必修 第三册第一节 电路中的能量导学案

这是一份必修 第三册第一节 电路中的能量导学案，共20页。
知识点一 电功和电功率
1．电功
(1)实质：导体中的恒定电场对自由电荷的静电力在做功。
(2)公式：W＝UIt。
(3)国际单位：焦耳，符号为J。
(4)意义：电功是电能转化为其他形式的能的量度。
2．电功率
(1)定义：电流做的功与完成这些功所用时间之比。
(2)公式：P＝Wt＝UI。
(3)单位：瓦特，符号：W。
(4)物理意义：表示电流做功的快慢。
计算电功率的普遍公式P＝Wt(比值定义法)和P＝UI，对于纯电阻电路，计算电功率还可以用公式P＝I2R和P＝U2R。
知识点二 焦耳定律
1．焦耳定律
(1)内容：电流通过导体产生的热量与电流的二次方成正比，与导体的电阻及通电时间成正比。
(2)表达式：Q＝I2Rt。
2．热功率
(1)定义：单位时间内的发热量称为热功率。
(2)表达式：P＝I2R。
(3)物理意义：表示电流发热快慢的物理量。
知识点三 闭合电路中的能量
1．电源提供的电功率为EI。
2．外电路上消耗的电功率为U外I。
3．内电路上消耗的电功率为U内I。
4．闭合电路中的功率关系：EI＝U外I＋U内I。
思考辨析(正确的画“√”，错误的画“×”)
(1)电功率越大，电流做功一定越快。(√)
(2)任何电路都有W＝Q，即UIt＝I2Rt。(×)
(3)纯电阻电路中电源的输出功率随外电阻R的增大而增大。(×)
(4)纯电阻电路中，电源的输出功率最大时，电源的效率也最高。(×)
电风扇接上电源后，电风扇转动起来，电风扇消耗的电功率与机械功率与热功率关系怎样？是纯电阻电路还是非纯电阻电路？
[提示] 电功率等于机械功率与热功率之和，是非纯电阻电路。
电功和电功率 电热和热功率
1．对电功的理解
(1)从力的角度看，电流做功的实质是电场力对自由电荷做功。
(2)从能的角度看，电流做功过程是电能转化为其他形式的能的过程，电功的大小度量了电能的减少量，标志着电能转化为其他形式的能的多少。
(3)电功W＝UIt＝qU对任何电路都适用。
2．对电功率的理解
(1)电功率P＝Wt＝UI对任何电路都适用。
(2)额定功率和实际功率
①额定功率：用电器正常工作所消耗的功率。
②实际功率：用电器在实际电压下电流做功的功率。
3．电热和热功率
(1)电热的计算公式为Q＝I2Rt。
(2)热功率的计算公式为P热＝I2R。
【典例1】 (多选)有一内阻为4.4Ω的直流电动机和一盏标有“110V 60W”的灯泡串联后接在电压为220V的直流电源两端，灯泡正常发光，则( )
A．直流电动机消耗的电功率为120W
B．直流电动机的发热功率为60W
C．直流电动机消耗的电功率为60W
D．电路消耗的总功率为120W
思路点拨：(1)流过电动机和灯泡的电流相等。
(2)根据公式P＝UI和P＝I2r计算电功率和热功率。
CD [“灯泡正常发光”说明灯泡的实际电压为110V，电流I＝60110A＝611A，电动机两端的电压为110V，电动机消耗的电功率为110V×611A＝60W，选项A错误，C正确；直流电动机的发热功率为6112×4.4W≈1.3W，选项B错误；电路消耗的总功率为611×220W＝120W，选项D正确。]
四个电学公式的适用范围
(1)电功W＝UIt＝qU普遍适用。
(2)I＝qt为电流的定义式，普遍适用。
(3)I＝UR只适用于纯电阻电路。
(4)电热Q＝I2Rt普遍适用。
[跟进训练]
1．如图甲所示，用充电宝为一手机电池充电，其等效电路如图乙所示。在充电开始后的一段时间t内，充电宝的输出电压U、输出电流I可认为是恒定不变的，设手机电池的内阻为r，则时间t内( )
A．充电宝输出的电功率为UI＋I2r
B．充电宝产生的热功率为I2r
C．手机电池产生的焦耳热为U2rt
D．手机电池储存的化学能为UIt－I2rt
D [充电宝的输出电压U、输出电流I，所以充电宝输出的电功率为P＝UI，A错误；手机电池充电电流为I，所以手机电池产生的热功率为Pr＝I2r，而充电宝的热功率应为充电宝的总功率减去输出功率，根据题目信息无法求解，B、C错误；输出的电能一部分转化为手机电池储存的化学能，一部分转化为电池的热能，故根据能量守恒定律可知手机电池储存的化学能为W＝UIt－I2rt，D正确。]
纯电阻电路和非纯电阻电路
纯电阻电路和非纯电阻电路的比较
【典例2】 小明准备参加玩具赛车比赛，他想通过实验挑选一只能量转换效率较高的电动机，实验时他先用手捏住电动机的转轴，使其不转动，然后放手，让电动机正常转动，分别将2次实验的有关数据记录在表格中。
请问：
(1)这只电动机线圈的电阻为多少？
(2)当电动机正常工作时，转化为机械能的功率是多少？
(3)当电动机正常工作1分钟时，电动机消耗的电能是多少？
(4)该玩具电动机正常工作时，电能转化为机械能的效率是多少？
思路点拨：
[解析] (1)电动机不转动时，是纯电阻电路，根据欧姆定律得
R＝URIR＝0.20.4Ω＝0.5Ω。
(2)当电动机正常工作时
P机＝UI－I2R＝(2×1－12×0.5)W＝1.5W。
(3)当电动机正常工作1分钟时，电动机消耗的电能
E＝UIt＝2×1×60J＝120J。
(4)电能转化为机械能的效率
η＝P机P总×100%＝1.52×100%＝75%。
[答案] (1)0.5Ω (2)1.5W (3)120J (4)75%
电动机电路的分析与计算
[跟进训练]
2．如图所示，定值电阻R和内阻为r的电动机M串联接到电路中，接通开关后，电动机正常工作，设电阻R和电动机M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，产生热量Q1，电流流过电动机做功W2，产生热量Q2，则有( )
A．U1R＝U2r
B．U1RIr，联立得U1R