2022-2023年粤教版(2019)新教材高中物理必修3 第5章电能与能源的可持续发展第1节电路中的能量课件

第一节电路中的能量1．电功(1)定义：电流在一段电路中所做的功等于这段电路____________、______________、______________三者的乘积．(2)公式：W＝____________.(3)单位：国际单位是______,符号是____．(4)意义：描述电能转化为其他形式能的多少．电功和电功率两端的电压电路中的电流通电时间UIt焦耳J2．电功率(1)定义：单位时间内__________所做的功．(2)公式：P＝__________.(3)单位：______,符号是______．(4)意义：描述________转化为其他能的快慢或者是电流做功的快慢．电流IU瓦特W电能【答案】度是电功的单位.1度＝1kW·h＝3.6×106J.家庭用电用“度”做单位,度是电功的单位,还是电功率的单位？

把六个相同的小灯泡连接成如图甲、乙所示的电路,调节变阻器使灯泡正常发光,甲、乙两电路所消耗的总功率分别用P甲和P乙表示,则下列结论中正确的是

(

)A．P甲＝P乙

B．P甲＝3P乙C．P乙＝3P甲

D．P乙>3P甲【答案】B【解析】设每个灯泡正常工作时的电流为I,则甲图中电路的总电流为3I,P甲＝12V×3I,乙图中电路的总电流为I,P乙＝12V×I,故有P甲＝3P乙,B正确．1．内容：电流通过导体产生的热量与______________成正比,与____________及___________成正比．2．表达式：Q＝________.3．热功率焦耳定律电流的二次方导体的电阻通电时间I2Rt快慢发热量【答案】导线跟电炉丝是串联在一起的,通过它们的电流相等,而电炉丝的电阻比连接电炉丝导线的电阻要大得多,由焦耳定律Q＝I2Rt知在相等的时间内导线产生的热量比电炉丝产生的热量要少得多．用电炉烧水时,炉盘内的电炉丝被烧得通红,产生大量的热,而连接电炉的导线却不怎么热,这是什么原因？1．探究电功W＝UIt的推导过程．【答案】一段电路两端的电压为U,由于这段电路两端有电势差,电路中就有电场存在．电路中的自由电荷在电场力作用下发生定向移动,形成电流I.在时间t内通过这段电路上任一横截面的电量为q＝It.电场力所做的功W＝qU＝UIt,电场力所做的功也就是通常所说的电流做的功,即电功．串、并联电路中电功率的计算2．电功的单位有时用千瓦时,说明其物理含义,并计算1千瓦时等于多少焦．【答案】1千瓦时表示功率为1千瓦的用电器在1小时内所消耗的电能．1千瓦时＝1000W×3600s＝3.6×106J.精例1有额定电压都是110V,额定功率PA＝100W,PB＝40W的电灯两盏,若接在电压是220V的电源上,两盏电灯均可能正常发光,且消耗功率最小的电路是

(

)【答案】C【解析】若要两灯均正常发光,亦即每灯的电压均为110V,对A电路,因为RA＜RB,所以UA＜UB,即UB＞110V,B灯将被烧坏；对B电路,UB＞U并,B灯将被烧坏；对C电路,RA可能等于B灯与变阻器并联后的电阻,所以UA可能等于UB,等于110V,两灯可能正常发光,且电路消耗总功率为200W；对D电路,变阻器电阻可能等于两灯并联后总电阻,有UA＝UB＝U并＝110V,两灯正常发光,且电路中消耗总功率为280W．综上可知,C正确．变式1

(多选)如图所示,L1、L2是两个不同的小灯泡,a、b间有恒定电压,当滑动变阻器的滑动触头向右滑动时,发生的现象是 (

)A．L1亮度不变,L2变暗B．L1变暗,L2变亮C．电路消耗的总功率减小D．经过滑动变阻器的电流减小【答案】BCD1．在什么电路中电能全部转化为内能？【答案】在纯电阻电路中,导体发热,电能全部转化为内能．2．设在一段电路中只有纯电阻元件,其电阻为R,通过的电流为I,试以此为模型探究焦耳定律的表达式．【答案】由欧姆定律U＝IR,在t时间内电流做的功为W＝UIt＝I2Rt.电路为纯电阻电路,W＝Q,即Q＝I2Rt,此式为焦耳定律的表达式．纯电阻电路和非纯电阻电路3．试推导电热功率的表达式．4．怎样区分纯电阻电路和非纯电阻电路？这两种电路中电功与电热有怎样的关系？【答案】(1)电路中只含有电阻元件的电路为纯电阻电路,如白炽灯、电炉等．电路中除含有电阻元件之外,还含有电动机、电解槽、电容器等产生其他能量的电路为非纯电阻电路．(2)在纯电阻电路中,电流做功全部转化电热,即W＝Q.在非纯电阻电路中,电流做的功除一部分转化为电热之外,大部分转化为其他形式的能．即W＝Q＋E其他,此时W>Q.5．讨论在非纯电阻电路中如何计算电功率和电热功率？【答案】P电＝UI,P热＝I2R,在纯电阻电路中,P电＝P热；在非纯电阻电路中,由于有其他形式的能出现,所以P电＝P热＋P其他,此时P电>P热．精例2在研究微型电动机的性能时,可采用如图所示的实验电路．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0.5A和1.0V；重新调节R使电动机恢复正常运转时,电流表和电压表的示数分别为2.0A和15.0V．求这台电动机正常运转时的输出功率和电动机的线圈电阻．【答案】22.0W

