高中物理人教版 (2019)必修 第三册1 电路中的能量转化完美版课件ppt

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高中物理新教材特点分析
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第十二章　电能　能量守恒定律
1.理解电功、电功率、电热、热功率的概念，知道它们的区 别与联系.2.知道纯电阻电路与非纯电阻电路的特点和区别，理解两种 电路的能量转化关系.
SHULIJIAOCAI　 HANGSHIJICHU
一、电功和电功率1.电功(1)电流做功的实质是，导体中的恒定电场对自由电荷的　　　在做功.电能转化为其他形式的能，是通过　　　　来实现的.(2)电功的计算公式：W＝　　.单位：　　，符号为　.常用的单位：千瓦时(kW·h)，也称“　”，1 kW·h＝　　　　 J.
2.电功率(1)定义：电流在一段电路中所做的功与通电　　之比.(2)公式：P＝ ＝　　.(3)单位：　　，符号为　 .(4)意义：表示电流做功的　　.
二、焦耳定律1.焦耳定律(1)内容：电流通过导体产生的热量跟　　　　　　成正比，跟导体的　　及　　　　成正比.(2)表达式：Q＝　　.2.热功率(1)定义：　　　　内的发热量称为热功率.(2)公式：P热＝I2R.
三、电路中的能量转化1.电动机消耗的功率P电＝ .2.电动机线圈电阻上的热功率P热＝I2R.3.电动机输出功率P机＝UI－I2R.
1.判断下列说法的正误.(1)电功率越大，表示电流做功越多.(　　)(2)电功W＝UIt可以用来计算所有电路中电流所做的功.(　　)(3)电热Q＝I2Rt可以用来计算所有含有电阻的电路中产生的焦耳热.(　　)(4)电动机消耗的电能，一部分转化为机械能，一部分转化为线圈内阻上的电热.(　　)(5)三个公式P＝UI、P＝I2R、P＝ 没有任何区别，它们表达相同的意义，所以三式中P都是电功率.(　　)
2.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2R，电流为 ，则在时间t内产生的热量为____.
TANJIUZHONGDIAN　 TISHENGSUYANG
电吹风工作时，将电能转化为什么能？电熨斗工作时，将电能转化为什么能？
答案　电吹风工作时，将电能转化为内能和机械能.电熨斗工作时，将电能转化为内能.
1.电功和电功率W＝UIt是电功的计算式，P＝UI是电功率的计算式，适用于任何电路.2.电热和热功率Q＝I2Rt是电热的计算式，P热＝I2R是热功率的计算式，可以计算任何电路产生的电热和热功率.3.电功和电热的关系(1)在纯电阻电路中：
(2)在非纯电阻电路中：①电功大于电热，W＝Q＋W其他，电功只能用W＝UIt计算，电功率只能用P＝UI计算；②电热只能用Q＝I2Rt计算，热功率只能用P＝I2R计算；③欧姆定律不成立，由UIt>I2Rt得：U>IR.
例1　(多选)对电功及焦耳定律公式的理解正确的是A.焦耳定律适用于一切电路的焦耳热的求解B.电功公式W＝UIt、焦耳定律公式Q＝I2Rt都适合于任何电路，因此W一　定等于QC.非纯电阻电路中的电功可能等于焦耳热D.电功的另一表达式W＝ 　只适用于纯电阻电路
解析　任何电路的焦耳热都可用焦耳定律求解，A正确；B选项中的两个公式均适合于任何电路，但W不一定等于Q，B错误；非纯电阻电路中的电功一定大于焦耳热，C错误；
例2　如图1所示，一幢居民楼里住着生活需求各不相同的24户居民，所以整幢居民楼里有各种不同的电器，例如电炉、电视机、微波炉、电风扇等.停电时，用欧姆表测得A、B间电阻为R；供电后，各家电器同时使用，测得A、B间电压为U，进线电流为I，则计算该幢居民楼用电的总功率可以用的公式是
解析　家用电器中有纯电阻也有非纯电阻，故总电功率只能用P＝UI来计算，C正确.
