第1節(jié)　電路中的能量轉(zhuǎn)化
知識(shí)點(diǎn)一　電功和電功率
[觀圖助學(xué)]電吹風(fēng)工作時(shí)，將電能轉(zhuǎn)化為什么能？電風(fēng)扇工作時(shí)，將電能轉(zhuǎn)化為什么能？電熨斗工作時(shí)，將電能轉(zhuǎn)化為什么能？
(1)定義：電流在一段電路中所做的功等于這段電路兩端的電壓U、電路中的________和通電時(shí)間t三者的乘積。(2)公式：W＝IUt(3)單位：________，符號(hào)為J。常用的單位：千瓦時(shí)(kW·h)，也稱“________”，1 kW·h＝____________ J。
[思考判斷](1)電流做功的過(guò)程中，電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能。(　　)(2)電功W＝UIt可以用來(lái)計(jì)算所有電路中電流所做的功。(　　)(3)電流通過(guò)用電器時(shí)，電流做的功越多，說(shuō)明用電器的電功率越大。(　　)(4)電功率越大，電流做功一定越快。(　　)
用電爐燒水時(shí)，爐盤內(nèi)的電爐絲被燒得通紅，產(chǎn)生大量的熱，而連接電爐的導(dǎo)線卻不怎么熱，這是什么原因？
1.焦耳定律(1)內(nèi)容：電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟________________成正比，跟導(dǎo)體的________及____________成正比。(2)表達(dá)式：Q＝________。2.熱功率(1)定義：____________內(nèi)的發(fā)熱量稱為熱功率。(2)表達(dá)式：P＝________。(3)物理意義：表示電流____________的物理量。
[思考判斷](1)電熱Q＝I2Rt可以用來(lái)計(jì)算所有含有電阻的電路中產(chǎn)生的焦耳熱。(　　)(2)根據(jù)電功的公式和歐姆定律可以推導(dǎo)出電熱的公式，因此電功和電熱是完全相同的。(　　)(3)Q＝I2Rt適用于任何電路求熱量。(　　)
標(biāo)有“220 V　40 W”的白熾燈泡和“220 V　40 W”的電動(dòng)機(jī)，把它們并聯(lián)后接到220 V的照明電路中，二者都能正常工作，它們?cè)谙嗤臅r(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的電熱相同嗎？
知識(shí)點(diǎn)三　電路中的能量轉(zhuǎn)化
(1)純電阻電路：電流通過(guò)純電阻電路做功時(shí)，電能全部轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體的內(nèi)能。(2)含有電動(dòng)機(jī)或電解槽等的電路稱為非純電阻電路。在非純電阻電路中，電流做功將電能除了部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能外，還轉(zhuǎn)化為機(jī)械能或化學(xué)能等其他形式的能。
2.電動(dòng)機(jī)的功率和效率
[思考判斷](1)電動(dòng)機(jī)是非純電阻用電器，所以在任何情況下，都不能將電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。(　　)(2)電動(dòng)機(jī)消耗的電能，一部分轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，一部分轉(zhuǎn)化為線圈內(nèi)阻上的電熱。(　　)
[觀察探究](1)如圖所示，電路中電流為I，通電時(shí)間為t，那么在這段時(shí)間內(nèi)通過(guò)這段電路任一截面的電荷量是多少？如果這段電路兩端的電勢(shì)差是U，靜電力做的功是多少？
(2)電流做功的“快慢”與電流做功的“多少”是否相同，兩者間有何關(guān)系？
答案　(1)It　IUt(2)不相同。電流做功快，但做功不一定多；電流做功慢，但做功不一定少。電流做功的快慢用電功率表示，電流做功的多少用電功表示。電流做功的多少與做功的時(shí)間和做功的快慢有關(guān)。
[探究歸納]1.對(duì)電功的理解
