《2020学年高中物理第2章6焦耳定律电路中的能量转化教案教科版选修3-1(2021-2022学年)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2020学年高中物理第2章6焦耳定律电路中的能量转化教案教科版选修3-1(2021-2022学年)（14页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 焦耳定律 电路中的能量转化学习目标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）.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)一、电功电功率1. 电功（）定义：电场力移动电荷所做的功.（) 大小：等于这段电路两端的电压与电路中的电流I和通电时间三者的乘积（3）公式:W=It(4) 国际单位 :焦耳，符号。（5)意义 : 电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
2、, 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 :P=WtU 。(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 .（) 意义: 表示电流做功的快慢 .二、焦耳定律热功率焦耳定律(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:IRt.2. 焦耳热电流通过电阻而产生的热量. 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间
3、的比值即单位时间内电阻通电所产生的热量（2)公式：P热=错误 !2R.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，通过非静电力做功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IE=IU+I2r.(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U与电
4、源内电路的热功率I2之和.1正误判断 (正确的打 “”, 错误的打 “” ）(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QIt, 此式适用于任何电路? ( )（4)三个公式P=UI、P=I2R、f(U2,R)没有任何区别 , 它们表达相同的意义，所有都是电功率 ? ( )（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PI，P=IR，P=错误 ! 未定义书签。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在纯电
5、阻电路中 , 三个公式既可用于求电功率，又可用于求热功率在非纯电阻电路中, 第一个公式可用于求电功率,第二个公式可用于求热功率, 第三个公式没有意义D 由R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C 在纯电阻电路电功率等于热功率, 即UII2错误 ! 未定义书签。; 在非纯电阻电路中电功率大于热功率, 即P电=UI热I，而P=错误 !无实际意义，故、C正确， A、D错误 .3（多选 ) 如图 ,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
6、示电源的输出功率C 当时，电源的输出功率最大当=时,电源的效率最高BC 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 ,正确；当时说明外电阻的阻值R 与电源内阻相等，此时电源的输出功率最大, 此时效率为错误 !50,故正确 ,D 错误 . 串、并联电路中的电功率的分析与计算1。串联电路功率关系错误 !2并联电路功率关系错误 ! 未定义书签。3. 结论 :无论是串联电路还是并联电路, 电路消耗的总功率等于各电阻消耗的功率之和【例 1】 现有标有 “10 V 4 W的灯泡 L1和标有 “10V 100 W” 的灯泡 L2及一只最大阻值为 50 的滑动变阻器R，将它们接在22 V 的
7、电路中，在如图所示的几种接法中, 最合理的是（）A BC D思路点拨： 在该电路中 , 既要保证两灯泡都正常发光，又要保证消耗的功率最小.运用排除法，先判断哪些电路不能正常发光，在正常发光情况下, 抓住整个电路消耗的功率等于各个用电器消耗的功率之和求出总功率,寻找功率最小的电路.C L1（110 40W ）和 L2( 10 V00 W）的额定电压相同 , 由=错误 ! 未定义书签。可知RR2, 由串、并联电路电流、电压特点可知A、D中 L1、L2一定不会同时正常发光；虽然B、都能使、L2同时正常发光 , 但B中P总=2(12),C中P总=2P，故选项 C正确 ?( ）额定功率 : 用电器正常工
8、作时所消耗的功率, 也是用电器两端电压为额定电压（或通过的电流为额定电流）时消耗的电功率用电器铭牌上所标的功率即为额定功率(2）实际功率：用电器实际工作时消耗的电功率为了保证用电器不被损坏，要求实际功率不能大于其额定功率训练角度 1对电功和电功率的理解.( 多选）下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法中正确的是( )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=I t适用于任何电路 , 而W=I2Rt错误 !只适用于纯电阻电路C.在非纯电阻电路中 ,IUI2D.焦耳热Q=2Rt适用于任何电路BCD 电功率公式P错误 ! 未定义书签。，功率越大，表示电流做功越快. 对于一段电路