二、纯电阻电路中功率的分配与计算
2.串、并联电路中的功率关系
3.额定功率和实际功率(1)用电器正常工作时所消耗的电功率叫作额定功率.当实际电压达到额定电压时，实际功率等于额定功率.(2)为了用电器不被烧毁，实际功率不能大于额定功率.
例3　(2020·广州市模拟)定值电阻R1、R2、R3的阻值均为2 Ω，在电路中允许消耗的电功率的最大值分别为10 W、10 W、2 W，现将这三个电阻按照如图2所示的方式连接，则这部分电路消耗的电功率的最大值为
A.22 W B.12 W C.15 W D.16 W
解析　首先分析两个并联电阻R2、R3所允许消耗的最大功率，因为R2与R3并联，则两端电压相等，由公式P＝ 可知，R2与R3所消耗的电功率一样.
已知R2与R3本身允许的最大电功率分别是10 W和2 W，所以R2、R3在该电路中消耗的最大电功率都是2 W，否则会超过R3的最大电功率.再分析R1在电路中允许消耗的最大电功率，把R2与R3看成一个并联电阻R′，则电路就是R1与R′串联，而串联电路电流处处相等，再由P＝I2R知，R1与R′所消耗的电功率之比为 ＝2，则R1消耗的电功率为2×4 W＝8 W3P乙C.P乙＝3P甲 D.P乙>3P甲
解析　设灯泡正常发光时的电流为I，题图甲中，电路的总电流为3I，则P甲＝U·3I，题图乙中，电路的总电流为I，则P乙＝U·I，所以P甲＝3P乙，选项A正确.
三、非纯电阻电路功率的分析与计算
1.电动机的功率和效率(1)电动机的输入功率是电动机消耗的总功率，P电＝UI.(2)电动机的热功率是线圈上电阻的发热功率，P热＝I2R.(3)电动机的输出功率是电动机将电能转化为机械能的功率P出＝P机.三者关系为：P电＝P热＋P机
2.串、并联电路的总功率(1)串联电路：P总＝U总I＝(U1＋U2＋U3＋…＋Un)I＝P1＋P2＋P3＋…＋Pn(2)并联电路：P总＝UI总＝U(I1＋I2＋I3＋…＋In)＝P1＋P2＋P3＋…＋Pn从能量转化的角度看，无论是串联电路还是并联电路，无论是纯电阻电路还是非纯电阻电路，电路消耗的总功率均等于电路中各部分消耗的功率之和.
例4　(2020·九江一中月考)有一个直流电动机，把它接入0.2 V电压的电路时，电动机不转，测得流过电动机的电流是0.4 A；把它接入2 V电压的电路中，电动机正常工作，工作电流是1 A.(1)求这台电动机的内阻；答案　0.5 Ω
解析　电动机不转时电路为纯电阻电路，由欧姆定律可知电动机线圈的内阻r＝ ＝0.5 Ω
(2)求电动机正常工作时的输出功率；答案　1.5 W
解析　电动机正常工作时电路为非纯电阻电路，消耗的总功率P总＝UI＝2×1 W＝2 W线圈内阻的热功率P热＝I2r＝12×0.5 W＝0.5 W则电动机正常工作时的输出功率P出＝P总－P热＝2 W－0.5 W＝1.5 W
(3)如在正常工作时，转子突然被卡住，此时电动机的发热功率为多大？答案　8 W
解析　电动机的转子突然被卡住时，此时电路为纯电阻电路，发热功率P＝ ＝8 W.
例5　小型直流电动机(其线圈内阻为r＝1 Ω)与规格为“4 V　4 W”的小灯泡并联，再与阻值为R＝5 Ω的电阻串联，然后接至U＝12 V的电源上，如图4所示，小灯泡恰好正常发光，电动机正常工作，求：
(1)通过电动机的电流；
通过电动机的电流I＝IR－IL＝0.6 A.
