《2024-2025年《金牌学案》物理人教版必修第3册教师用书配套Word课件：23 第五章 第一节 电路中的能量》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2024-2025年《金牌学案》物理人教版必修第3册教师用书配套Word课件：23 第五章 第一节 电路中的能量（16页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第一节电路中的能量1理解电功、电功率的概念并能进行相关的计算2理解焦耳定律，知道电功率与热功率的区别和联系3知道纯电阻电路和非纯电阻电路的区别，会结合实际问题区分电功和电热4理解闭合电路的各种功率及相关运算知识点一电功和电功率1电功(1)定义：电流通过一段导体时，电场力推动自由电荷定向移动，此时电场力对自由电荷所做的功(也叫电流做的功)(2)公式：WUIt(3)国际单位：焦耳，符号为J2电功率(1)定义：电流做的功与完成这些功所用时间之比(2)公式：PWtUI(3)单位：瓦特，符号：WPWt适用于任何功率的计算，PUI是计算电功率普遍应用的式子知识点二焦耳定律1焦耳定律(1)内容：电流通过导体
2、产生的热量与电流的二次方成正比，与导体的电阻及通电时间成正比(2)表达式：QI2Rt2热功率(1)热功率：一段电路因发热消耗的功率，PI2R(2)物理意义：表示电流发热快慢的物理量知识点三闭合电路中的能量1电源提供的电功率为EI2外电路上消耗的电功率为U外I3内电路上消耗的电功率为U内I4闭合电路中的功率关系：EIU外IU内I1思考辨析(正确的画“”，错误的画“”)(1)电功率越大，电流做功一定越快()(2)任何电路都有WQ，即UItI2Rt()(3)电动机、电解槽等用电器，电流通过时电能除转化为内能外，还转化为其他形式的能，故为非纯电阻()(4)不论纯电阻电路还是非纯电阻电路，计算焦耳热时均
3、可用P热UI()2填空通过电阻R的电流为I时，在t时间内产生的热量为Q, 若电阻为R, 电流为2I, 则在时间t2内产生的热量为2Q电风扇接上电源后，电风扇转动起来，电风扇消耗的电功率和机械功率及热功率关系怎样？是纯电阻电路还是非纯电阻电路？提示：电功率等于机械功率与热功率之和，是非纯电阻电路. 考点1电功和电功率电热和热功率1对电功的理解(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)从能的角度看，电流做功的过程是电能转化为其他形式的能的过程，电功的大小度量了电能的减少量，标志着电能转化为其他形式的能的多少(3)电功WUItqU对任何电路都适用2对电功率的理解(1)电功率PWt
4、UI对任何电路都适用(2)额定功率和实际功率额定功率：用电器正常工作所消耗的功率实际功率：用电器在实际电压下电流做功的功率3电热和热功率【典例1】(多选)有一内阻为4.4 的直流电动机和一盏标有“110 V60 W”的灯泡串联后接在电压为220 V的直流电源两端，灯泡正常发光，则()A直流电动机消耗的电功率为120 WB直流电动机的发热功率为60 WC直流电动机消耗的电功率为60 WD电路消耗的总功率为120 W思路点拨：(1)流过电动机和灯泡的电流相等(2)根据公式PUI和PI2r计算电功率和热功率CD“灯泡正常发光”说明灯泡的实际电压为110 V，电流I60110 A611 A，电动机两端
5、的电压为110 V，电动机消耗的电功率为110 V611 A60 W，选项A错误，C正确；直流电动机的发热功率为61124.4 W1.3 W，选项B错误；电路消耗的总功率为611220 W120 W，选项D正确.四个电学公式的适用范围(1)电功WUItqU普遍适用(2)Iqt为电流的定义式，普遍适用(3)IUR只适用于纯电阻电路(4)电热QI2Rt普遍适用跟进训练1某工程师设计了一个多挡的发热电路，通过开关S1、S2的闭合或断开来实现电路如图所示，R14R0，R23R0，R32R0，R4R0, M、N加恒定电压，最小功率为100 W，则电路的最大功率为()A1000 W B200 W C333
6、 W D520 WDM、N加恒定电压，令电压为U，根据PU2R总可知，电路总电阻最小时，电路消耗功率最大，可知此时开关S1、S2均闭合，此时R1、R2、R3并联，并联电阻满足1R并14R013R012R0，解得R并12R013，此时电路消耗功率最大，则有PmaxU2R并+R0，当开关S1、S2均断开，电路总电阻最大，电路消耗功率最小，此时最小功率为100 W，则有PminU24R0+3R0+2R0+R0，解得Pmax520 W，故选D. 考点2纯电阻电路和非纯电阻电路1纯电阻电路和非纯电阻电路(1)常用的白炽灯、电炉子等为纯电阻电路；电动机、电解槽等为非纯电阻电路(2)纯电阻电路服从欧姆定律，
7、而非纯电阻电路不完全服从欧姆定律(3)纯电阻电路电流做功时，电能全部转化为电热；而非纯电阻电路，电流做功将电能一部分转化为电热，一部分转化为机械能或其他形式的能2纯电阻电路和非纯电阻电路的比较项目纯电阻电路非纯电阻电路能量转化情况电功和电热的关系WQ即IUtI2RtU2RtWQE其他UItI2RtE其他电功率和热功率的关系PP热即IUI2RU2RPP热P其他即IUI2RP其他欧姆定律是否成立UIR，IUR成立UIR，IUR不成立【典例2】小明准备参加玩具赛车比赛，他想通过实验挑选一只能量转换效率较高的电动机，实验时他先用手捏住电动机的转轴，使其不转动，然后放手，让电动机正常转动，分别将2次实验
8、的有关数据记录在表格中电动机的电压/V电动机工作状态通过电动机的电流/A0.2不转动0.42.0正常转动1.0请问：(1)这只电动机线圈的电阻为多少？(2)当电动机正常工作时，转化为机械能的功率是多少？(3)当电动机正常工作1分钟时，电动机消耗的电能是多少？(4)该玩具的电动机正常工作时，电能转化为机械能的效率是多少？思路点拨：解析(1)电动机不转动时，是纯电阻电路，根据欧姆定律得RURIR0.20.4 0.5 .(2)当电动机正常工作时P机UII2R(21120.5) W1.5 W.(3)当电动机正常工作1分钟时，电动机消耗的电能EUIt2160 J120 J.(4)电能转化为机械能的效率P
9、机P总100%1.52100%75%.答案(1)0.5 (2)1.5 W(3)120 J(4)75%电动机电路的分析与计算跟进训练2(多选)某手持小风扇额定电压为5 V，额定电流为0.2 A，内部电动机的线圈电阻为5 ，则下列说法正确的是()A小风扇可把电池的电能完全转化为机械能B正常工作时，电动机的发热功率为0.2 WC正常工作时，电动机的输出功率为1 WD若小风扇正常工作时被卡住，流过的电流将变大BD小风扇可把电池的电能部分转化为机械能，另一部分转化为内能，故A错误；正常工作时，电动机的发热功率为P热I2r0.225 W0.2 W，故B正确；正常工作时，电动机的输出功率为P机UIP热50.
