教科版选修31 2. 6 焦耳定律　电路中的能量转化 课件（43张）.pptx

6焦耳定律电路中的能量转化 第二章直流电路 学习目标 1 知道并理解电功 电功率的概念 并能利用公式进行有关计算 2 掌握焦耳定律 弄清电功与电热 电功率与热功率的区别和联系 3 知道纯电阻电路和非纯电阻电路的特点和区别 4 明确闭合电路中的功率及能量转化 内容索引 自主预习预习新知夯实基础 重点探究启迪思维探究重点 达标检测检测评价达标过关 自主预习 一 电功和电功率 1 电功 1 定义 移动电荷所做的功 简称电功 2 公式 w 此式表明电场力在一段电路上所做的功等于这段电路两端的电压u与电路中的电流i和通电时间t三者的 3 单位 焦耳 符号是 常用的单位 千瓦时 kw h 也称 度 1kw h j 4 电流做多少功 就表示有多少转化为其他形式的能 电场力 乘积 电能 j 3 6 106 uit 2 电功率 1 电流所做的功与做这些功所用时间的叫做电功率 它在数值上等于时间内电流所做的功 2 公式 p 3 单位 瓦特 符号是 1w 比值 单位 ui w 1j s 二 焦耳定律 1 焦耳定律 1 内容 电流通过电阻产生的热量跟成正比 跟成正比 跟成正比 2 表达式 q 2 热功率 1 定义 内的发热量称为热功率 2 表达式 p热 3 物理意义 表示电流的物理量 电流的二次方 电阻值 通电时间 i2rt 单位时间 i2r 发热快慢 三 电路中的能量转化 1 电源是把其他形式的能转化为能的装置 电源提供的能量一部分消耗在上 电能转化为 一部分消耗在上 电能转化为内能 2 能量关系 电源提供的能量等于内 外电路消耗的能量之和 即 eit u内it 功率关系 电源提供的电功率等于内 外电路消耗的电功率之和 即 ei u内i 对于外电路是纯电阻的电路 其能量关系和功率关系分别为 eit i2rt i2rt ei i2r 外电路 其他形式的能 内电路 u外it u外i i2r 电 答案 即学即用 1 判断下列说法的正误 1 电功率越大 表示电流做功越多 2 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 3 电功w uit可以用来计算所有电路中电流所做的功 4 在外电路是非纯电阻电路时 外电路消耗的电能可用i2rt表示 5 无论外电路是纯电阻电路还是非纯电阻电路 均可用eit u外it u内it表示电路中的能量关系 答案 2 通过电阻r的电流为i时 在t时间内产生的热量为q 若电阻为2r 电流为 则在时间t内产生的热量为 解析 重点探究 导学探究 1 如图1所示 电路中电流为i 通电时间为t 那么在这段时间内通过这段电路的电荷量是多少 如果电路左 右两端的电势差是u 在电荷q从左端移到右端的过程中 电场力做的功是多少 一 电功电功率 答案itiut 答案 图1 2 电流做功的 快慢 与电流做功的 多少 是否相同 答案不相同 电流做功的快慢用电功率表示 电流做功的多少用电功表示 电流做功的多少与做功的时间和做功的快慢有关 电流做功快 但做功不一定多 答案 知识深化 1 电功是指电路中电场力对电荷所做的功 电流做功的过程就是电能转化为其他形式的能的过程 2 电功的计算式w uit和电功率的计算式p ui均适用于任何电路 例1额定电压都是110v 额定功率pa 100w pb 40w的灯泡两盏 若接在电压为220v的电路上 使两盏灯泡均能正常发光 且消耗功率最小的电路是 答案 解析 解析判断灯泡能否正常发光 就要判断灯泡两端的电压是否是额定电压 或通过灯泡的电流是否是额定电流 对灯泡有p ui 可知ra rb 对于a电路 由于ra rb 所以ub ua 且有ub 110v b灯被烧毁 ua 110v a灯不能正常发光 对于b电路 由于rb ra a灯又并联滑动变阻器 并联电阻小于rb 所以ub u并 b灯被烧毁 a灯不能正常发光 对于c电路 b灯与滑动变阻器的并联电阻可能等于ra 所以可能出现ua ub 110v 两灯可以正常发光 对于d电路 若滑动变阻器的有效电阻等于a b的并联电阻 则ua ub 110v 两灯可以正常发光 比较c d两个电路 由于c电路中滑动变阻器功率为 ia ib 110v 而d电路中滑动变阻器功率为 ia ib 110v 所以c电路消耗电功率最小 1 串联 并联电阻的功率分配 纯电阻电路 针对训练1三个阻值相同的灯泡 其允许消耗的最大功率都是10w 现将其中的两只灯泡串联起来 再与第三只灯泡并联在电路中 如图2所示 则整个电路允许消耗的最大功率为a 30wb 20wc 15wd 10w 答案 解析 图2 导学探究 1 某一电路中只含有某一电阻元件 即白炽灯 电动机 电炉 电容器 电熨斗 电饭锅 电解槽其中的一种 分析哪些属于纯电阻电路 哪些属于非纯电阻电路 二 焦耳定律热功率 答案 答案纯电阻电路有 白炽灯 电炉 电熨斗 电饭锅 非纯电阻电路有 电动机 电容器 电解槽 2 纯电阻电路中 消耗的电能转化为什么形式的能 对于含电动机的电路 消耗的电能转化为什么形式的能 答案内能内能和机械能 知识深化 