1．電路中的能量轉化[學習目標]　1.理解電功和電功率的概念，知道電流做功的實質。(重點)2.理解電功和電熱的區(qū)別，會區(qū)分純電阻電路和非純電阻電路。(難點)3.理解電熱和電熱功率。(重點)4.會從能量守恒的角度理解焦耳定律。(難點)一、電功和電功率1．電流做功的實質：導體中的恒定電場對自由電荷的靜電力做功。2．電功(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、電路中的電流、通電時間三者的乘積。(2)公式：W＝UIt。(3)單位：國際單位是焦耳，符號是J。3．電功率(1)定義：電流在一段電路中所做的功與通電時間之比。(2)公式：P＝＝UI。(3)單位：國際單位是瓦特，符號是W。二、焦耳定律1．內容：電流通過導體產生的熱量跟電流的二次方成正比，跟導體的電阻及通電時間成正比。2．表達式：Q＝I2Rt。3．熱功率三、電路中的能量轉化1．電動機工作時的能量轉化(1)能量關系：電動機從電源獲得的能量一部分轉化為機械能，還有一部分轉化為內能。(2)功率關系：電動機消耗的功率P電等于電動機的輸出功率P機與電動機損失的功率P損之和，即：P電＝P機＋P損，P電＝UI，P損＝I2R。2．電池充電時的能量轉化電池從電源獲得的能量一部分轉化為化學能，還有一部分轉化為內能。1．思考判斷(正確的打“√”，錯誤的打“×”)(1)電功與能量的單位都是焦耳，電功就是電能。 (×)(2)電功與電能不同，電流做功的過程就是電能向其他形式的能量轉化的過程。 (√)(3)電功率越大，表示電流做功越多。 (×)(4)焦耳定律的表達式為Q＝I2Rt，此式適用于任何電路。 (√)(5)三個公式P＝UI、P＝I2R、P＝沒有任何區(qū)別，它們表達相同的意義，所示P即是電功率。????????????? (×)2．通過電阻R的電流為I時，在時間t內產生的熱量為Q；若電阻為2R，電流為時，則在時間t內產生的熱量為(　　)A．4Q　　　B．2Q　　　C．　　　D．C　[由電熱公式Q＝I2Rt可得Q′＝·2Rt＝I2Rt＝，故選項C正確。]3．把六個相同的小燈泡接成如圖甲、乙所示的電路，調節(jié)變阻器使燈泡正常發(fā)光，甲、乙兩電路所消耗的總功率分別用P甲和P乙表示，則下列結論中正確的是(　　)甲　　　　　　　　乙A．P甲＝P乙　　B．P甲＝3P乙　　C．P乙＝3P甲　　D．P乙>3P甲B　[設每個燈泡正常工作時的電流為I，則甲圖中電路的總電流為3I，P甲＝12 V×3I，乙圖中電路的總電流為I，P乙＝12 V×I，故有P甲＝3P乙，B正確。] 串、并聯(lián)電路中電功率的計算1．串聯(lián)電路功率關系(1)各部分電路電流I相同，根據(jù)P＝I2R，各電阻上的電功率與電阻成正比。(2)總功率P總＝UI＝(U1＋U2＋…＋Un)I＝P1＋P2＋…＋Pn。2．并聯(lián)電路功率關系(1)各支路電壓相同，根據(jù)P＝，各支路電阻上的電功率與電阻成反比。(2)總功率P總＝UI＝U(I1＋I2＋…＋In)＝P1＋P2＋…＋Pn。3．結論無論是串聯(lián)電路還是并聯(lián)電路，電路消耗的總功率均等于各負載消耗的功率之和。【例1】　有額定電壓都是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，兩盞電燈均能正常發(fā)光，那么電路中消耗功率最小的電路是(　　)　　A　　　　 　　　B　　　　   　　C　　　    　　　D思路點撥：(1)電路的總功率等于各用電器消耗的功率之和。