10、2 W0.2 W0.8 W，故C错误；若小风扇正常工作时被卡住，则可以视为纯电阻电路，流过的电流IUR，将变大，故D正确. 考点3闭合电路的功率和效率1闭合电路的能量关系由闭合电路欧姆定律EU外U内得闭合电路的能量关系：qEqU外qU内此式反映了电源克服静电力做的功等于内、外电路消耗的电能之和2闭合电路的功率关系由式可得：闭合电路的功率关系为：EIIU外IU内其中，电源的总功率：P总EI；电源内部功率P内IU内I2r；电源输出功率P出IU外3对于纯电阻电路，电源的输出功率P出I2RER+r2RE2R-r2R+4r，当Rr时，电源的输出功率最大，其最大输出功率为PmE24r电源输出功率随外电阻变
11、化的曲线如图所示4电源的效率：指电源的输出功率与电源的总功率之比，即P出P总IUIEUE对于纯电阻电路，电源的效率I2RI2R+rRR+r11+rR，所以当R增大时，效率提高当Rr(电源有最大输出功率)时，效率仅为50%【典例3】如图所示，已知电源电动势E5 V，内阻r2 ，定值电阻R10.5 ，滑动变阻器R2的阻值范围为010 (1)当滑动变阻器R2的阻值为多大时，电阻R1消耗的功率最大？最大功率是多少？(2)当滑动变阻器的阻值为多大时，滑动变阻器消耗的功率最大？最大功率是多少？(3)当滑动变阻器的阻值为多大时，电源的输出功率最大？最大输出功率是多少？思路点拨：(1)求解定值电阻消耗的最大功
12、率时，根据PI2R可知，只要电流满足最大即可(2)求解可变电阻消耗的最大功率时，因为电流随电阻的变化而变化，要利用电源的输出功率与外电阻的关系进行求解解析(1)定值电阻R1消耗的电功率为P1I2R1E2R1R1+R2+r2，可见当滑动变阻器的阻值R20时，R1消耗的功率最大，最大功率为P1mE2R1R1+r22 W.(2)将定值电阻R1看成电源内阻的一部分，则电源的等效内阻rR1r2.5 ，则当滑动变阻器的阻值R2r2.5 时，滑动变阻器消耗的功率最大，最大功率为P2mE2r2r2.5 W.(3)由电源的输出功率与外电阻的关系可知，当R1R2r，即R2rR1(20.5) 1.5 时，电源有最大
13、输出功率，P出mE2r2r3.125 W.答案(1)02 W(2)2.5 2.5 W(3)1.5 3.125 W分析闭合电路中的功率、效率问题的两点注意(1)对于电源来说，外电路电阻越大，路端电压越大，电源的效率越高，但电源的输出功率不一定越大，只有当外电路电阻越接近于电源内阻时，输出功率才越大(2)电源的总功率，计算式为PIE(普遍适用)，PE2R+rI2(Rr)(只适用于外电路为纯电阻的电路)跟进训练3将一电源与一电阻箱连接成闭合回路，测得电阻箱所消耗功率P随电阻箱读数R变化的曲线如图所示，由此可知()A电源最大输出功率可能大于45 WB电源内阻等于5 C电源电动势为45 VD电阻箱所消耗
14、功率P最大时，电源效率大于50%B将一电源与一电阻箱连接成闭合电路，电阻箱所消耗功率P等于电源输出功率.由电阻箱所消耗功率P随电阻箱读数R变化的曲线可知，电阻箱所消耗功率P最大为45 W，所以电源最大输出功率为45 W，A错误；由电源输出功率最大的条件可知，电源输出功率最大时，外电路电阻等于电源内阻，所以电源内阻等于5 ，B正确；电阻箱所消耗功率P的最大值为45 W，此时电阻箱读数为R5 ，电流IPR3 A，电源电动势EI(Rr)30 V，C错误；电阻箱所消耗功率P最大时，电源效率为50%，D错误.1(多选)甲、乙两只普通照明灯泡的铭牌如图所示，下列说法正确的是()甲乙A甲灯的实际功率一定总是40 WB将乙灯接入110 V电路中，它的额定功率仍为60 WC两灯均正常发光时，甲灯灯丝电阻较大D两灯均正常发光时，甲灯消耗的电能较少BC灯泡的铭牌