(1)從力的角度看，電流做功的實(shí)質(zhì)是靜電力對(duì)自由電荷做功。(2)從能的角度看，電流做功的過(guò)程是電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能的過(guò)程，電功的大小量度了電能的減少量，標(biāo)志著電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能的多少。(3)電功W＝UIt＝qU對(duì)任何電路都適用。
[試題案例][例1] 一根電阻絲在通過(guò)2 C的電荷量時(shí)電流所做的功為8 J，若在相同的時(shí)間內(nèi)通過(guò)4 C的電荷量，求：(1)電阻絲上的電流所做的功；(2)電流做功的功率是原來(lái)的幾倍。
答案　(1)32 J　(2)4倍
[針對(duì)訓(xùn)練1] 一個(gè)電阻接入某電路后，消耗的功率為110 W，通過(guò)3 C的電荷量時(shí)，有330 J的電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，則下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是(　　)A.電阻兩端所加電壓為330 VB.通過(guò)電阻的電流為1 AC.電阻通電時(shí)間為3 sD.這個(gè)電阻的阻值為110 Ω
[觀察探究]甲、乙兩只普通照明燈泡的銘牌如圖所示。現(xiàn)將兩燈泡串聯(lián)接在電路中，兩燈泡均發(fā)光，則兩燈泡哪一個(gè)較亮？若將兩燈泡并聯(lián)接在電路中，兩燈泡均發(fā)光，哪一個(gè)較亮？
答案　兩燈泡串聯(lián)時(shí)甲燈較亮；兩燈泡并聯(lián)時(shí)，乙燈較亮。
純電阻電路中的電功率的分析與計(jì)算
2.串、并聯(lián)電路中的功率關(guān)系
3.額定功率和實(shí)際功率(1)用電器正常工作時(shí)所消耗的電功率叫作額定功率。當(dāng)實(shí)際電壓達(dá)到額定電壓時(shí)，實(shí)際功率等于額定功率。(2)為了用電器不被燒毀，實(shí)際功率不能大于額定功率。
從能量轉(zhuǎn)化的角度看，無(wú)論是串聯(lián)電路還是并聯(lián)電路，無(wú)論是純電阻電路還是非純電阻電路，電路消耗的總功率均等于電路中各部分消耗的功率之和。
特別提醒：(1)求解串、并聯(lián)電路中的功率分配問(wèn)題，比例法求解會(huì)使問(wèn)題簡(jiǎn)化，但一定要確定是正比關(guān)系還是反比關(guān)系。(2)當(dāng)分析用電器的功率問(wèn)題時(shí)，一定要注意用電器的安全，即不要超過(guò)用電器的額定電壓、額定電流。
[試題案例][例2] 把兩根電阻相同的電熱絲先串聯(lián)后并聯(lián)分別接在同一電源上，若要產(chǎn)生相等的熱量，則兩種方法所需的時(shí)間之比t串∶t并為(　　)A.1∶1 B.2∶1C.4∶1 D.1∶4
[例3] 額定電壓都是110 V，額定功率PA＝100 W，PB＝40 W的電燈兩盞，若接在電壓是220 V的電路上，使兩盞電燈均能正常發(fā)光，且電路中消耗功率最小的電路是(　　)
思路點(diǎn)撥(1)兩電燈均正常發(fā)光時(shí)，其電壓必為額定電壓。(2)滑動(dòng)變阻器消耗的功率最小時(shí)電路總功率就最小。
[針對(duì)訓(xùn)練2] 把家用電爐的電熱絲剪去一小段后，繼續(xù)使用，則在同樣的時(shí)間內(nèi)(　　)
[針對(duì)訓(xùn)練3] (多選)如圖所示，L1、L2是兩個(gè)規(guī)格不同的燈泡，當(dāng)它們?nèi)鐖D連接時(shí)，恰好都能正常發(fā)光，設(shè)電路兩端的電壓保持不變，在將滑動(dòng)變阻器的滑片P向右移動(dòng)的過(guò)程中，下列判斷正確的是(　　)
A.滑動(dòng)變阻器兩端電壓變大B.通過(guò)滑動(dòng)變阻器的電流變小C.L1變暗，L2變亮D.L1變亮，L2變暗
解析　當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片P向右移動(dòng)時(shí)，滑動(dòng)變阻器連入電路的電阻增大，總電阻增大，總電流減小，L1燈兩端電壓減小，L1燈變暗，L2和滑動(dòng)變阻器兩端電壓增大，通過(guò)L2的電流增大，L2燈變亮，通過(guò)滑動(dòng)變阻器的電流減小，故選項(xiàng)A、B、C正確，D錯(cuò)誤。答案　ABC
