高二物理 第四章 第2－4节 测量电源的电动势和内阻 经典案例分析 电路中的能量转化与守恒知识精讲 上科版选修3—1

1、高二选修物理 31第四章 第24节 测量电源的电动势和内阻 经典案例分析 电路中的能量转化与守恒上海科技版【本讲教育信息】一. 教学内容：选修31 电路中的能量转化与守恒二、考点点拨本节的计算比较多，功、功率、电源效率的计算和分析，非纯电阻电路的分析都是重点内容，是考试重点考查的部分三、跨越障碍（一）几个基本概念1电功一段电路上的电功等于这段电路两端的电压与电流及所用时间的乘积，即2电功率的计算公式3焦耳定律：电流通过导体时产生的热量跟电流的平方成正比，跟电阻的大小成正比，跟所用时间成正比。其数学表达式为4热功率：单位时间内电流通过导体发热的功率通常叫做热功率。即注意：电热与电功的比较1电功是

2、电流通过导体时电能转化为其他形式能（内能、机械能、化学能等）的量度，用公式计算，电热是电能转化为内能的量度，用公式计算。2在纯电阻电路（电流通过白炽灯、电炉、电熨斗、电烙铁等用电器，以发热为目的，欧姆定律成立的电路）中，电能全部转化为内能，电功等于电热，3在非纯电阻电路（如电路中有电动机、日光灯、电解槽、充电的蓄电池等用电器，欧姆定律不再成立）中，电功大于电热，电能还转化为其他形式的能如机械能、化学能等。（二）电路中的能量转化与守恒1电源的功率P电源提供的功率，称为电源的总功率，计算式为： 普遍适用。只适用于外电路为纯电阻的电路。2电源内阻消耗功率电源内阻的热功率，也称为电源的损耗功率。计算式

3、：3电源的输出功率外电路上消耗的功率，计算式为：普遍适用只适用于外电路为纯电阻的电路。4闭合电路上功率的分配关系，其中表示电源提供的电功率，和表示电源的外电路和电源的内电路上消耗的电功率，电源的内电路消耗的功率一般是热功率。公式，其中I也是一个能量转化和守恒的体现，它表明电源工作的过程是将电能转化为其他形式的能的过程，在此过程中，能量的总量是不变的，因此可以用能量守恒定律来进行有关的计算。5电源的效率6电源的输出功率与外电阻之间的关系从上式可以看出：（1）当时，电源的输出功率最大，时电源的效率为。（2）当Rr时，随着R的增大，输出功率越来越小。（3）当Rr时，随着R的增大，输出功率越来越大。（

4、4）当P出Pm时，每个输出功率对应两个可能的外电阻Rl和R2，且RlR2=r2【典型例题】例1. 一根电阻丝，通过2C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多少？解析：利用W=Uq可求出电压，再由可求出，然后利用求W2 。设电阻丝电阻为R，开始所加电压为，则，即，设后来所加电压为，产生的热量为，则，由以上两式得 此题是电流、欧姆定律及电功的综合应用题，要分清题目的两层含义，找出内在联系。例2. 一台直流电动机的额定电压为U，额定功率为P，电线圈的电阻为R，电动机接上电源后正常工作电流为，则下列判断中正确的是 （ ）A B C D解析

5、：电动机为非纯电阻电路，不适用，D错，而都适用，故B正确，A错，此时加在电动机两端的电压，一方面加在绕线电阻两端，另一方面要对外做功，所以电阻两端的实际电压小于U，故，C正确。例3. 如图所示，R为电阻箱，V为理想电压表。当电阻箱读数为R1=2时，电压表读数为U1=4V；当电阻箱读数为R2=5时，电压表读数为U2=5V。求：（1）电源的电动势E和内阻r（2）当电阻箱R读数为多少时，电源的输出功率最大?最大值Pm为多少?解析：根据闭合电路欧姆定律列出方程组，即可解得E和r。（1）由闭合电路欧姆定律 联立并代入数据解得E=6 V，r=1 （2）由电功率表达式，将其变形为由上式可知，当R=r=1时，

6、P有最大值Pm=9 W当内外电阻相等时，电源输出功率最大，在分析有关功率的问题时，常把与电源串联的某一固定电阻等效为电源内阻的一部分。例4. 如果E=6 V，r=1不变，电路如图，此时=2，则变阻器R上消耗的最大功率是多少？解析：这道题表面看来变阻器R阻值都没给，无法解答，但如果我们把变阻器R看成外电阻，而把看成内电路的一部分，即等效电源E=6 V，=1+2=3，则当变阻器R=3时，外电阻等于内电阻，外电路消耗功率最大，解得：这道题就是充分利用当内外电阻相等时，电源输出功率最大这个条件来解答的。例5. 如图所示的电路，电动机的线圈电阻是1，电动机工作时电压表的示数是12 V，电池组的电动势是2

7、2 V，内电阻是0.5，电阻R上消耗的电功率是18 W。求：（1）电阻R的大小。（2）电动机输出的功率。解析：本题是非纯电阻电路，应从能量的分配和转化的角度去思考和解答。在电路中，电源的作用是把其他形式的能转化为电能，是电路中的总能量。用电器在电路中的作用是把电能转化为其他形式的能，本题中，电阻R是把电能转化为内能，是纯电阻；电动机是把电能转化为机械能和内能根据能量守恒定律，电源转化来的总电能=电源内部电阻消耗的能量+外电路用电器消耗的能量+电阻R消耗的能量，即（1），所以，又因为故R=4.5，2 A。（2）电动机输出的机械能=电路输入电动机的电能电动机线圈电阻消耗的能量，故：=20W注意：电

