高中物理 4.4电路中的能量转化与守恒课时讲练通课件 沪科选修31

1、2021/8/11 星期三12021/8/11 星期三22021/8/11 星期三32021/8/11 星期三42021/8/11 星期三52021/8/11 星期三61.根据我们的生活经验和所见所闻列举常见的用电器，并说明是电能主要转化为什么能？提示：(1)电灯，把电能转化为光能.(2)电热毯、电熨斗、电饭煲、电热水器，把电能转化为内能(热能).(3)电动机，把电能转化为机械能.(4)音响，把电能转化为声能.(5)电解槽，把电能转化为化学能.2021/8/11 星期三72.试从力的角度和能的角度分析电功的实质是什么？提示：(1)从力的角度看,电流做功的实质是电场力对自由电荷做功.(2)从能的

2、角度看,电流做功过程是电能转化为其他形式能的过程,电功的大小量度了电能的减少量,标志着电能转化为其他形式的能的多少.2021/8/11 星期三83.电功率有何意义？用电器铭牌上所标的功率有何意义？提示：(1)电功率是描述用电器电流做功快慢的物理量.(2)用电器铭牌上所标功率指的是用电器的额定功率，即用电器能长时间正常工作时的最大功率，用电器实际工作时，其功率不一定等于额定功率，一般要小于或等于额定功率.2021/8/11 星期三9【典例1】规格为“220 V，1 000 W”的电炉，求：(1)电炉正常工作时，通过电阻丝的电流；(2)电炉正常工作时的电阻.【思路点拨】解此题要抓住以下两个方面：(

3、1)明确电炉正常工作时的电阻和通过的电流对应的电压和功率.(2)能根据功率公式和电阻的定义式确定求电流和电阻的计算式. 2021/8/11 星期三10【自主解答】(1)由P=UI知，电炉正常工作时：I=P/U=1 000/220 A=4.5 A.(2)电炉正常工作时的电阻：由P=UI和R=U/I得R=U2/P=48.4 .2021/8/11 星期三112021/8/11 星期三121.分析比较纯电阻电路和非纯电阻电路中的电功和电热的关系.提示：(1)纯电阻电路中，由于满足U=IR，故UIt=I2Rt，电功和电热在数值上相等，即W=Q.(2)非纯电阻电路中，由于U=IR不再成立，UItI2Rt，

4、电功和电热不相等，一般是电功大于电热，例如电动机在工作时，电功在数值上等于电动机产生的电热与机械能之和，即W=Q+E机.2021/8/11 星期三132.试从微观和能的角度分析电热的本质是什么？提示：(1)从微观的角度看,电热是自由电荷在导体中定向移动时,由于导体中金属离子的存在,自由电荷不断地与金属离子发生碰撞,使得金属离子运动的程度加剧.从而使导体温度升高,即产生电热.(2)从能的角度看,电热表示电流通过导体时消耗的电能中转化为内能的部分,即电热是电能转化为内能的量度.2021/8/11 星期三143.列举日常生活中利用电流的热效应的用电器，指出电流热效应不利的方面.提示：(1)利用电热的

5、用电器有电热水器、电饭锅、电熨斗、电烤箱等.(2)电流的热效应也有不利的一面，如插头与插座间发热，导线发热，发电机及电动机发热，还有计算机的CPU发热都会对用电器造成危害.2021/8/11 星期三154.探究讨论电功率与热功率的含义及计算公式分别是什么？它们是否相等？提示：(1)电功率是指某段电路的全部电功率，或这段电路上消耗的全部电功率，计算公式P=IU；热功率是指在这段电路上因发热而消耗的功率.计算公式P=I2R.(2)对于纯电阻电路，电功率等于热功率，即UI=I2R=对于非纯电阻电路,UIR.此时电功率要大于热功率,即UII2R.2021/8/11 星期三16【典例2】有一直流电动机，