(2)电动机的输出功率P出；
解析　电动机消耗的总功率P＝ULI＝4×0.6 W＝2.4 W电动机线圈内阻的热功率P热＝I2r＝(0.6)2×1 W＝0.36 W电动机的输出功率P出＝P－P热＝2.4 W－0.36 W＝2.04 W
KE SHI DUI DIAN LIAN
考点一　电功和电热的理解1.(多选)下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法中正确的是A.电功率越大，电流做功越快，电路中产生的焦耳热一定越多B.W＝UIt适用于任何电路，而W＝I2Rt＝ t只适用于纯电阻电路C.在非纯电阻电路中，UI>I2RD.焦耳热Q＝I2Rt适用于任何电路
在非纯电阻电路中，W＝Q＋W其他，所以W>Q，故UI>I2R，C正确.Q＝I2Rt是焦耳热的定义式，适用于任何电路，D正确.
2.室内有几种家庭常用电器：1.5 kW的电饭煲、200 W的电冰箱、750 W的取暖器、250 W的电视机和2 kW的空调器.如果进线处有13 A的保险丝，供电电压为220 V，下列情况下不能同时使用的是A.电饭煲和电冰箱B.取暖器和空调器C.电饭煲和空调器D.电冰箱、电视机和空调器
解析　电路中允许的最大功率为Pm＝UI＝2 860 W.用电器的功率之和大于Pm时，用电器就不可以同时使用，故选C.
考点二　纯电阻电路的分析及计算3.如图1所示为某两个电阻的U－I图像，则电阻之比R1∶R2和把两电阻串联后接入电路时消耗功率之比P1∶P2及并联后接入电路时消耗功率之比P1′∶P2′分别是A.2∶1　2∶1　1∶2B.2∶1　1∶2　2∶1C.1∶2　1∶2　2∶1D.1∶2　2∶1　1∶2
4.额定电压均为110 V，额定功率PA＝100 W，PB＝40 W的A、B两盏灯泡，若接在电压为220 V的电路上，使两盏灯泡均能正常发光，且消耗功率最小的电路是
对于A电路，由于RA＜RB，所以UB＞UA，UB＋UA＝220 V，则UB＞110 V，B灯被烧毁，UA＜110 V，A灯不能正常发光；对于B电路，由于RB＞RA，A灯与滑动变阻器并联，并联电阻小于RB，所以UB＞U并，则UB＞110 V，B灯被烧毁，A灯不能正常发光；对于C电路，B灯与滑动变阻器并联，并联电阻可能等于RA，所以可能UA＝UB＝110 V，两灯可以正常发光；
对于D电路，若滑动变阻器的有效电阻等于A灯、B灯的并联电阻，则UA＝UB＝110 V，两灯可以正常发光.比较C、D两个电路，当灯A、B均正常发光时，由于C电路中滑动变阻器功率为(IA－IB)×110 V，而D电路中滑动变阻器功率为(IA＋IB)×110 V，所以C电路消耗电功率最小，综上所述，C正确.
5.(2020·河北黄骅中学高二检测)如图2所示是饮水机的工作电路简化图，S是温控开关，当水温升高到一定温度时，它会自动切换，使饮水机处于保温状态；R0是饮水机加热管电阻，R是与加热管串联的电阻.表格是从其说明书中摘录的一些技术数据.不考虑R0、R的电阻受温度变化的影响，表中的功率均指加热管的功率.当S闭合时，饮水机的工作状态和R0的阻值是
A.加热，88 Ω B.加热，220 ΩC.保温，88 Ω D.保温，220 Ω
解析　由电功率公式P＝ 可知，电压不变的条件下，电阻越小功率越大.电源电压不变，当S闭合时，电阻R被短路，只有R0接在电路中，电路中的电阻变小，总功率变大，因而开关S闭合时是加热状态.