(2)串聯(lián)電路中，功率與電阻成正比；并聯(lián)電路中，功率與電阻成反比。C　[若要兩燈均正常發(fā)光，亦即每燈的電壓均為110 V，對A電路，因為RA＜RB，所以UA＜UB，即UB＞110 V，B燈將被燒壞；對B電路，UB＞U并，B燈將被燒壞；對C電路，RA可能等于B燈與變阻器并聯(lián)后的電阻，所以UA可能等于UB，等于110 V，兩燈可能正常發(fā)光，且電路消耗總功率為200 W；對D電路，變阻器電阻可能等于兩燈并聯(lián)后總電阻，可能有UA＝UB＝U并＝110 V，兩燈可能正常發(fā)光，且電路中消耗總功率為280 W。綜上可知，C正確。]功率求解的技巧(1)在純電阻電路中，比較用電器的電功率時，要根據(jù)已知條件靈活選用公式，如用電器電流相同時，用P＝I2R比較，若電壓相同時用P＝比較，若電阻相同時，可根據(jù)I或U的關系比較。(2)求解串、并聯(lián)電路中的功率分配問題，比例法求解會使問題簡化，但一定要明確是正比還是反比關系。(3)當求解用電器的功率時，要明確求解的是什么功率。實際功率與額定功率不一定相等。 1．如圖所示，一個電阻R和一個燈泡L串聯(lián)接在電壓恒為U的電源上，電路中的電流為I。電阻兩端的電壓為U1，電功率為P1；燈泡兩端的電壓為U2，電功率為P2，則下列關系式正確的是(　　)A．P1＝UI　 B．P2＝U2RC．U2＝U－IR D．U1＝U－IRC　[電阻的功率P1＝U1I，A錯誤；P2＝U2I，B錯誤；U2＝U－U1＝U－IR，C正確，D錯誤。]  純電阻電路和非純電阻電路1．純電阻電路和非純電阻電路的比較 純電阻電路非純電阻電路元件特點電路中只有電阻元件除電阻外還包括能把電能轉化為其他形式能的用電器歐姆定律服從歐姆定律不服從歐姆定律能量轉化電流做功全部轉化為電熱電流做功除轉化為內能外還要轉化為其他形式的能元件舉例電阻、電爐、白熾燈等電動機、電解槽等2．電功與電熱的區(qū)別與聯(lián)系(1)純電阻電路W＝Q＝UIt＝I2Rt＝t；P電＝P熱＝UI＝I2R＝。(2)非純電阻電路電功W＝UIt，電熱 Q＝I2Rt，W＞Q；電功率P電＝UI，熱功率P熱＝I2R，P電＞P熱。3．電動機的功率和效率(1)電動機的總功率(輸入功率)：P總＝UI。(2)電動機發(fā)熱的功率：P熱＝I2r。(3)電動機的輸出功率(機械功率)：P機＝P總－P熱＝UI－I2r。(4)電動機的效率：η＝×100%。【例2】　在研究微型電動機的性能時，可采用如圖所示的實驗電路。當調節(jié)滑動變阻器R使電動機停止轉動時，電流表和電壓表的示數(shù)分別為0.5 A和 1.0 V；重新調節(jié)R使電動機恢復正常運轉時，電流表和電壓表的示數(shù)分別為2.0 A和15.0 V。求這臺電動機正常運轉時的輸出功率和電動機的線圈電阻。思路點撥：(1)電動機停止轉動，電路為純電阻電路。(2)電動機正常運轉，電路為非純電阻電路。[解析]　當電流表和電壓表的示數(shù)為0.5 A和1.0 V時，電動機停止工作，電動機中只有電動機的內阻消耗電能，其阻值r＝＝ Ω＝2 Ω當電動機正常工作時，電流表、電壓表示數(shù)分別為2.0 A 和15.0 V，則電動機的總功率P總＝U2I2＝15.0×2.0 W＝30.0 W線圈電阻的熱功率P熱＝Ir＝2.02×2 W＝8.0 W所以電動機的輸出功率P輸出＝P總－P熱＝30.0 W－8.0 W＝22.0 W。