8、动机的三个功率：消耗的总功率,内阻上消耗的热功率，机械功率（电动机的输出功率）=四、小结本节课中纯电阻、非纯电阻电路中电功、电热、电功率的计算是要特别注意区分的，要利用好内外电阻相同时输出功率最大这一条件，非纯电阻电路的分析是难点。五、预习导学(选修31第五章第12节)1、地磁场中 附近磁场最强， 为北极， 为南极。2、磁偏角 。3、磁感线 ，特点 。4、磁通量 ，磁感应强度 。【模拟试题】（答题时间：60分钟）1下列关于电功的说法中，错误的是A电流做功的过程，就是电能转化为其他形式能的过程B电流做功消耗的能量由电源供给C电功就是电能D导体内电场力对自由电荷的定向移动所做的功就是电功2关于计算

9、电功率的三个公式P=UI，P=I2R，P=U2R的适用范围，以下说法中正确的是 A这三个公式的适用范围相同B第一个公式普遍适用，后两个公式只适用于纯电阻电路C第一个公式只适用于纯电阻电路，后两个公式普遍适用D三个公式的适用范围与电路的连接方式无关*3白炽灯的灯丝断了以后，轻摇灯泡，可以将断了的灯丝搭上，若将这只灯泡再装入原电路中，其亮度A比原来亮些 B比原来暗些 C与原来一样亮 D都有可能*4不考虑温度对电阻的影响，对于一个“220 V 40 W”的灯泡而言，有关它的工作状态，下列说法中正确的是A接在110 V的电路上的功率为20 WB接在110 V的电路上的功率为10 WC接在440 V的电

10、路上的功率为160 WD在不接入电路时，它的电阻为零*5电动势为E、内阻为r的电池与固定电阻R0、可变电阻R串联，如图所示，设R0=r，Rab=2 r当滑动变阻器的滑动片自a端向b端滑动时，下列说法中正确的是 A变阻器的有效阻值减小B电池消耗的总功率变大C固定电阻R0上消耗的功率将减小D电池内电阻上消耗的功率将变大*6有一台标值为“220 V 50 W”的电风扇，其线圈电阻为0.4，在它正常工作时，下列求其每分钟产生的电热的四种解法中，正确的是A，BC D*7一台小型发动机在3 V电压下工作，通过它的电流强度是0.2 A，用此电动机提升重力为4N的物体时，在30 s内可使该物体匀速提升3 m。

11、若不计除电动机线圈发热以外的其他能量损失，求在提升重物的30 s内，电动机线圈所产生的热量？*8一盏电灯直接接在电压恒定的电源上，其消耗的功率为100 W。现将这盏灯先接上一段很长的导线后，再接在同一电源上，此时导线上损失的电功率是9 W，那么此电灯的实际功率将 A等于91 W B小于91 W C大于91 W D条件不足，无法确定*9两个额定电压为220 V的白炽灯L1和L2的UI特性曲线如图所示，L2的额定功率约为多少，现将Ll和L2串联后接在220 V的电源上，电源内阻忽略不计，此时两灯的实际总功率约为多少？*10电动自行车是目前一种较为时尚的代步工具，某厂生产的一种电动自行车，设计质量（

12、包括人）为m=80kg，动力电源选用能量存储为“36 V 10 Ah”（即输出电压为36伏，工作电流与工作时间的乘积为10安培小时）的蓄电池（不计内阻），所用电动机的输入功率有两挡，分别为P1=120 W和P2=180 W，考虑到传动摩擦以及电机发热等各种因素造成的损耗，电动自行车行驶时的功率为输入功率的80，如果电动自行车在平直公路上行驶时所受阻力与行驶速率和自行车对地面的压力都成正比，即，其中，g取。求：（1）该电动自行车分别选用两挡行驶时，行驶的最长时间分别是多少? （2）电动自行车在平直公路上能达到的最大速度？（3）估算选用“高挡功率”时电动自行车在平直公路上的最大行程？【试题答案】1

13、答案C解析：电功是电能转化为其它形式能的量度，不是电能。2答案BD解析：是有关这三个公式的适用范围的问题3答案A解析：搭上后，电阻丝截面积变大，电阻减小，因为是纯电阻，据，电压未变，电阻减小，功率增大，所以灯泡变亮4答案B解析：不考虑温度对电阻的影响，则电阻不变，电灯为纯电阻，则即，于是，解得P=10W5答案ABD解析：滑片向右移电阻减小，A对；电阻减小，电流增大，电池消耗的总功率、内阻消耗的功率都变大，BD对；R0消耗的功率也变大，C错；6答案C解析：适用于一切电路，是消耗的总电能，不是发的热，故C正确，是总功，用于纯电阻电路求热，电风扇为非纯电阻电路。7答案6J解析：电动机提升重物消耗的机械能 电动机消耗的总电能 电动机内阻产生的热能为=8答案B解析：直接接电灯时，再接上电阻为r的电线时，电线损失9W，电灯消耗的功率就小于91W9答案99W 55W解析：由图可知L2在电压为220V时电流约为0.45A，故此时功率为，L1，L2串联时电流一样，电压之和为220V，故作一条垂直于横轴的线，与两个图像各有