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1、焦耳定律电路中的能量转化教学目标 1、理解电功的概念,知道电功是指电场力对自由电荷所做的功,理解电功的公式,能进行有关的计算。2、理解电功率的概念和公式,能进行有关的计算。3、知道电功率和热功率的区别和联系。4、知道闭合电路中各部分功率及电源最大输出功率。一、电电功1电功:电场力(或电流)所做的功。2电功的公式:WqU= UIt.3电流做功的过程就是电能转化为其他形式能的过程,电流做功的多少等于电能转化为其他形式能的数量 二、电功率1电功率即单位时间内电流所做的功,电流在一段电路上做功的功率等于电流I与这段电路两端的电压U的乘积表达式为P UI.2额定功率和实际功率(1)用电器正常工作时所消耗
2、的功率叫做额定功率。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。例1、一灯泡标有“220V,100W”字样,将其接到110V的电源上(不考虑灯泡电阻的变化)则有A、灯泡的实际功率为50W B、灯泡的实际功率为25W C、通过灯泡的电流为额定电流的1/2 D、通过灯泡的电流为额定电流的1/4BC 例2有四盏电灯,如图所示连接在电路中,L1、L2都标有“220V,110W”字样,L3和L4都标有“220V,40W”字样,把电路接通后最
3、暗的是 ()AL1 BL2 CL3 DL4 C解析:由P=I2R知,L2比L1暗,L3比L4暗,又由 知L3比L2暗,故最暗的是L3,所以选C思考:加在某台电动机上的电压是U,电动机消耗的电功率为P,电动机线圈的电阻为r,(1)在时间t内,电动机消耗的电能全都转化成电热了吗?都转化成机械能了吗?如何计算电功(率)?如何计算电热(热功率)?(2)电动机线圈上消耗的热功率为( )电动机输出的机械功率为( )AP BU 2/ r CP 2r /U 2 DP P 2r/ U 2 非纯电阻电路中计算电功率只能用P=UI, 计算热功率只能用P热=I2R电功与电热的计算有差别CD四、纯电纯电 阻和非纯电纯电
4、 阻电电路的区别别纯电阻电路非纯电阻电路元件特点欧姆定律能量转化元件举例电路中只有电阻元件电路中除电阻元件外,还有将电能转化为其他能的用电器项目说明电功与电热的计算不相同,思考电热能不能用P=UI?五、对电功和电热的理解例3.关于电功W和电热Q的说法正确的是()A在任何电路中都有WUIt、QI2Rt,且WQB在任何电路中都有WUIt、QI2Rt,但W不一定等于QCWUIt、QI2Rt均只有在纯电阻电路中才成立DWUIt在任何电路中成立,QI2Rt只在纯电阻电路中成立解析:选B.WUIt、QI2Rt适用于一切电路,但在纯电阻电路中WQ,在非纯电阻电路中WQ,B对,A、C、D错B例4电功率的计算公
5、式PU2/R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计算洗衣机的功率解析:公式PU2/R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。答案:C例5.一只电炉的电阻丝电阻和一台电动机线圈电阻相同,都为R,设通过的电流相同,则在相同时间内,下列说法正确的是()A电炉和电动机的电热相等B电动机消耗功率大于电炉消耗功率C电炉两端电压小于电动机两端电压D电炉和电动机两端电压相等解析:选ABC.此题关键是分清电炉丝是纯电阻用电器,而电动机是非纯电阻用电器 例6规格为“220V55 W”的排
