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1、五 电功和电功率 2 电场力做功将引起能量的转化 电能转化为其他形式能 举出一些大家熟悉的例子 做功 而且做正功 本节课将重点研究电路中的能量问题 1 通过前面的学习 可知导体内自由电荷在电场力作用下发生定向移动 电场力对定向移动的电荷做功吗 比如 电能 机械能 如电动机 电能 内能 如电热器 1 电场力做功的定义式是什么 在这个过程中 电荷q从这电路的一端移到另一端 电场力做了多少功 如图所示 一段电路两端的电压为U 电路中的自由电荷在电场力的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荷量q是多少 一 电功 1 定义 电路中电场力对定向移动的电荷所做的功 简称电功
2、 通常也说成是电流所做的功 2 公式 适用于任何电器 适用条件 I U不随时间变化 恒定电流 说明 表达式的物理意义 电流在一段电路上的功 跟这段电路两端电压U 电路中电流I和通电时间t成正比 4 单位 焦耳 J 1J 1A V S 常用单位 千瓦时 俗称 度 符号是kW h 1kW h的物理意义是什么 1kW h等于多少焦 功率为1kW的用电器正常工作1h所消耗的电能 3 实质 能量的转化与守恒定律在电路中的体现 电能通过电流做功转化为其他形式的能 4 单位 功率单位为瓦特 W 1W 1J s 二 电功率 3 物理意义 表示电流做功的快慢 2 公式P W t IU 1 电功率 单位时间内电流
3、所做的功 普适的 灯泡在电路中实际消耗的功率一定等于额定功率吗 不一定 只有加在小灯泡两端的电压为额定电压时 小灯泡消耗的功率才等于额定功率 1 额定功率 用电器正常工作时所需电压叫额定电压 在这个电压下消耗的功率称额定功率 某灯泡上的铭牌上标有 36V 18W 请说明其表示的意义 2 实际功率P IU U I分别为用电器两端实际电压和通过用电器的实际电流 36V 表示灯泡的额定电压 18W 表示灯泡的额定功率 三 焦耳定律 电流热效应 2 表达式 Q I2Rt 4 产生焦耳热的原因 金属中自由电子在电场力作用下定向移动 由于电场力做功 电子动能增加 但不断地与正离子碰撞 并把定向移动的动能传
4、给正离子 使正离子的热振动加剧 于是导体中内能增加 电能转化为内能 3 单位 J 普适的 1 内容 电流通过导体产生的热量 跟电流强度的平方 导体电阻和通电时间成正比 5 热功率 单位时间内导体的发热功率 公式 P热 Q t I2R 即电能转化为内能的功率 四 电功率和热功率的区别 电功率是指输入某段电路的全部功率或在这段电路上消耗的全部功率 P电 UI 热功率是在某段电路上因发热而消耗的功率 P热 I2R 1 纯电阻电路中的电功和电热 特点 服从欧姆定律 U IR 所以Q I2Rt I IRt IUt W 电流做功完全用来生热 电能转化为内能 电流通过纯电阻电路时 电流做的功全部转化为电热
5、因此电功率和热功率相等 P电 P热 UI I2R U2 R 纯电阻电路 只含有电阻元件的电路 如电灯 电炉 电烙铁 电饭锅等 在非纯电阻电路中 电功大于电热 W Q 即IUt I2Rt 电功率大于热功率 即UI I2R 2 非纯电阻电路中的电功和电热 特点 电流通过非纯电阻电路时 电流做的功除转化为电热外 还要转化为其它形式的能 如机械能 化学能等 非纯电阻电路 除了含有电阻外 含有电动机 电解槽等能够把电能转化为其他形式的能的用电器的电路 电流做功W 电热Q 其他形式的能E其他 不服从欧姆定律 在非纯电阻电路中IIR 1 某家庭平均用电的功率是200W 平均每天用电4小时 那么一个月用电的度
6、数最接近于 A 2度B 25度C 250度D 2500度 B 2 一个标有 220V 100W 字样的电灯 求其正常工作时的电阻R和电流I各是多少 练习 3 输电线的电阻为1 0 输送的电功率为100kw 用400V的低压输送 输电线上发热损失的功率是多少 改用1万伏的高压呢 4 某段电路的电阻为R 电流为I 两端电压为U 下面说法正确的是 A 电路中消耗的热功率一定是IUB 电路中消耗的热功率一定是U2 RC 电路中消耗的热功率一定是I2RD 电路中消耗的热功率可能小于IU CD 5 不考虑温度的影响 一个 220V 40W 的灯泡 下列说法正确的是 A 接在110V的线路上的功率为20WB
7、 接在110V的线路上的功率为10WC 接在440V的线路上的功率为160WD 接在110V的线路上的功率为2 5W BC 6 在30分钟里 电流通过20欧姆的电阻时共消耗了1KWh的电能 则电阻上流过的电流I为多少安培 电阻两端所加的电压U为多少伏特 7 如图所示 有一提升重物用的直流电动机 内阻r 0 6 R 10 U 160V 电压表的读数为110V 求 1 通过电动机的电流是多少 2 输入到电动机的电功率是多少 3 在电动机中发热的功率是多少 4 电动机工作1h所产生的热量是多少 8 一接在220V电压的电路中正常工作的电风扇 通过电风扇电动机的电流为0 5A 测得风扇电动机线圈电阻为
8、5 试求 1 电风扇的输入功率多大 2 电风扇每分钟消耗电能多少 3 风扇的电动机每分钟产生的热能多少 4 产生机械能多少 9 某一用直流电动机提升重物 重物质量m 50kg 电源提供恒定电压U 110V 不计各处摩擦 当电动机以v 0 90m s的恒定速度向上提升重物时 电路中电流I 5A 求电动机线圈电阻R g 10m s2 10 220V66w 的电风扇 线圈电阻为20 接上220V电压后 求 1 电风扇发热的功率 2 电风扇转化为机械能的功率 3 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功率 11 一起重机模型如图 电动机线圈电阻R 1 重物的质量m 200g
9、电源电动势E 6V 不计内阻 齿轮箱效率 60 闭合开关S达到稳定状态时电路中电流I 1A 求重物上升速度 g 10m s2 纯电阻电路中 U IR W Q UIt I2Rt U2t R 在非纯电阻电路中 IQ UIt I2Rt 纯电阻电路中 P电 P热 P UI I2R U2 R 非纯电阻电路中P电 P热 UI I2R U2t R既不能表示电功 也不表示电热 电功实质是电场力移动电荷做的功 W Uq UIt 电热是由于电流的热效应 电流通过导体发热 Q I2Rt 电功与电热的比较 W qU IUt 适用于任何电器 1 电功 电流做的功 即电场力对电荷做的功 国际单位 焦耳 J 1J 1A V S 2 电功率 反映电流做功快慢的物理量 定义 电流做功和所用时间比值 叫做电功率 P IU 普适的 国际单位 瓦特 W 纯电阻电路 纯电阻电路 内容 电流通过导体时产生的热量和通过导体的电流强度I的平方 电阻R 通电时间t的乘积成正比 数学表达式Q I2Rt 普适的 非纯电阻电路中 W Q W Q 表示转变为除热能以外的其它形式的能量的量 3 焦耳定律 纯电阻电路中 W Q 消耗的电能全转为热能 IUt I2Rt 三式等效 P电 P热 UI I2R U2 R
