高中物理1 电路中的能量转化教课内容课件ppt

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一、 电功和电功率情景导引：如图所示,已知电路两端的电势差为U,电路中的电流为I,在t时间内通过导体某截面的电荷量是多少?把这些电荷从左端移到右端,电场力做功是多少?电流做功的功率是多少？
解：（1）由电流的定义式可得通过某截面的电荷 q=It, （2）根据静电力做功的公式W=qU可得，W=IUt。（3）由功率的公式 得P = UI
知识归纳1.对电功的理解(1)从力的角度看,电流做功的实质是静电力对自由电荷做功。(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,电功的大小量度了电能的减少量,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= W/t =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。为了使用电器不被烧毁,要求实际功率不能大于其额定功率。
3.串、并联电路中的功率关系
画龙点睛 串联电路中大电阻功率大,并联电路中小电阻功率大,无论串联与并联,总功率都是各个电阻消耗的电功率之和。
例2.正误判断。(1)电功与电能的单位都是焦耳,电功就是电能。 (　　)解析:电功是过程量,电能是状态量,两者只是单位相同,有本质的区别,电能的变化要依靠电流做功来实现,电流做功的过程就是电能向其他形式的能量转化的过程。答案:×(2)电流做功的过程就是电能向其他形式的能量转化的过程。 (　　)解析:功是能量转化的量度,电流做多少功就有多少电能转化为其他形式的能量。答案:√(3)电功率越大,表示电流做功越多。 (　　)解析:电功率表示电流做功的快慢,电功率大,表示电流做功快,但做功不一定多。答案:×(4)W=UIt适用于任何电路求电功。 (　　)答案:√
二、焦耳定律情景导引(1)某一电路中只含有某一元件,即白炽灯、电动机、电炉、电容器、电熨斗、电饭锅、电解槽其中的一种,分析哪些属于纯电阻电路,哪些属于非纯电阻电路。(2)纯电阻电路中,消耗的电能转化为什么形式的能? 非纯电阻电路中,消耗的电能转化为什么形式的能?
答案(1)纯电阻电路有:白炽灯、电炉、电熨斗、电饭锅;非纯电阻电路有:电动机、电解槽、电容器。(2)内能和其他形式的能。
1.纯电阻电路和非纯电阻电路的比较
2、电路中产生的热量Q与电功W及热功率与电功率的关系
电流通过一段有纯电阻元件构成的电路时,电能全部转化为导体的内能，即电流在这段电路中做的功W等于这段电路产生的热量Q，则 Q=W=UIt又因为是纯电阻电路，所以由欧姆定律U=IR得 Q=UIt=I2Rt(又因为是纯电阻电路，所以由欧姆定律 得Q=UIt= )综上所述，在纯电阻电路中电流通过导体产生的热量Q=W=UIt=I2Rt= 即，电流通过导体（纯电阻）产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体（纯电阻）的电阻及通电时间成正比。这个规律最初是由焦耳通过实验直接得到的，所以把它叫做焦耳定律
因为在纯电阻电路中Q=W=UIt=I2Rt=
总结：1、在纯电阻电路中电流做功全部转化为内能: W电=Q=UIt=I2Rt= t
2、纯电阻电路中,P电=P热=UI=I2R=
例4、不考虑温度对电阻的影响,对一个“220 V　40 W”的灯泡,下列说法正确的是(　　)A.接在110 V的电路上时的功率为20 WB.接在110 V的电路上时的功率为10 WC.接在440 V的电路上时的功率为160 WD.接在220 V的电路上时的功率为80 W
以电动机为例，从能量转化与守恒的角度看，电动机从电源获得能量，一部分转化为机械能，还有一部分转化为内能。即W电=Q+W机
设电动机消耗的功率为P电，电动机对外做功，输出的功率为P机，另外，电动机工作时自身也有能量损失，对应的功率为P热，它们之间满足P电=P机+P热
设电动机两端的电压为U，通过电动机线圈的电流为I，电动机线圈的电阻为R,则P电=UI,P热=I2R
总结：1、在非纯电阻电路中电流做功没有全部转化为内能:W电=UIt≠Q=I2Rt,W电=Q+W机,UIt>I2Rt, t既不能表示电功,也不能表示电热
2、在非纯电阻电路中,P电=UI≠P热=I2R,P电=P机+P热,UI>I2R, 既不能表示电功率,也不能表示热功率
总结：在纯电阻和非纯电阻电路中电功与电热的比较
画龙点睛 不管是纯电阻电路还是非纯电阻电路,计算电功时都可以用W=UIt,电功率都可以用P=UI,热量都可以用Q=I2Rt,热功率都可以用P=I2R。若用变形式时,就要考虑是否是纯电阻电路。
例5.(多选)一只电炉的电阻丝电阻和一台电动机线圈电阻相同,都为R,设通过的电流相同,则(在相同时间内)下列说法正确的是(　　)A.电炉和电动机产生的电热相等B.电动机消耗功率大于电炉消耗功率C.电炉两端电压小于电动机两端电压D.电炉和电动机两端电压相等解析:因为电热Q=I2Rt,所以当电流I、电阻R都相等时,在相同时间内产生电热也相等;电炉两端的电压U=IR,但电动机两端的电压除了发热还要工作,即U=IR+U',所以电炉两端电压小于电动机两端电压,由P=UI可知电动机消耗功率大于电炉消耗功率。
例6.(多选)下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法正确的是(　　)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
C.在非纯电阻电路中,IU>I2RD.焦耳热Q=I2Rt适用于任何电路
例7、一台电动机线圈的电阻是0.4Ω,当它两端所加的电压为220V时，通过的电流是5A，求:(1)这台电动机发热的功率与对外做功的功率？(2)如果接上220 V的电源后,电动机被卡住,不能转动,电动机消耗的功率和发热的功率。
解：（1）发热功率为P热=I2R=52×0.40W=10W。 转化为机械能的功率为: P机=P-P热=UI- I2R=1100-10 W=1090W。(2电动机被卡住不能转动后,电动机成为纯电阻用电器,电流做功全部转化为热能,此时电动机中电流为:
电动机消耗的功率即电功率等于热功率:P电'=P热'=UI'=220×550 W=1 210 00W。
画龙点睛 电动机电路的分析与计算(1)当电动机正常工作时,要注意分清电功和电热的关系,电动机消耗的电能也就是电流做的功W=UIt,电动机产生的内能必须用Q=I2Rt来求。另外,还要注意能量守恒定律的应用,即W=Q+E(E为其他形式的能)或P电=P机+P热,其中P电=UI,P热=I2R,P机为机械功率。(2)当电动机被卡住时,非纯电阻电路转变为纯电阻电路,电动机消耗的电能全部转化为电动机产生的内能,W=Q,即UIt=I2Rt。