1、第4课时 电路中的能量转化与守恒,功能多样的用电器 图4-4-1,课前自主学习,一、电功和电功率 1电流做功的实质：导体中的_对自由电荷的静电力移动电荷做功，把_转化为_的能 2决定电流做功多少的因素：与电路两端的电压、 _ 、 _有关用公式表达为W _，式中四个量的国际单位分别为_ 、 _、 _ 、 _ 3电流做功的快慢表示电功率 (1)定义：_电流所做的功,知识梳理,电场,电能,其它形式,电流强度,作用时间,焦耳,伏特,安培,秒,单位时间内,UIt,(2)公式及单位：P _，三个物理量的单位分别是_ 、 _ 、 _ 二、焦耳定律 1内容：电流通过导体时产生的热量跟_的平方成正比，跟导体的_
2、及_成正比 2公式：Q _. 3热功率： _的发热量，P_. 三、闭合电路中能量转化与守恒 1各部分功率关系：根据EItUItI2rt可知EIUI_，其中_为电源总功率 2 _为电源输出功率， _为电源内耗功率,UI,瓦特,伏特,安培,电阻,时间,电流,I2Rt,I2R,I2r,EI,I2r,单位时间,UI,1关于电功的下列说法，正确的是 ( ) A导体内电场力移动电荷所做的功叫做电功 B电流做功的过程，就是电能转化为其他形式的能的过程 C电流做功消耗的能量，由电源来供给 D电功就是电能 答案：ABC,基础自测,2对于连入电路的不同灯泡而言，亮度大的灯泡是 ( ) A通过的电流大的灯泡 B两端
3、电压大的灯泡 C电阻值大的灯泡 D消耗电功率大的灯泡 答案：D,3将一个电动势为3 V，内阻不能忽略的电池两端接一电阻R，当有1 C的电荷通过电阻R时，在R上产生的热量 ( ) A大于3 J B小于3 J C等于3 J D内阻未知，无法确定 解析：根据WqU3 J，而W为内阻r和外电阻R上产生的热量之和，故R上产生的热量小于3 J. 答案：B,4用一个额定电压为220 V的电热水器煮沸一壶水需要t s，如果不考虑电热水器的电热损失和电热丝电阻受温度的影响，那么 ( ) A当线路电压为110 V时，煮沸一壶水需要2t s B当线路电压为110 V时，煮沸一壶水需要4t s C当线路电压为55 V
4、时，煮沸一壶水需要4t s D当线路电压为55 V时，煮沸一壶水需要16t s,答案：BD,5电阻R和电动机M相串联接到电路中，如图442所示已知电阻R跟电动机线圈电阻相等，开关接通后，电动机正常工作，设电阻R和电动机两端的电压分别为U1和U2；经过时间t，电流通过电阻R做功W1，产生的电热为Q1；电流通过电动机M做功W2，产生的电热为Q2，则有 ( ),图4-4-2,AU1U2，Q1Q2 BW1W2，Q1Q2 CW1W2，Q1Q2 DW1W2，Q1Q2 答案：AD,课堂互动探究,(1)电功 实质:因电流是自由电荷在电场力作用下定向移动形成的,电流做的功,实质上是电场力移动电荷做的功. 表达式
5、:设加在一段电路两端的电压为U,流过电路的电流为I,则t时间内流过电路的电荷量q=It. 电场力移动电荷做的功W=qU. t时间内电流做功为W=UIt. 表明:电流在一段电路上所做的功,跟这段电路两端的电压、电路中的电流和通电时间成正比.,电功和电功率,注意:W=UIt为电功的定义式,适用于任何电路.在纯电阻电路中,由于I= ,所以在纯电阻电路中的电功率可表示为:W=UIt=I2Rt= . 单位:在国际单位制中功的单位是焦耳,符号为J.常见的电功单位还有“度”.1度=1 kWh=3.6106 J 意义：电流做功的过程是电能转化为其他形式能的过程，电流做了多少功，就表明有多少电能转化为其他形式的
6、能，即电功反映了电能转化为其他形式能的多少。,（2）电功率 定义：电流所做的功跟完成这些功所用时间的比值，叫做电功率. 公式:计算电功率的普遍适用公式为P=W/t和P=UI.对于纯电阻电路,计算电功率还可用公式P=I2R和P=U2/R. 单位:在国际单位制中的单位是瓦特,符号为W. 意义:电功率表示电流做功的快慢.,【例1】 某个家庭有“220 V,40 W”的电烙铁一把，“220 V，100 W”的白炽电灯一只，“220 V,25 W”的白炽灯两只“220 V，300 W”的电熨斗一只，若当地的电源电压为210 V，每个用电器平均每天使用2 h，每度电的价格0.5元，则该家庭一个月(按30天
7、计算)该交纳多少电费？ 解析：该家庭全部用电器的额定功率之和 P040100252300490 W 由于实际电压比额定电压略低一些，所以把各用电器的电阻值看成是不变的,答案：13.38元 【题后反思】 电功WUIt，焦耳热QI2Rt，电功率P电UI，热功率P热I2R；对纯电阻电路P电P热，对非纯电阻电路P电P热,已知一个标有“110 V 10 W”字样的灯泡，问： (1)灯泡的电阻是多大？ (2)灯泡正常工作时的电流是多大？ (3)如果接在100 V的电路中，它的实际功率是多大？,答案：(1)210 (2)0.09 A (3)8.3 W,(1)电功和电热关系 对任何电路，电流做的功恒为WUIt