2Ω.变式2规格为“220V

36W”的排气扇,线圈电阻为40Ω,(1)接上220V的电压后,求排气扇转化为机械能的功率和发热的功率；(2)如果接上220V的电压后,扇叶被卡住,不能转动,求电动机消耗的功率和发热的功率．【答案】(1)35W

1W

(2)1210W

1210W

电动机电路的分析与计算1．何为路端电压？探究讨论路端电压与外电阻的关系．电源的相关功率和电源的效率2．讨论如何求一个电源的电动势和内电阻．3．如果以路端电压为纵坐标,电路中的电流I为横坐标,画出的U-I图像如图所示．分析此图像可得到什么信息？【答案】(1)图线与纵轴的交点表示电源电动势E.(2)图线与横轴的交点表示短路电流I0.(3)图线斜率的绝对值表示电源内阻．4．分析闭合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？【答案】由能量守恒定律可知EIt＝I2Rt＋I2rt知EI＝I2R＋I2r.5．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？精例3电路图如图甲所示,图乙中图线是电路中的电源的路端电压随电流变化的关系图像,滑动变阻器的最大阻值为15Ω,定值电阻R0＝3Ω.(1)当R为何值时,R0消耗的功率最大？最大值为多少？(2)当R为何值时,电源的输出功率最大？最大值为多少？【答案】(1)0

10.9W

(2)4.5Ω

13.3W变式3如图所示,线段A为某电源的U-I图像,线段B为某电阻的U-I图像,当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；(2)电源内部损耗的电功率；(3)电源的效率η.【答案】(1)4W

(2)2W

(3)66.7%

路端电压与电流的关系闭合电路欧姆定律可变形为U＝E－Ir,E和r可认为是不变的,由此可知：(1)路端电压随总电流的增大而减小．(2)电流为零时,即外电路断路时的路端电压等于电源电动势E.在图像中,U-I图像在纵轴上的截距表示电源的电动势．电动自行车电动自行车,是指以蓄电池作为辅助能源,在普通自行车的基础上,安装了电机、控制器、蓄电池、转把、闸把等零部件和显示仪表系统的机电一体化的个人交通工具．【专练】下表是某品牌电动自行车的主要技术参数.整车质量40kg蓄电池工作电压36V最高车速25km/h一次充电电耗0.6kW·h电动机效率75%充电时间8h最大骑行噪声62dB一次充电连续行驶里程50km质量m＝60kg的人骑该电动自行车在水平路面上以6m/s的速度匀速行驶,受到的阻力是人与车总重的0.02倍．取g＝10m/s2.(1)若以这一速度连续行驶10min,电动机至少做多少功？(2)行驶过程中通过电动机的电流多大？【答案】(1)7.2×104J

(2)4.4A【解析】(1)电动自行车所受的阻力f＝0.02(m＋m车)g＝20N,10min内自行车行驶的路程x＝vt＝6×10×60m＝3600m,1．(多选)关于电功和焦耳热,下列说法正确的是 (

)A．在纯电阻电路中,计算电功可用公式W＝I2RtB．在非纯电阻电路中,计算电功可用公式W＝I2RtC．在非纯电阻电路中,计算焦耳热可用Q＝I2RtD．在纯电阻电路中,计算焦耳热可用Q＝UIt【答案】ACD【解析】电功的计算式W＝UIt适用于任何形式的电路,焦耳热计算式Q＝I2Rt也是普遍适用的,但是只有在纯电阻电路中,电功W才等于焦耳热Q,故A、C、D正确,B错误．【答案】C【解析】电动机的电功率P＝UI,热功率P热＝I2R,所以机械功率P机＝P－P热＝UI－I2R,故C正确．3．如图所示,电路两端的电压U保持不变,电阻R1、R2、R3消耗的电功率一样大,则R1∶R2∶R3是

(