18196　焦耳定律　电路中的能量转化

1、6焦耳定律电路中的能量转化学 习 目 标知 识 脉 络(教师用书独具)1.掌握电功、电功率、电热、电热功率等基本概念(重点)2.理解焦耳定律，并能进行有关计算(重点)3.理解电功和电热的关系，能从能量转化和守恒的角度区分纯电阻电路和非纯电阻电路中的电功和电热(难点)4.知道电源的总功率、电路的输出功率、电源内阻消耗功率的概念并明确它们之间的关系(重点、难点)自 主 预 习·探 新 知知识梳理一、电功电功率1电功 (1)定义：电场力移动电荷所做的功(2)大小：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三者的乘积(3)公式：WUIt.(4)国际单位：焦耳，符号J.(5)意义：电

2、流做功的过程是电能转化为其他形式的能的过程，电流做了多少功，表明就有多少电能转化为其他形式的能即电功是电能转化为其他形式的能的量度2电功率 (1)定义：电流所做的功与做这些功所用时间的比值，即单位时间内电流所做的功(2)公式：PUI.(3)国际单位：瓦特符号：W.(4)大小：一段电路上的电功率P等于这段电路两端的电压和电路中电流I的乘积(5)意义：表示电流做功的快慢二、焦耳定律热功率1焦耳定律(1)内容：电流通过电阻产生的热量跟电流的二次方成正比，跟电阻值成正比，跟通电时间成正比(2)公式：QI2Rt.2焦耳热电流通过电阻而产生的热量3热功率(1)定义：电阻通电所产生的热量与产生这些热量所用时

3、间的比值即单位时间内电阻通电所产生的热量(2)公式：P热I2R.4焦耳热的应用与危害(1)应用：利用电流的热效应来加热、烘干物体，如电烙铁、电烤箱、电暖气、电炉、电饭锅、电熨斗等(2)危害：减少用电器的使用寿命烧坏用电器甚至引起火灾三、电路中的能量转化1电源内部的能量转化在电源内部，通过各种作用将其他形式的能转化为电能2电路中的能量转化(1)纯电阻电路中：P电P热(2)在非纯电阻电路中：P电P热P其它3闭合电路的功率分析 (1)公式表达：由闭合电路欧姆定律可得IEIUI2r.(2)物理意义：电源把其他形式的能量转化为电能的功率IE，等于电源输出功率IU与电源内电路的热功率I2r之和基础自测1思

4、考判断(1)电流做功越多，电功率越大()(2)电流做功的过程实质上是静电力做功的过程()(3)焦耳定律的表达式为QI2Rt，此式适用于任何电路()(4)三个公式PUI、PI2R、P没有任何区别，它们表达相同的意义，所有P都是电功率()(5)电源的输出功率随外电阻R的增大而增大()答案(1)×(2)(3)(4)×(5)×2(多选)关于功率的三个公式PUI，PI2R，P的适用范围，以下说法正确的是 ()A第一个公式普遍适用于求电功率，后两式普遍适用于求热功率B在纯电阻电路中，三个公式既可用于求电功率，又可用于求热功率C在非纯电阻电路中，第一个公式可用于求电功率，第二个

5、公式可用于求热功率，第三个公式没有意义D由UIR可知，三个公式没有任何区别，它们表达相同的意义，所以P既是电功率，也是热功率BC在纯电阻电路电功率等于热功率，即PUII2R；在非纯电阻电路中电功率大于热功率，即P电UIP热I2R，而P无实际意义，故B、C正确，A、D错误3通过电阻R的电流为I时，在时间t内产生的热量为Q；若电阻为2R，电流为时，则在时间t内产生的热量为()【导学号：12602123】A4QB2QC.D.CQI2Rt，Q2·2RtI2Rt，C项正确4(多选)如图2­6­1，a表示某电源路端电压随电流变化的图线，b表示外电阻两端电压随电流变化的图线，下

6、列判断正确的是()A阴影部分的面积表示电源内阻上消耗的功率B阴影部分的面积表示电源的输出功率C当时，电源的输出功率最大D当时，电源的效率最高 图2­6­1BC阴影部分的面积表示外电阻消耗的功率或电源的输出功率，A错误，B正确；当时说明外电阻的阻值R与电源内阻r相等，此时电源的输出功率最大，此时效率为50%，故C正确，D错误合 作 探 究·攻 重 难电功电功率的计算1.串、并联电路中的功率关系串联电路并联电路功率分配功率关系PP1P2PnPP1P2Pn2.额定功率和实际功率(1)用电器正常工作时所消耗的功率叫作额定功率当用电器两端电压达到额定电压U额时，电流达到额定