6、气扇,线圈电阻为40,求: (1)接上220V的电压后,排气扇转化为机械能的功率和发热的功率及排气扇的效率; (2)如果接上电源排气扇正常工作后,扇叶被突然卡住,不能转动,求电动机消耗的功率和发热的功率。由此你能得到什么启示?52.5 W2 .5W 95.5%1 210 W1 210 W 排气扇可能被烧毁小结1、电功:W=UIt2、电功率;P=UI3、焦耳定律,电热:Q=I2Rt4、热功率:P=I2R5、纯电阻电路:电能全部转化成电热,电功就是电热,电功率就是热功率。非纯电阻电路:电能部分转化成电热,还有部分转化成其他形式的能量,故电功大于电热,电热只能用Q=I2Rt来计算。第二课时闭合电路中
7、的几种功率六、闭闭合电电路中的几种功率1电源内部:其他形式的能转化为电能同时,电源本身也有一定的电阻电流流过时电源也会发热,消耗一部分电能2外电路:通过电场力做功,将电源输出的电能转化为其他形式的能量3几种功率及相互关系PIEP内I2rP外IU外PI2(Rr)P内I2rP外I2RPP内P外或IEI2rIU外内容物理量例1、把两节“电动势是1.5V,内阻是1”的干电池串联,给标有“2.4V,0.3A” 的灯泡供电时,通过灯泡的电流多大? 灯泡两端的电压 是多大? 电源的输出功率多大, 内电路清耗的功率为多大?0.3A2.4V0.72W0.18W 例2、在如图所示的UI图像中,直线为某一电源的路端
8、电压与电流的关系图像,直线为某一电阻R的伏安特性曲线。用该电源与电阻R组成闭合电路。由图像判断正确的是( )A电源的电动势为3 V,内阻为0. 5 B电阻R的阻值为1 C电源的输出功率为4 WD电源的热功率为4 WABC例3、 如图,电源电动势E10 V,内阻r0.2 ,标有“8 V16 W”的灯泡L恰好正常发光,电动机D线圈电阻R00.15 ,则电源的输出功率为()A16 W B440 WC80 W D400 W 例4、如图所示,电动势为E、内阻不计的电源与三个灯泡和三个电阻相接只合上开关S1,三个灯泡都能正常工作如果再合上S2,则下列表述正确的是()A电源输出功率减小BL1上消耗的功率增大
9、C通过R1上的电流增大D通过R3上的电流增大C解析:选C.在合上S2之前,三灯泡都能正常工作,合上S2之后,电路中的总电阻R总减小,则I总增大,即流过R1的电流增大,由于不计内阻,电源的输出功率P出EI,可见电源的输出功率增大,A错误;R1两端的电压增大,则并联部分的电压减小,通过L1和R3的电流都减小,L1上消耗的功率减小,可见C正确由上式可以看出:(1)当R=R时时,电电源的输输出功率最大Pm=E2/4r(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)当P出Pm时时,每个输输出功率对应对应 两个可能的外电电阻R1和R2,且R1R2r2.(5
10、)P出与R的关系如图图所示例5、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15 ,定值电阻R03 。 (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? 审题指导解答本题时应把握以下三点: (1)由UI图像求电源的电动势和内阻。 (2)电路中的电流最大时,R0消耗的功率最大。 (2)根据电源有最大输出功率的条件,求电源的最大输出功率。答案(1)010.9 W(2)4.5 13.3 W拓展练习练习 :如图图所示,电电路中电电池的电动电动势势E5 V,内电电阻r10 ,固定电电阻R90 ,R0是可变电变电 阻,在R0从零增加到400 的过过程中,求: (1)可变电阻R0上消耗功率最大的条件和最大热功率; (2)电池的电阻r和固定电阻R上消耗的最小热功率之和; (3)R0调到多少时R上消耗的功率最大【规律总结】当内、外电路电阻相等时,电源有最大输出功率,这个条件适用求变阻器上消耗的最大功率,不适用于求定值电阻上消耗功率的最大值因为R0是可变电阻,不能当作电源内阻当R0的阻值等于零时电路中会出现最大电流,而此时却是R的最大功率的条件小结1、电路的几种功率总功率:P=EI输出功率:P=UI电源内耗功率:P=I2r2、电源的最大输出功率当R=r时电源输出功率最大,为P=E2/4r