2018版物理沪科版新课堂同步选修3-1文档：第4章 4-4
- 格式：doc
- 大小：278.03 KB
- 文档页数：8
4.4 电路中的能量转化与守恒
学
习 目 标 知 识 脉 络
1.理解电功与电热的区别与联系，知道焦耳定律．(重点)
2．理解电功与电功率，掌握电源的几个功率与效率．(重点、难点)
3．知道常见用电器及其能量转化的情况，了解电路中能的转化与守恒，树立节约用电的意识.
电 功
与 电 热 的 关 系 分 析
[先填空]
1．电功的公式：W＝UIt.
2．电功率计算公式：P＝UI.
3．焦耳定律：Q＝I2Rt.
4．热功率计算公式：P＝I2R.
5．P＝UI是某段电路的电功率，P＝I2R是这段电路上的热功率，纯电阻电路中，电功率等于热功率，非纯电阻电路中电功率大于热功率．
[再判断]
1．电功率越大，相同时间内电流做的功越多．(√)
2．根据电功的公式和欧姆定律可以推导出电热的公式，因此电功和电热是完全相同的．(×)
3．纯电阻电路和非纯电阻电路工作时能量转化情况相同，都是把电能转化为内能．(×)
[后思考] 理发店里的吹风机能够吹出热风，使头发很快变干．吹风机上的电功率和热功率是否相等？
【提示】 吹风机的电路是非纯电阻电路，故电功率和热功率不相等．
[合作探讨]
如图4-4-1所示，电压U恒为12 V，灯泡L上标有“6 V 12 W”，电动机线圈的电阻RM＝0.50 Ω.
图4-4-1
探讨1：灯泡L上流过的电流是否可以用IL＝URL＋RM求解？为什么？
【提示】 不可以．因为有电动机工作的电路不是纯电阻的电路．
探讨2：若灯泡恰好正常发光，则电动机消耗的功率和发热功率各多大？
【提示】 P＝IMUM＝WLUL(U－UL)＝12 W.
P热＝I2MRM＝(WLUL)2·RM＝2 W.
[核心点击]
1．纯电阻电路和非纯电阻电路
纯电阻电路 非纯电阻电路
元件特点 电路中只有电阻元件 电路中除电阻外，还包括能把电能转化为其他形式能的用电器
电流、电压、电
阻三者的关系 遵循欧姆定律I＝UR 不遵循欧姆定律，U>IR或I 能量转化形式 电流做功，电能全部转化为内能：W＝Q＝UIt＝I2Rt＝U2Rt 电流做功，电能转化为内能和其他形式的能量： 电功W＝UIt， 电热Q＝I2Rt， W＝Q＋W其他 元件举例 电阻、电炉丝、白炽灯 电动机、电解槽 2.电功与电热的区别与联系 (1)纯电阻电路：W＝Q＝UIt＝I2Rt＝U2Rt， P电＝P热＝UI＝I2R＝U2R. (2)非纯电阻电路：电功W＝UIt，电热Q＝I2Rt，W>Q；电功率P电＝UI，热功率P热＝I2R，P电>P热． 1．在电功率的计算公式P＝U2/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】 P＝U2R只能计算纯电阻电路的电功率，而电冰箱、电风扇、洗衣机都是非纯电阻电路．只有电烙铁是纯电阻电路，故C正确． 【答案】 C 2．规格为“220 V 36 W”的排气扇，线圈电阻为40 Ω，求： (1)接上220 V的电压后，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． 【解析】 (1)排气扇在220 V的电压下正常工作时的电流为：I＝PU＝36220 A≈0.16 A. 发热功率为P热＝I2R＝(0.16)2×40 W≈1 W. 转化为机械能的功率为： P机＝P－P热＝36 W－1 W＝35 W. (2)扇叶被卡住不能转动后，电动机成为纯电阻电路，电流做功全部转化为热能，此时电动机中电流为 I′＝UR＝22040 A＝5.5 A， 电动机消耗的功率即电功率等于发热功率： P电′＝P热′＝UI′＝220×5.5 W＝1 210 W. 【答案】 (1)35 W 1 W (2)1 210 W 1 210 W 解答有关电动机问题时应注意的问题 (1)当电动机不转时可以看成纯电阻电路，P＝UI＝I2R＝U2R均成立． (2)当电动机正常工作时，是非纯电阻电路 P电＝UI>P热＝I2R，U≠IR而有U>IR. (3)输入功率指电动机消耗的总功率．热功率是线圈上的电阻的发热功率．