1 纯电阻电路与非纯电阻电路 1 纯电阻电路 电流通过纯电阻电路做功时 电能全部转化为内能 2 非纯电阻电路 含有电动机或电解槽等的电路称为非纯电阻电路 在非纯电阻电路中电流做功时 将电能除了转化为内能外 还转化为机械能或化学能等 2 纯电阻电路和非纯电阻电路的比较 例2 多选 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 答案 解析 在非纯电阻电路中 电流做的功 焦耳热 其他形式的能 所以w q 故ui i2r c对 q i2rt是焦耳热的定义式 适用于任何电路 d对 1 w uit是电功的计算式 p电 ui是电功率的计算式 适用于任何电路 q i2rt是电热的计算式 可以计算任何电路中电流i通过电阻r时在t时间内产生的热量 p热 i2r是热功率的计算式 可以计算任何电路的热功率 2 只有在纯电阻电路中才有w q p电 p热 而在非纯电阻电路中w q p电 p热 3 在纯电阻电路中 由uit i2rt得i 即欧姆定律成立 在非纯电阻电路中 由uit i2rt知u ir 即欧姆定律不成立 例3规格为 220v36w 的排气扇 线圈电阻为40 求 1 接220v的电源后 排气扇转化为机械能的功率和发热的功率 答案 解析 答案35w1w 解析排气扇在220v的电压下正常工作时的电流为 排气扇的发热功率为p热 i2r 0 16 2 40w 1w 排气扇转化为机械能的功率为p机 p p热 36 1 w 35w 2 如果接上 1 中电源后 扇叶卡住 不能转动 求电动机消耗的功率和发热的功率 答案 解析 答案1210w1210w 解析扇叶被卡住不能转动后 电动机所在电路成为纯电阻电路 电流做功全部转化为热能 此时电动机中电流为i 5 5a 电动机消耗的功率即电功率等于发热功率 p电 p热 ui 220 5 5w 1210w 解答有关电动机问题时注意 1 当电动机不转时可以看成纯电阻电路 2 当电动机正常工作时 是非纯电阻电路 3 输入功率指电动机消耗的总功率 热功率是线圈电阻的发热功率 输出功率是指电动机将电能转化为机械能的功率 三者的关系 ui i2r p机 针对训练2如图3所示 有一内电阻为4 4 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 答案 解析 图3 电源的有关功率和电源的效率 1 电源的总功率 p总 ie 2 电源的输出功率 p出 iu 3 电源内部的发热功率 p内 i2r 4 三者关系 p总 p出 p内 适用于任何电路 或ei u外i u内i 适用于任何电路 或ei i2r i2r 适用于外电路是纯电阻的电路 三 电路中的能量转化 例4如图4所示的电路中 电源电动势e 10v 内阻r 0 5 电动机的电阻r0 1 0 电阻r1 1 5 电动机正常工作时 电压表的示数u1 3 0v 求 1 电源的总功率 答案20w 答案 解析 图4 电源的总功率为p总 ei 10 2w 20w 解析电动机两端的电压为u e ir u1 10 2 0 5 3 0 v 6v电动机消耗的电功率为 p电 ui 6 2w 12w电动机的热功率为 p热 i2r0 22 1 0w 4w根据能量守恒定律 电动机将电能转化为机械能的功率p机 p电 p热 12w 4w 8w 2 电动机消耗的电功率和将电能转化为机械能的功率 答案12w8w 答案 解析 解析电源的输出功率为p出 p总 p内 p总 i2r 20 22 0 5 w 18w 3 电源的输出功率 答案18w 答案 解析 达标检测 1 对电功率的理解 如图5所示 一幢居民楼里住着生活水平各不相同的24户居民 所以整幢居民楼里有各种不同的电器 例如电炉 电视机 微波炉 电脑等 停电时 用欧姆表测得a b间电阻为r 供电后 各家电器同时使用 测得a b间电压为u 进线电流为i 则计算该幢居民楼用电的总功率可以用的公式是 答案 图5 解析家用电器中有纯电阻元件也有非纯电阻元件 故总电功率只能用p ui来计算 c正确 1 2 3 4 解析 2 电功率公式的应用 下表为某电热水壶铭牌上的一部分内容 根据表中的信息 可计算出电热水壶在额定电压下以额定功率工作时的电流约为 答案 1 2 3 4 a 6 8ab 4 1ac 1 2ad 0 24a 解析 3 纯电阻电路功率的分配及计算 把6个相同的电灯接成如图6甲 乙所示两电路 通过调节供电电压与变阻器r1 r2的阻值 使两组电灯均能正常发光 并且两电路消耗的总电功率也相同 则r1 r2大小满足 答案 解析 1 2 3 4 a r2 9r1b r2 6r1c r2 3r1d r1 r2 图6 解析设正常发光时通过每个灯泡的电流为i 则题图甲中总电流为3i 题图乙中总电流为i 要使两电路消耗的总电功率也相同 需使pr1 pr2 即 3i 2r1 i2r2 故r2 9r1 所以选项a正确 1 2 3 4 4 纯电阻电路与非纯电阻电路的比较 如图7所示 a为电解槽 n为电炉子 恒定电压u 12v 电解槽内阻ra 2 当s1闭合 s2断开时 理想电流表的示数为6a 当s2闭合