8、；电流产生的热量恒为QI2Rt.,电功与电热,在非纯电阻电路(像含有电动机、电解槽的电路)中，电流做的功只有很少一部分转化为电热，绝大部分转化成(机械能或化学能等)其他形式的能因此，WQ即UItI2Rt，根据能的转化和守恒定律知，在非纯电阻电路中满足电功电热其他形式的能，即UItI2RtE其他 从以下思维导图可见纯电阻电路与非纯电阻电路的区别,纯电阻电路,非纯电阻电路,(2)注意区别“负载”“负荷”与电阻 “负载”或“负荷”是对用电器功率特征的一种习惯称谓通常说“负载”或“负荷”大，是指用电器的功率大，并不是用电器的“电阻”大在一般情况下，“负载”大的用电器电阻反而小如“200 V 60 W”
9、与“200 V 100 W”的两个灯泡，后者的额定功率较大但电阻却较小,【例2】 有一台标有“220 V 66 W”的电风扇，线圈的电阻为20 ，求接上220 V电压后，电风扇消耗的功率转化为机械能的功率和发热功率；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功率 解析：电风扇工作时，其电路不是纯电阻电路，它从电源获取的电功率一部分转化为线圈的发热功率，另一部分转化为扇叶转动时的机械功率 它们三者之间的关系为P电P热P机 其中P电UI，P热I2R. 电风扇接在220 V电压下正常工作，,发热功率为P热I2R0.3220 W1.8 W. 转化为机械能的功率为 P机PP热66 W
10、1.8 W64.2 W. 电风扇被卡住不能转动，电动机相当于纯电阻，电能全部转化为内能，通过电风扇的电流为：,电动机消耗的功率P等于发热功率P热，即PP热IU11220 W2 420 W这时电动机将被烧坏 答案：见解析,某一用直流电动机提升重物的装置，如图443所示，重物质量m50 kg，电源的电压为U110 V，不计电源内阻及各处摩擦，当电动机以v0.90 m/s的恒定速度向上提升重物时，电路中的电流I5 A，由此可知电动机的线圈的电阻R为多少？,图4-4-3,解析：电动机消耗的总能量一部分用于提升重物的机械能，一部分消耗在电动机线圈电阻发热上,答案：4.4 ,(1)各部分功率关系分析 由E
11、ItI2RtI2rt知，EII2RI2r 其中EI为电源的总功率，I2r为电源内耗功率，I2R为外电路消耗功率，也是电源的输出功率 (2)电源输出功率特点,电源的功率和效率,由图444可以看出,图4-4-4,【例3】三只灯泡L1、L2和L3的额定电压分别为1.5 V、1.5 V和2.5 V，它们的额定电流都为0.3 A若将它们连接成如图445(a)、(b)所示电路，且灯泡都正常发光,图4-4-5,(a) (b),(1)试求图(a)所示电路的总电流和电阻R2消耗的电功率； (2)分别计算两电路电源提供的电功率，并说明哪个电路更节能 解析：(1)由题意可知，在题图(a)所示的电路中： 电路中的总电
12、流 I总IL1IL2IL30.9 A U电路EI总r2.55 V， UR2U电路UL30.05 V， IR2I总0.9 A；,电阻R2消耗的电功率PR2IR2UR20.045 W. (2)题图(a)所示电路电源提供的电功率 P总I总E0.93 W2.7 W 题图(b)所示电路电源提供的电功率 P总I总E0.36 W1.8 W 由于灯泡都正常发光，两电路有用功率相等，而P总P总 所以，图(b)所示电路比图(a)所示电路节能 答案：(1)0.9 A 0.045 W (2)2.7 W 1.8 W 图(b),【题后反思】 本题涉及到闭合回路的功率问题首先要从概念上区分电源总功率PEI、电源输出功率P出
13、U路I及电源内阻热功率P内I2r；其次要注意它们的联系EIU路II2r.,如图446所示，R18 ，电源的电动势E8 V，内阻r2 .R2为变阻器，问： (1)要使变阻器获得的电功率最大，R2的值应是多大？这时R2的功率多大？ (2)要使R1得到最大的电功率，R2的取值多大？R1的最大功率多大？这时电源的效率多少？,图4-4-6,解析：(1)把R1看成是电源内阻的一部分，这样内电阻就是R1r.利用电源输出功率最大的条件，可以求出：当R2R1r8 2 10 时，R2有最大的功率,(2)因为R1是定值电阻，所以流过R1的电流越大，R1的功率就越大,答案：(1)10 1.6 W (2)0 5.12 W 80% (3)见解析,知能综合训练,