6、把它接入0.2 V电压的电路中，电动机不转，测得流过电动机的电流是0.4 A;若把电动机接入2.0 V电压的电路中，电动机正常工作，工作电流是1.0 A.求电动机正常工作时的输出功率多大？如果在电动机正常工作时，转子突然被卡住，电动机的发热功率是多大？2021/8/11 星期三17【思路点拨】求解此类问题要把握以下三点：(1)在什么情况下可以看成纯电阻电路，什么情况下是非纯电阻电路.(2)它们各自的能量转化情况，即遵守的物理规律.(3)各个公式的物理量与电路中各个参数的对应关系. 2021/8/11 星期三18【自主解答】当电动机转子不转时，电动机无机械能输出，故电能全部转化成内能，相当于纯电

7、阻电路，欧姆定律成立.当电动机转动时，一部分电能转化成机械能输出，但因线圈有电阻，故又在该电阻上产生内能，输入的电功率P电=P热+P机.接U=0.2 V电压，电动机不转，电流I=0.4 A,根据欧姆定律，线圈电阻R= =0.5 当接U=2.0 V电压时，电流I=1.0 A,2021/8/11 星期三19故输入电功率P电=UI=2.01.0 W=2.0 W热功率P热=I2R=1.020.5 W=0.5 W,故输出功率即机械功率P机=P电-P热=(2.0-0.5) W=1.5 W如果正常工作时，转子被卡住，则电能全部转化成内能，故其发热功率:P热= =8 W.答案:1.5 W 8 W2021/8/

8、11 星期三202021/8/11 星期三211.分析闭合的纯电阻电路中的电源的总功率EI.电源内阻消耗的功率I2r与电源的输出功率I2R存在什么关系?提示：由能量守恒EIt=I2Rt+I2rt知EI=I2R+I2r.2021/8/11 星期三222.讨论什么情况下电源的输出功率最大,此时电源的效率为多少?提示：(1)电源的输出功率P出=I2R=由此可知当R=r时，电源有最大输出功率P出max=(2)此时电源的效率2021/8/11 星期三23【典例3】(2011南京高二检测)在如图所示的电路中，所用电源电动势E=10 V，内电阻r=1.0 ，电阻R1可调.现将R1调到3.0 后固定.已知R2

9、=16 ，R3=求： 2021/8/11 星期三24(1)开关S断开和接通时，通过R1的电流分别为多大？(2)为了使A、B之间电路的电功率在开关S接通时能达到最大值，应将R1的阻值调到多大？这时A、B间电路消耗的电功率将是多少？2021/8/11 星期三25【思路点拨】解答本题应把握以下三点：(1)要熟悉闭合电路欧姆定律的内容.(2)要能正确分析出电阻的连接方式.(3)要会使用路端电压与负载的关系进行讨论. 2021/8/11 星期三26【自主解答】(1)根据闭合电路欧姆定律得：S断开时：I=10/(16+3+1) A=10/20 A=0.5 A.S闭合时：RAB=(R2R3)/(R2+R3)

10、=1.0 所以I=10/(1+3+1) A=2.0 A.(2)S闭合时，RAB=1.0 是定值电阻，所以电流越大，功率越大，所以应将R1调为零.A、B间电路消耗的电功率为：PAB=E2/(RAB+r)=102/2 W=50 W.答案:(1)0.5 A 2.0 A (2)0 50 W2021/8/11 星期三27【典例4】如图所示，线段A为某电源U-I图线，线段B为某电阻R的U-I图线以上述电源和电阻组成闭合电路时，求：(1)电源的输出功率P出多大?(2)电源内部损耗的电功率P内是多少?(3)电源的效率多大?2021/8/11 星期三28【思路点拨】本题应从以下三点考虑(1)电源的U-I图线与电

11、阻的U-I图线的物理意义.(2)图中交点的物理意义.(3)功率的对应关系 2021/8/11 星期三29【标准解答】根据题意从A的图线可读出E=3 V,Imax=6 A，则r=E/Imax=3/6=0.5 ,从B图线可读出R=U/I=1 .由电源E=3 V,r=0.5 与R=1 组成的闭合电路中，I= =3/1.5=2 A，则P出=I2R=4 W,P内=I2r=2 W.P总=IE=6 W,所以,=P出/P总=66.7%. 2021/8/11 星期三30 知识点1：电功电功率1.(2011贵阳高二检测)一个电热器电阻为R，当它两端电压为U时，通过时间t消耗电能为W，若使它消耗的电能为4W，下列方