[觀察探究]如圖所示為一正常工作的電動(dòng)機(jī)，其工作電壓為220 V。(1)電動(dòng)機(jī)消耗的電能會(huì)全部轉(zhuǎn)化為線圈產(chǎn)生的內(nèi)能嗎？(2)其工作電壓是線圈兩端電壓?jiǎn)幔?br/>答案　(1)一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。(2)不是。其工作電壓大于線圈兩端電壓。
非純電阻電路中的電功率、熱功率的分析與計(jì)算
[探究歸納]1.純電阻電路和非純電阻電路的比較
2.電功率與熱功率的區(qū)別與聯(lián)系
(1)區(qū)別：電功率是指某段電路的總功率，即這段電路上消耗的全部電功率，表示電流在一段電路中做的功等于這段電路兩端的電壓U和通過(guò)這段電路的電流I的乘積，P電＝UI。熱功率是指元件(導(dǎo)體)因發(fā)熱而消耗的功率，電流通過(guò)元件發(fā)熱的功率等于通過(guò)元件(導(dǎo)體)的電流的平方與電阻的乘積，P熱＝I2R。(2)聯(lián)系：對(duì)純電阻電路，電功率等于熱功率；對(duì)非純電阻電路，電功率等于熱功率與轉(zhuǎn)化為除內(nèi)能外其他形式的能的功率之和。
[試題案例][例4] (多選)下列關(guān)于電功、電功率和焦耳定律的說(shuō)法中正確的是(　　)
[例5] 規(guī)格為“220 V　36 W”的排氣扇，線圈電阻為40 Ω，求：(1)接上220 V電壓后，排氣扇轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的功率和發(fā)熱的功率；(2)如果接上電源后，扇葉被卡住，不能轉(zhuǎn)動(dòng)，求電動(dòng)機(jī)消耗的功率和發(fā)熱的功率。
答案　(1)35 W　1 W　(2)1 210 W　1 210 W
方法總結(jié)　電動(dòng)機(jī)電路的分析方法(1)分清是純電阻電路還是非純電阻電路.電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)是非純電阻電路，電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)是純電阻電路。(2)分清要求的是電功還是電熱(或熱功率)，對(duì)照公式的適用條件，合理選擇公式。(3)電動(dòng)機(jī)的輸入功率即總功率P入＝IU，電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱功率P熱＝I2r，電動(dòng)機(jī)的輸出功率P出＝P入－P熱。
[針對(duì)訓(xùn)練4] 關(guān)于電功W和電熱Q的說(shuō)法正確的是(　　)
A.在任何電路中都有W＝UIt、Q＝I2Rt，且W＝QB.在任何電路中都有W＝UIt、Q＝I2Rt，但W不一定等于QC.W＝UIt、Q＝I2Rt均只有在純電阻電路中才成立D.W＝UIt在任何電路中都成立，Q＝I2Rt只在純電阻電路中才成立解析　W＝UIt適用于任何電路，Q＝I2Rt也適用于任何電路，如果是純電阻電路，則W＝Q，在非純電阻電路中W>Q，B正確，A、C、D錯(cuò)誤。答案　B
[針對(duì)訓(xùn)練5] 小型直流電動(dòng)機(jī)(其線圈內(nèi)阻為r＝1 Ω)與規(guī)格為“4 V　4 W”的小燈泡并聯(lián)，再與阻值為R＝5 Ω的電阻串聯(lián)，然后接至U＝12 V的電源上，如圖所示，小燈泡恰好正常發(fā)光，電動(dòng)機(jī)正常工作，求：
(1)通過(guò)電動(dòng)機(jī)的電流；(2)電動(dòng)機(jī)的輸出功率P出；(3)電動(dòng)機(jī)的效率。
流經(jīng)電動(dòng)機(jī)的電流I＝IR－IL＝0.6 A。(2)電動(dòng)機(jī)消耗的總功率P′＝ULI＝4×0.6 W＝2.4 W電動(dòng)機(jī)的熱功率P熱＝I2r＝(0.6)2×1 W＝0.36 W電動(dòng)機(jī)的輸出功率P出＝P′－P熱＝2.4 W－0.36 W＝2.04 W。
答案　(1)0.6 A　(2)2.04 W　(3)85%

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