7、电流I额，电功率也达到额定功率P额，且P额U额I额(2)用电器的实际功率是用电器在实际工作时消耗的电功率为了使用电器不被烧毁，要求实际功率不能大于其额定功率一只标有“110 V 10 W”字样的灯泡(灯泡电阻不变)求：(1)它的电阻是多大？(2)它正常工作时的电流多大？(3)如果接在100 V的电路中，它的实际功率多大？(4)它正常工作多少时间消耗1 kW·h的电能？思路点拨：灯泡的电阻不变，当纯电阻看待，可由额定功率，额定电压求解当电压小于额定电压时灯泡达不到额定功率电能的单位在生活中通常用“度”表示，1度1 kW·h.解析本题考查电功和电功率的理解和计算(1)灯泡的电阻

8、R 1 210 .(2)它正常工作时的电流I额 A0.09 A.(3)因灯泡电阻不变，由P得P实P额UU，P实P额×10 W8.3 W.(4)1 kW·h3.6×106 J，由WPt得t s3.6×105 s100 h.答案(1)1 210 (2)0.09 A(3)8.3 W(4)100 h电功、电功率的辨析(1)电功的大小量度了电能的变化量，标志着电能转化为其他形式能的多少(2)电功率表示电流做功的“快慢”，与电流做功的“多少”意义不相同电功不仅与电功率有关，还与时间有关针对训练1一只规格为“220 V2 000 W”的电炉，求在正常工作时的电阻若电网

9、电压为200 V，求电炉的实际功率在220 V电压下，如果平均每天使用电炉2 h，求此电炉1个月要消耗多少度电(1个月30天)解析设电炉电阻为R，由P得R 24.2 当电压为U200 V时，电炉的实际功率为P W1 652.9 W在220 V的电压下，一个月消耗电能WPt2×30×2 kW·h120 kW·h120度答案24.2 1 652.9 W120度电功与电热的比较1.纯电阻电路与非纯电阻电路的比较纯电阻电路非纯电阻电路元件特点电路中只有电阻元件，只能把电能转化为内能除电阻外还包括能把电能转化为其他形式的能的用电器是否服从欧姆定律服从欧姆定律I不服

10、从欧姆定律，UIR或I能量转化电功、电功率WUItI2Rtt PUII2RWUItPUI电热、电热功率QUItI2Rtt P热UII2RQI2RtP热I2R关系WQPP热WQPP热2.对电动机电路的分析电动机的功率：电动机的总功率(输入功率)：P总UI.电动机的热功率：P热I2r.电动机的输出功率(机械功率)：P出UII2r.电动机的效率：×100%×100%×100%.规格为“220 V36 W”的排气扇，线圈电阻为40 ，求：(1)接上220 V电压后，排气扇转化为机械能的功率和发热的功率；(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的

11、功率思路点拨：发热功率为P热I2R.转化为机械能的功率为：P机P电P热电动机不转动时，可视为纯电阻解析(1)排气扇在220 V电压下正常工作，电流I A0.16 A发热功率P热I2R0.162×40 W1 W转化为机械能的功率P机PP热(361) W35W.(2)扇叶被卡住不能转动后，电动机相当于纯电阻，电能全部转化为内能，此时的电流I A5.5 A.电动机消耗的功率等于发热功率PP热IU5.5×220 W1 210 W由于发热量很大，将很快烧坏电动机线圈答案(1)35 W1 W(2)1 210 W1 210 W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

12、，PUII2R均成立(2)当电动机正常工作时，是非纯电阻电路P电UIP热I2R，UIR而有UIR.(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：UII2RP机针对训练2.在研究微型电动机的性能时，应用如图2­6­2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()【导学号：12602124】A32 WB44 WC47 W D18 W图2

13、­6­2A当电动机停止转动时，由题得电动机的电阻：R 4 ；当电动机正常转动时，电动机的总功率：PU1I124 V×2 A48 W，电动机的发热功率：PRIR(2 A)2×4 16 W；电动机正常运转时的输出功率是：P输出PPR48 W16 W32 W故选A.闭合电路中的功率问题1电源的各部分功率(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2纯电阻电路中输出功率与外电阻的关系P出I2RR.(1)当Rr时，电源有最大输出功率P出max.(2)输出功率P出与外电阻R的图像分析