12、法正确的是( )A.电阻R不变，电压U不变，通电时间t变为原来的2倍B.电阻R减半，电压U增大1倍，通电时间t不变C.电阻R不变，电压U增大1倍，通过时间t不变D.电阻R减半，电压U不变，通电时间t不变2021/8/11 星期三31【解析】选C.根据 可得，A项消耗的电能为2W，B项消耗的电能为8W，C项消耗的电能为4W，D项消耗的电能为2W.只有C对.2021/8/11 星期三322.下列情况中，能判定电路两端电压为220 V的是( )A.每通过1 C的电量，电流做功为220 JB.通电时间为1 s时，通过电量220 CC.通电时间为1 s时，电流做功为220 JD.每通过220 C的电量，

13、电流做功为1 J2021/8/11 星期三33【解析】选A.根据W=UIt=Uq，无法求出B、C中电路两端的电压，B、C错.通过A项中的已知条件可以得出电路两端的电压为220 V，通过D项中的已知条件可以得出电路两端的电压为 A对，D错.2021/8/11 星期三343.(2010抚州高二检测)图中虚线框内是一个未知电路，测得它的两端点a、b之间的电阻是R，在a、b之间加上电压U，测得流过电路的电流为I，则未知电路的电功率一定是( )A.I2R B.U2/RC.UI D.I2R+UI2021/8/11 星期三35【解析】选C.对一切电路都有P=UI，而对纯电阻电路有，P=UI=I2R= 而对非

14、纯电阻电路P=UII2R，P=UI 由以上分析知，C正确，A、B、D错误，选C.2021/8/11 星期三36 知识点2：焦耳定律4.在如图所示的电路中，定值电阻的阻值为10 ，电动机M的线圈电阻值为2 ，a、b两端加有44 V的恒定电压，理想电压表的示数为24 V，由此可知( )A.通过电动机的电流为12 AB.电动机消耗的功率为48 WC.电动机线圈在1分钟内产生的热量为480 JD.电动机输出的功率为8 W2021/8/11 星期三37【解析】选B、C.通过电动机的电流与通过定值电阻的电流相同为I= =2 A,故A错；电动机消耗的功率为P=U1I=242 W=48 W，故B对；电动机的电

15、热功率P热=I2r=222 W=8 W，其1分钟产生的热量Q=P热t=860 J=480 J，故C对；电动机的输出功率P出=P-P热=(48-8) W=40 W，故D错.2021/8/11 星期三38 知识点3：闭合电路中的能量转化与守恒5.电源的电动势E=30 V,内阻r=1 ,将它与一只“6 V12 W”的灯泡和一台内阻为2 的小电动机串联成闭合电路,当灯泡正常发光时,若不计摩擦,电动机输出机械功率与输入电功率之比为( )A.91% B.82% C.67% D.60%2021/8/11 星期三39【解析】选B.灯泡正常发光，则电动机两端电压UM=E-I(r+R灯),即UM=(30-21-6

16、) V=22 V故电动机输入电功率P入=UMI=44 W电动机内部消耗功率P耗=I2R0=8 W电动机输出功率P出=P入-P耗=36 W,故 100%82%,B正确.2021/8/11 星期三40一、选择题(本题共5小题，每小题4分，共20分)1.下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法，不正确的是( )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，UII2RD.焦耳热Q=I2Rt适用于任何电路2021/8/11 星期三41【解析】选A.电功率是表示电流做功快慢的物理量，电功率大，产生的焦耳热并不一定

17、多，还与通电时间有关，A错；W=UIt适用于任何电路，而W=I2Rt=是由W=UIt结合欧姆定律推导而来的，只适用于纯电阻电路，B正确；在非纯电阻电路中，电功率大于热功率，C正确；焦耳定律适用于任何电路，D正确.故选A.2021/8/11 星期三422.(2011宁德高二检测)一台电动机的线圈电阻与一只电炉的电阻相同，设通过相同的电流(电动机正常运转),在相同的时间内( )A.电炉放热和电动机放热相等B.电炉两端电压大于电动机两端电压C.电炉两端电压等于电动机两端电压D.电动机消耗的功率大于电炉消耗的功率2021/8/11 星期三43【解析】选A、D.由Q热=I2Rt知A对.电炉为纯电阻电路，