[答案]　22.0 W　2 Ω上例中，若電動機以v＝1 m/s勻速豎直向上提升重物，該重物的質量為多少？(g＝10 m/s2)提示：P出＝mgv，則m＝＝2.2 kg。電動機電路的分析與計算2．規(guī)格為“220 V　36 W”的排氣扇，線圈電阻為40 Ω，(1)接上220 V的電壓后，求排氣扇轉化為機械能的功率和發(fā)熱的功率；(2)如果接上220 V的電壓后，扇葉被卡住，不能轉動，求電動機消耗的功率和發(fā)熱的功率。[解析]　(1)排氣扇在220 V的電壓下正常工作時的電流為，I＝＝ A≈0.16 A，發(fā)熱功率為P熱＝I2R＝(0.16)2×40 W≈1 W。轉化為機械能的功率為P機＝P電－P熱＝36 W－1 W＝35 W。(2)扇葉被卡住不能轉動后， 電動機成為純電阻電路，電流做功全部轉化為熱能，此時電動機中電流為I′＝＝ A＝5.5 A，電動機消耗的功率即發(fā)熱功率為P電′＝P熱′＝UI′＝220×5.5 W＝1 210 W。[答案]　(1)35 W　1 W　(2)1 210 W　1 210 W課 堂 小 結知 識 脈 絡1.對電功、電功率、電熱及熱功率的理解與計算。2．串、并聯(lián)電路的功率分析與計算。3．對純電阻電路與非純電阻電路的比較。1．下列關于電功、電功率和焦耳定律的說法錯誤的是(　　)A．電功率越大，電流做功越快，電路中產生的焦耳熱一定越多B．W＝UIt適用于任何電路，而W＝I2Rt＝t只適用于純電阻電路C．在非純電阻電路中，UI>I2RD．焦耳熱Q＝I2Rt適用于任何電路A　[電功率公式為P＝，功率越大，表示電流做功越快。對于一段電路，有P＝IU，I＝，焦耳熱Q＝Rt，可見Q與P、U、t都有關。所以，P越大，Q不一定越大，A錯誤。W＝UIt是電功的定義式，適用于任何電路，而I＝只適用于純電阻電路，B正確。在非純電阻電路中，電流做的功＝焦耳熱＋其他形式的能，所以W>Q，即UI>I2R，C正確。Q＝I2Rt是焦耳熱的定義式，適用于任何電路中產生的焦耳熱，D正確。]2．如圖所示，一幢居民樓里住著生活水平各不相同的24戶居民，所以整幢居民樓里有各種不同的電器，例如電爐、電視機、微波爐、電腦等。停電時，用歐姆表測得A、B間電阻為R；供電后，各家電器同時使用，測得A、B間電壓為U，進線電流為I，則計算該幢居民樓用電的總功率可以用的公式是  (　　)A．P＝I2R　　　B．P＝　　C．P＝IU　　D．P＝I2R＋C　[家用電器中有純電阻也有非純電阻，故總電功率只能用P＝UI來計算，C正確。]3．如圖所示，電路兩端的電壓U保持不變，電阻R1、R2、R3消耗的電功率一樣大，則R1∶R2∶R3是(　　)A．1∶1∶1　　B．4∶1∶1　　C．1∶4∶4　　D．1∶2∶2C　[對R2、R3，由P＝，U2＝U3知，R2∶R3＝1∶1，對R1、R2，由P＝I2R，I1＝2I2知，R1∶R2＝I∶I＝1∶4，C正確。]4．有一個電風扇，標有“220 V　50 W”，某電動機線圈的電阻為0.4 Ω，把它接入220 V的電路中，以下幾種計算時間t內產生熱量的方法中正確的是(　　)A．Q＝ B．Q＝PtC．Q＝·Rt D．以上三種方法均正確C　[通過電風扇的電流為I＝，因為電風扇不是純電阻電路，所以其焦耳熱為Q＝·Rt，而不應該是Q＝或Q＝Pt，C正確。] 

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1 電路中的能量轉化

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