14、图2­6­3当Rr时，输出功率最大，P出.当R<r时，若R增大，P出增大，当R>r时，若R增大，则P出减小除Rr外，图像上总有两点输出功率P出相等，如图中R1与R2，则有：2×R12×R2整理得：R1R2r2.3电源的效率，可见，外电阻R越大，电源的效率越高，当电源有最大输出功率时，50%，此时电源的效率并不最高如图2­6­4所示，已知电源的电动势为E，内阻r2 ，定值电阻R10.5 ，滑动变阻器的最大阻值为5 ，求：(1)当滑动变阻器的阻值为多大时，电阻R1消耗的功率最大？(2)当滑动变阻器的阻值为多大时，电源的输出功率

15、最大？(3)当滑动变阻器的阻值为多大时，滑动变阻器消耗的功率最大？图2­6­4思路点拨：R1为定值电阻，其功率P1I2R1，欲使P1最大，需使I最大外电路是可变电阻，当外电阻等于内电阻时，电源输出功率最大R2是可变电阻，欲使P2最大，可将R1归为电源内阻，新电源内阻rR1r2.5 ，当R2r时，P2最大解析(1)因为电路是纯电阻电路，则满足闭合电路欧姆定律，有PR1R1.当R20时，电阻R1消耗的功率最大，PR1mR1.(2)由电源输出功率最大的条件：当R1R2r，即R2rR11.5 时，电源输出的功率最大，Pm.(3)方法一(极值法)：PR2R2R2.当R2R1r2.5

16、时，滑动变阻器消耗的功率最大，即PR2m.方法二(等效电源法)：如果把电源和R1的电路等效为一个新电源，则整个电路等效为一个新电源和滑动变阻器组成的闭合电路，“外电路”仅一个滑动变阻器R2，这个等效电源的E和r可以这样计算：把新电源的两端断开，电源电动势E等于把电源断开时电源两端的电压，则新电源的电动势EE，而等效电源的内阻rR1r，即两个电阻的串联根据电源的输出功率随外电阻变化的规律，在R2上消耗的功率随外电阻R2的增大而先变大后变小，当R2rR1r2.5 时，在R2上消耗的功率达到最大值，即PR2m.答案(1)0(2)1.5 (3)2.5 在串联的纯电阻电路中(1)当变阻器阻值为零时，定值

17、电阻的功率最大(2)在可变电阻阻值等于等效电源内阻时，可变电阻功率最大，若二者不可能相等，则是在二者最接近时，可变电阻的功率最大针对训练3.(多选)如图2­6­5所示，已知电源内阻为r，定值电阻R0的阻值也为r，滑动变阻器R的总电阻为2r.若滑动变阻器的滑片P由A向B滑动，则 ()A电源的输出功率由小变大B定值电阻R0上获得的功率由小变大C电源内部电势降落由小变大D滑动变阻器消耗的功率变大图2­6­5ABC滑片滑动时连入电路的电阻减小，故I增大，固定电阻R0上获得的功率由小变大，因为PI2R，B对电源内电压由小变大，因为UIr，C对当电源内阻r与外电阻相

18、等时，电源有最大输出功率，故当滑动变阻器的电阻为0时，电源输出功率最大，所以电源的输出功率应该逐渐变大，A对分析滑动变阻器的功率时，可以把定值电阻和电源内阻看成一新电源的内阻，这样当新电源内外电阻相等(为2r)时，新电源输出功率最大，即开始时滑动变阻器功率最大，所以滑动变阻器的功率是逐渐变小的，D错当 堂 达 标·固 双 基1电功率的计算公式P中，U是加在用电器上的电压，R是用电器的电阻，此式可用于 ()A计算电冰箱的功率B计算电风扇的功率C计算电烙铁的功率 D计算洗衣机的功率C公式P是根据功率公式和欧姆定律推导出来的，只能用在纯电阻电路中，故C正确，A、B、D错误2(多选)如图2&

19、#173;6­6所示电路，灯L1标有“24 V16 W”，灯L2标有“12 V16 W”，两灯串联后接在电压为U的电路中，要保证两灯不损坏，则 ()【导学号：12602125】A两灯实际功率之比为41B电压U的最大值为30 VC灯L1两端电压与总电压U之比为23DU36 V时，灯L1、L2均正常发光图2­6­6ABIL1 AA，RL1 36 IL2 A A，RL2 9 由串联电路特点可知PL1PL2RL1RL241，A项正确；UmUL1UL224 V×9 V30 V，B项正确；UL1URL1(RL1RL2)45，故C项错误；当U36 V时UL1U28.8 V24 V，L1灯已烧坏，D项错误3(多选)如图2­6­7所示，直线A、B分别为电源a、b的路端电压与电流的关系图像，设两个电源的内阻分别为ra和rb，若将一定值电阻R0分别接到a