电P热P机其中P电UI，P热I2R.电风扇接在220 V电压下正常工作，发热功率为P热I2R0.3220 W1.8 W.转化为机械能的功率为P机PP热66 W1.8 W64.2 W.电风扇被卡住不能转动，电动机相当于纯电阻，电能全部转化为内能，通过电风扇的电流为：电动机消耗的功率P等于发热功率P热，即PP热IU11220 W2 420 W这时电动机将被烧坏答案：见解析某一用直流电动机提升重物的装置，如图4
8、43所示，重物质量m50 kg，电源的电压为U110 V，不计电源内阻及各处摩擦，当电动机以v0.90 m/s的恒定速度向上提升重物时，电路中的电流I5 A，由此可知电动机的线圈的电阻R为多少？图4-4-3解析：电动机消耗的总能量一部分用于提升重物的机械能，一部分消耗在电动机线圈电阻发热上答案：4.4(1)各部分功率关系分析由EItI2RtI2rt知，EII2RI2r其中EI为电源的总功率，I2r为电源内耗功率，I2R为外电路消耗功率，也是电源的输出功率(2)电源输出功率特点电源的功率和效率由图444可以看出图4-4-4【例3】三只灯泡L1、L2和L3的额定电压分别为1.5 V、1.5 V和2
9、.5 V，它们的额定电流都为0.3 A若将它们连接成如图445(a)、(b)所示电路，且灯泡都正常发光图4-4-5(a)(b)(1)试求图(a)所示电路的总电流和电阻R2消耗的电功率；(2)分别计算两电路电源提供的电功率，并说明哪个电路更节能解析：(1)由题意可知，在题图(a)所示的电路中：电路中的总电流I总IL1IL2IL30.9 AU电路EI总r2.55 V，UR2U电路UL30.05 V，IR2I总0.9 A；电阻R2消耗的电功率PR2IR2UR20.045 W.(2)题图(a)所示电路电源提供的电功率P总I总E0.93 W2.7 W题图(b)所示电路电源提供的电功率P总I总E0.36
10、W1.8 W由于灯泡都正常发光，两电路有用功率相等，而P总P总所以，图(b)所示电路比图(a)所示电路节能答案：(1)0.9 A0.045 W(2)2.7 W1.8 W图(b)【题后反思】本题涉及到闭合回路的功率问题首先要从概念上区分电源总功率PEI、电源输出功率P出U路I及电源内阻热功率P内I2r；其次要注意它们的联系EIU路II2r.如图446所示，R18，电源的电动势E8 V，内阻r2.R2为变阻器，问：(1)要使变阻器获得的电功率最大，R2的值应是多大？这时R2的功率多大？(2)要使R1得到最大的电功率，R2的取值多大？R1的最大功率多大？这时电源的效率多少？图4-4-6解析：(1)把R1看成是电源内阻的一部分，这样内电阻就是R1r.利用电源输出功率最大的条件，可以求出：当R2R1r8 2 10 时，R2有最大的功率(2)因为R1是定值电阻，所以流过R1的电流越大，R1的功率就越大答案：(1)10 1.6 W(2)05.12 W80%(3)见解析