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：UI＝I2R＋P机． 闭 合 电 路 中 的 能 量 转 化 与 守 恒 [先填空] 把闭合电路欧姆定律E＝U＋U内两边同乘以电流I得：EI＝UI＋U内I. 1．电源的总功率：P总＝EI. 2．电源的输出功率：P出＝UI. 3．电源的效率：η＝UIEI×100%＝UE×100%. 4．在闭合电路中，电源的总功率等于输出功率与内部发热功率之和． [再判断] 1．电源产生的电能只消耗在外电路上．(×) 2．电源的总功率等于内、外电路消耗的功率之和．(√) 3．电源的输出功率越大，电源的效率越高．(×) [后思考] 用两节干电池接在直流电动机模型上，接通电路后直流电动机就转动起来．分析电路中的能量转化． 【提示】 干电池可以把化学能转化为电能．电动机模型工作时，大部分电能转化为机械能，少部分转化为内能． [合作探讨] 探讨1：电源的输出功率在什么条件下可以达到最大？ 【提示】 当外电路电阻和电源内阻相等时，电源输出功率最大． 探讨2：电源的输出功率最大时，电源的效率是否最高？电源的效率跟什么因素有关？ 【提示】 输出功率最大时，电源的效率不是最高．电源的效率由外电路电阻与总电阻的比值决定． [核心点击] 1．电源的输出功率 当外电路为纯电阻电路时讨论如下： (1)电源的输出功率 P出＝I2R＝E2R＋r2R＝E2RR－r2＋4Rr＝E2R－r2R＋4r. 由此可知当R＝r时，电源有最大输出功率P出max＝E24r. (2)P出与外电阻R的函数关系如图4-4-2： 图4-4-2 (3)P出与路端电压U的函数关系及图像 P出＝UI＝UE－Ur＝－1rU2＋ErU＝－1r·U－E22＋E24r我们可以得出，当U＝E2时，电源有最大输出功率，即P出max＝E24r. 图4-4-3 2．电源的效率 η＝P出P总×100%＝UIEI×100%＝RR＋r×100%＝11＋rR×100%，可见，当R增大时，效率增大．当R＝r时，即电源有最大输出功率时，其效率仅为50%，效率并不高． 3.电动势为E，内阻为r的电池与固定电阻R0，变阻器R串联，如图4-4-4所示，设R0＝r，Rab＝2r，当变阻器的滑片自a端向b端滑动时，下列各物理量中随之减小的是( ) 图4-4-4 A．电池的输出功率 B．变阻器消耗的功率 C．固定电阻R0消耗的功率 D．电池内阻消耗的功率 【解析】 滑片自a端向b端滑动时，电池输出功率增大，R0和内阻消耗的功率也增大，只有变阻器消耗的功率减小．故B正确． 【答案】 B 4.如图4-4-5所示，电路中电池的电动势E＝5 V，内电阻r＝10 Ω，固定电阻R＝90 Ω，R0是可变电阻，在R0从零增加到400 Ω的过程中，求： 图4-4-5 (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，最大功率是多少？ 【解析】 (1)可变电阻R0上消耗的热功率： P0＝I2R0＝25R0－1002R0＋400 R0－100 Ω＝0时，P0最大，其最大值： P大＝25400 W＝116 W. (2)当电流最小时，电阻r和R消耗的热功率最小，此时R0应调到最大400 Ω，内阻r和固定电阻R上消耗的最小热功率之和为 P小＝(ER0＋R＋r)2(R＋r)＝0.01 W. (3)R0＝0时，电路中的总电阻最小，因此电路中的电流最大，此时R上有最大功率 即PR＝(ER＋r)2R＝5290＋102×90 W＝0.225 W. 【答案】 (1)100 Ω 116 W (2)0.01 W (3)0 0.225 W 有关闭合电路中功率问题的三点提醒 (1)电源输出功率越大，效率不一定越高，如电源输出功率最大时，效率只有50%. (2)判断可变电阻功率变化时，可将可变电阻以外的其他电阻看成电源的一部分内阻． (3)当P出
![2011年1月物理选修3-1模块试题[1]](https://imgs-1438308264.cos.ap-hongkong.myqcloud.com/7b959a0a844769eae009ed48.webp)