18、UIt=I2Rt,U=IR,电动机为非纯电阻电路，UItI2Rt，UIR,B、C错，D对.2021/8/11 星期三443.(2011昆明高二检测)一个直流电动机所加电压为U,电流为I,线圈内阻为R,当它工作时,下列说法中正确的是( )A.电动机的输出功率为U2/RB.电动机的发热功率为I2RC.电动机的输出功率为IU-I2RD.电动机的功率可写作IU=I2R=U2/R【解析】选B、C.电动机的输入功率P入=UI,发热功率P热=I2R,则输出功率P出=P入-P热=UI-I2R,故B、C正确.2021/8/11 星期三454.(2010武汉高二检测)电动势为E、内阻为r的电池与固定电阻R0、变阻

19、器R串联,如图所示,设R0=r,Rab=2r,当变阻器的滑片自a端向b端滑动时,下列各物理量中随之减小的是( )A.电池的输出功率B.变阻器消耗的功率C.固定电阻R0消耗的功率D.电池内阻消耗的功率2021/8/11 星期三46【解析】选B.滑片自a向b滑动,R减小,R总减小,故总电流I变大,所以固定电阻R0消耗功率及电池内阻消耗的功率由P=I2R可得均增大,故C、D错;滑动过程中,R外由3r减为r,始终大于内阻r,由P输出与R外关系图像可知,电池输出功率逐渐增大,故A错.将R0等效为内阻一部分,则总内阻为2r,在R由2r减小到0的过程中,等效电源输出功率即变阻器消耗的功率逐渐减小,故B正确.

20、2021/8/11 星期三475.(2011抚顺高二检测)如图所示，有四盏电灯连接在电路中，L1和L2都标有“220 V 100 W”字样，L3和L4都标有“220 V 40 W”字样，把电路接通后，最暗的是( )A.L1 B.L2 C.L3 D.L42021/8/11 星期三48【解析】选C.由额定电压和额定功率可以判断R1=R2R1R23.由串联电路功率分配知P4P1(P2+P3),而P2与P3的大小可由并联电路的功率分配知P2P3，所以四盏灯消耗的实际功率大小关系为P4P1P2P3，故最暗的灯是L3，因此选C.2021/8/11 星期三49二、非选择题(本题共2小题，共10分)6.(20

21、11益阳高二检测)(5分)如图所示，电阻R1 =2 ，小灯泡L上标有“3 V，1.5 W”，电源内阻r=1 ，滑动变阻器的最大阻值为R0(大小未知)，当触头P滑动到最上端a时；安培表的读数为1 A，小灯泡L恰好正常发光，求：2021/8/11 星期三50(1)滑动变阻器的最大阻值R0；(2)当触头P滑动到最下端 b时，求电源的总功率及输出功率.2021/8/11 星期三51【解析】(1)当触头P滑动到最上端a时，流过小灯泡L的电流为：IL= PL/UL=0.5 A，流过滑动变阻的电流I0=IA - IL=0.5 A，则R0 =UL/I0 =6 .(2)电源电动势为E=UL+IA(R1+r) =

22、6 V；当触头P滑动到最下端b时，滑动变阻器和小灯泡均被短路.电路中总电流为：I= E/(R1+r)=2 A，电源的总功率为P总=IE=12 W，输出功率为P出=IE-I2r =8 W.答案:(1)6 (2)12 W 8 W2021/8/11 星期三527.(5分)如图所示为电动机提升重物的装置，电动机线圈的电阻为r=1 ，电动机两端的电压为5 V，电路中的电流为1 A，物体A重20 N，不计摩擦力，求： (1)电动机线圈电阻上消耗的热功率是多少？(2)电动机输入功率和输出功率各是多少？(3)10 s内，可以把重物A匀速提升多高？2021/8/11 星期三53【解析】(1)根据焦耳定律，热功率P热=I2r=121 W=1 W.(2)输入功率等于输入电流与电动机两端电压的乘积P入=IU=15 W=5 W,输出功率等于输入功率减去发热消耗的功率P出=P入-P热=5 W-1 W=4 W.(3)电动机输出的功率用来提升重物转化为机械功率，在10 s内P出t=mgh，解得答案:(1)1 W (2)5 W 4 W (3)2 m2021/8/11 星期三541.(8分)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=4 V；当电阻箱读