9、 , 有PIU,错误 !, 焦耳热Q错误 !错误 !,可见Q与P、t都有关所以，P越大，不一定越大，A不对WUIt是电功的定义式，适用于任何电路. 而I（U，R)只适用于纯电阻电路，B对. 在不是纯电阻的电路中,电流做的功等于焦耳热与其他形式的能之和，所以W，即UII2, 对.I是焦耳热的定义式，适用于任何电路中产生的焦耳热,D 对训练角度 2 串、并联电路中功率的计算2.R1和R2分别标有 “2,1 。0 A”和“4 ，0.5 ”,将它们串联后接入电路中, 如图所示，则此电路中允许消耗的最大功率为( ）A1。5? B.。 0 WC 5。 W . .0 把R1和R2串联后, 由于R的最大电流较
10、小，所以串联后的最大电流为 A, 串联后的总电阻为 6 ,所以电路的最大功率为=I2R0。52 W1 , 所以 A正确 . 电功与电热的比较. 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遵从欧姆定律I错误 ! 未定义书签。不遵从欧姆定律 ,UIR或IP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.电动机的热功率 :P热=Ir。电动机的输出功率 (机械功率 )：P出=U I2r电动机的效率：错 误 ! 未 定 义 书 签 。10 % (UI2r
11、，I） 100% 错 误 ! 未 定 义 书 签 。100% 。【例】规格为 “220 V 3 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功率思路点拨 :发热功率为P热2R.转化为机械能的功率为:P机电-热.电动机不转动时 ,可视为纯电阻 .? 解析 （1）排气扇在220V 电压下正常工作, 电流I=f（P,）=错误 ! 未定义书签。A=0。16 A发热功率P热I2R=0。620 W转化为机械能的功率P机P-P热=（36)W=35。(2）扇叶被卡住不能
12、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(,）错误 ! 未定义书签。 A 55 。电动机消耗的功率等于发热功率P=P热IU=5. 220 W1 210 W由于发热量很大 ,将很快烧坏电动机线圈.答案 ( ） 35 W (2)1 101 10 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，P=I2Rf（U,R) 均成立 .（2)当电动机正常工作时, 是非纯电阻电路电=U P热I2R，UR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:U I2RP机训练角度 1焦耳定律
13、的应用. 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R, 电流为错误 ! 未定义书签。时，则在时间t内产生的热量为 ( )A.QB.2QC.错误 !D.错误 ! 未定义书签。C Q=I2R，Q错误 ! 未定义书签。错误! 未定义书签。2R =错误 ! 未定义书签。IRt=2,C 项正确 训练角度 2 非纯电阻电路的分析及相关计算2. 在研究微型电动机的性能时，应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。5 A 和 2。 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.0 A 和 4。0 V. 则这台电动机
14、正常运转时输出功率为( )A3 WB WC4 W D.18WA 当电动机停止转动时, 由题得电动机的电阻：R错误 !=错误 !=4 ;当电动机正常转动时 ,电动机的总功率:P=U1I1=2 48 ，电动机的发热功率:PR=al(2，1)R(2 A)2 =1 W;电动机正常运转时的输出功率是:P输出P-R48W 1 W32 W.故选 A闭合电路中的功率和效率1电源的各部分功率（1)电源的总功率 :P总=IE。()电源的输出功率 :P出IU.(3) 电源内部的发热功率 :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=I2错误 ! 未定义书签。 R=错误 !
15、未定义书签。=错误 !。()当R=时,电源有最大输出功率P出 x=错误 !.(2）输出功率P出与外电阻R的图像分析当r时，输出功率最大，P出 maxf（E2,4)。当RIb0接到a电源上 ,电源的效率较低D.0接到b电源上，电源的效率也较低ABC 路端电压与电流的关系图像中，由I 可知图像与纵坐标的交点为电源电动势，图线的斜率的绝对值表示电源内阻，由此可知的电动势较大 , 内阻也较大 , 选项 A 正确 ; 如果画出电阻0的路端电压和电流的关系图像，与的U。I图交点对应的电流较大, 由此可知IIb, 选项正确 ; 由效率公式=错误 ! 未定义书签。错误 !错误 !, 可知内电阻越大电源效率越低
16、，由此可知的效率较低 , 选项 C正确，选项 D错误; 故选 A、B、C4如图是家用电饭煲的电路图将电饭煲接到稳压电源上, 当开关接通 “加热 ”挡时，电热丝以额定功率给食物加热, 当食物蒸熟后，开关接通“保温”挡, 给食物保温，这时电热丝的功率为其额定功率的错误 !,电流为 1。40 A, 已知分压电阻的阻值是R=0 求：(1）保温时 , 电阻R两端的电压 ;(2) 稳压电源输出的电压 ;(）电热丝的额定功率.解析 (1) 电阻R两端的电压为R1.4010 V140。（2)设电热丝的电阻为，电源输出电压为U，则错误! 未定义书签。错误! 未定义书签。 r错误 ! 未定义书签。错误 ! 未定义书签。解得：。所以电源电压为I（Rr)=。 40(100+50） .(3）电热丝的额定功率为P=错误 ! 未定义书签。=错误 ! W=82W 答案（1)1 0 V()10 V （3）88 W