考点三　非纯电阻电路的分析与计算6.如图3所示，直流电动机M的线圈电阻为r，接入电压恒为U的电源时，电动机正常工作，此时电动机中通过的电流为I、消耗的电功率为P、线圈电阻的发热功率为P热、输出的机械功率为P出.则下列关系式正确的是
7.如图4所示，有一内电阻为4.4 Ω的电解槽和一盏标有“110 V　60 W”的灯泡串联后接在电压为220 V的直流电路两端，灯泡正常发光，则A.电解槽消耗的电功率为120 WB.电解槽的发热功率为60 WC.电解槽消耗的电功率为60 WD.整个电路消耗的总功率为60 W
解析　灯泡正常发光，说明电解槽和灯泡均分得110 V电压，且由于电解槽和灯泡串联，它们的电流相等，所以有I＝I灯＝ A，则电解槽消耗的电功率P＝P灯＝60 W，A错误，C正确；电解槽的发热功率P热＝I2R内≈1.3 W，B错误；整个电路消耗的总功率P总＝220× W＝120 W，D错误.
8.(2020·吉林榆树一中期中)在如图5所示的电路中，输入电压U恒为8 V，灯泡L标有“3 V　6 W”字样，电动机线圈的电阻RM＝0.5 Ω.若灯泡恰能正常发光，下列说法正确的是A.电动机的输入电压是8 VB.流过电动机的电流是10 AC.电动机的效率是80%D.整个电路消耗的电功率是10 W
解析　电动机的输入电压U1＝U－UL＝8 V－3 V＝5 V，故A错误；
整个电路消耗的电功率P总＝UI＝8×2 W＝16 W，故D错误.
9.在如图6所示的电路中，有四盏灯，L1和L2都标有“220 V　100 W”字样，L3和L4都标有“220 V　40 W”字样，把电路接通后，最暗的是A.L1 D.L4
设L1、L2、L3、L4实际消耗的功率分别为P1、P2、P3、P4.由题图可知，通过L1的电流大于通过L2的电流，由公式P＝I2R得到，P1>P2.同理，P4＞P3，P4＞P1.
故P4＞P1>P2>P3，所以L3最暗.
10.(多选)(2020·广西高二期末)国庆期间小明去逛超市，遇促销打折买了一个电吹风，电吹风的使用说明书上给出了如表所示的参数及图7所示电路图.
下列说法正确的是A.该电吹风发热电阻R的阻值约为64.5 ΩB.该电吹风电动机M的内阻为193.6 ΩC.当开关S1断开、S2闭合时，电吹风吹冷风D.当开关S1、S2均闭合时，电动机每秒消耗的电能为1 000 J
由题图可知当开关S1断开、S2闭合时，发热电阻断路，电吹风吹冷风，故C正确；当开关S1、S2均闭合时，电动机正常工作，功率仍然为250 W，故电动机每秒消耗的电能为W＝PMt＝250×1 J＝250 J，故D错误.
11.如图8所示，M为电动机，N为电炉，电炉的电阻R＝4 Ω，电动机的内阻r＝1 Ω，恒定电压U＝12 V.当S1闭合、S2断开时，理想电流表A示数为I1；当S1、S2同时闭合时，理想电流表A示数为I2＝5 A.求：(1)理想电流表的示数I1及电炉发热功率；答案　3 A　36 W
解析　电炉为纯电阻元件，由欧姆定律得：I1＝ ＝3 A其发热功率为：PR＝I12R＝32×4 W＝36 W；
(2)电动机的输出功率.答案　20 W
解析　当S1、S2同时闭合时，流过电动机的电流为：I3＝I2－I1＝2 A，电动机为非纯电阻元件，由能量守恒定律得：UI3＝P出＋I32r，代入数据解得：P出＝20 W.
12.(2020·江苏南京师大附属实验学校期中)如图9所示是利用电动机提升重物的示意图，其中D是直流电动机，P是一个质量为m的重物，它用细绳拴在电动机的轴上.闭合开关S，重物P以速度v匀速上升，这时理想电流表和理想电压表的示数分别是I＝5 A和U＝110 V，重物P上升的速度v＝0.7 m/s.已知重物的质量m＝45 kg，g取10 m/s2.求：
(1)电动机消耗的电功率P电；
解析　根据电功率表达式可知，电动机消耗的电功率为P电＝UI＝110×5 W＝550 W.
(2)细绳对重物做功的机械功率P机；
解析　以重物为研究对象，由于重物匀速上升，有F－mg＝0，P机＝Fv联立并代入数据得P机＝315 W