高中物理第3节 电功与电热教课ppt课件

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1.从能量转化的角度理解电功和电功率;理解电功和能量转化的关系。(物理观念)2.知道焦耳定律的物理意义,能运用焦耳定律推理分析并解决相关问题。(科学思维)3.理解电功和电热的区别,知道纯电阻电路和非纯电阻电路。(物理观念)
【必备知识】一、电功和电功率1.电功(1)在导体两端加上电压,导体中就会产生电场,导体中的自由电荷在电场力的作用下就会发生定向移动,在这个过程中,电场力对自由电荷做的功,称为电功。(2)公式:如果电路两端的电压是U,电流为I,在时间t内电流做的功W= Uit 。(3)电功的单位是焦耳,符号J。常用单位千瓦·时(kW·h),俗称度。1 kW·h=3.6×106 J。
2.电功率:电流做的功与所用时间之比称为电功率。用公式表示为: = UI 。单位:瓦特(W),1 W=1 J/s=1 V·A。
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。这就是焦耳定律。(2)公式:Q=I2Rt。(3)在纯电阻电路中,W=Q=UIt=I2Rt,由U=IR,可推得 。
2.纯电阻电路与非纯电阻电路(1)纯电阻电路:电流通过纯电阻电路做功时,电能全部转化为导体的电热。(2)非纯电阻电路:在非纯电阻电路中,电能除部分转化为内能外,还转化为机械能或化学能等其他形式的能。(3)纯电阻电路中:W = Q;P=P热。非纯电阻电路中:W=Q+E其他,则W > Q;P=P热+P其他,则P > P热。
三、身边的电热1.电流热效应的应用如电水壶、电饭锅、电暖器、电熨斗等都是利用电流的热效应工作的,它们的电阻丝由电阻率较大的材料制成。2.电流热效应的危害如果插头和插座之间接触不良会迸出火花。在输电线路中由于电热,电能的传输效率降低,如果通过的电流过大,散热不好,还会烧坏电线的绝缘层,引起漏电、触电等事故。
【自我检测】1.正误判断,判断结果为错误的小题请说明原因。(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)电功率越大,电流做功越快,电路中产生的焦耳热一定越多。(　　)解析 电功率公式为P=UI,功率越大,表示电流做功越快。但是电流做功的快慢只表示电能转化的快慢,转变成什么能与用电器有关,转化的多少还与时间有关。答案 ×(3)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 √
(4)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 ×(5)W=UIt适用于任何电路求电功。(　　)答案 √
2.R1和R2分别标有“2 Ω　1.0 A”和“4 Ω　0.5 A”,将它们串联后接入电路中,如图所示,则此电路中允许消耗的最大功率为(　　)A.1.5 WB.3.0 WC.5.0 WD.6.0 W解析 把R1和R2串联后,由于R2的最大电流较小,故串联后的最大电流为0.5 A,串联后的总电阻为6 Ω,所以电路的最大功率为P=I2R=0.52×6 W=1.5 W,A正确。答案 A
3.(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。答案 ABC
【情境探究】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?要点提示 由电流的定义式可得通过某截面的电荷量q=It,根据静电力做功的公式W=qU,可得W=UIt。
【知识归纳】1.对电功的理解(1)从能的角度看,电流做功的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。(2)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.对电功率的理解(1)电功率表示电流做功的快慢或用电器消耗电能的快慢。(2)公式 =UI对任何电路都适用。
3.额定功率和实际功率(1)额定功率:用电器正常工作时所消耗的功率,当用电器两端的电压达到额定电压或电流达到额定电流时,用电器达到额定功率。P额、I额、U额其中一个达到额定值,则另外两个也为额定值。(2)实际功率:用电器在实际电压下电流做功的功率,一般情况下,为保证用电器的安全,实际功率应小于或等于额定功率。
【实例引导】例1(多选)下列关于电功和电功率的说法中,正确的是(　　)A.用电器的额定功率与用电器的实际电压和实际电流有关B.电功是电能转化为其他形式能的量度C.白炽灯正常工作时,实际功率等于额定功率D.电功率越小,则电流做功越少解析 用电器的额定功率是它正常工作时的功率,其值是由用电器本身的结构决定的,与实际电流和实际电压无关,故A项错误,C项正确;功是能量转化的量度,电功是量度电能转化成其他形式能量的物理量,所以B项正确;电流做功的多少不仅与功率的大小有关,还与通电时间有关,D项错误。答案 BC
变式训练1一白炽灯泡的额定功率与额定电压分别为36 W与36 V。若把此灯泡接到输出电压为18 V的电源两端,则灯泡消耗的电功率(　　)A.等于36 WB.小于36 W,大于9 WC.等于9 WD.小于9 W
解析 白炽灯在正常工作时的电阻为R,由 变形,得R=36 Ω,当接入18 V电压时,假设灯泡的电阻也为36 Ω,则它消耗的功率为但是当灯泡两端接入18 V电压时,它的发热功率小,灯丝的温度较正常工作时的温度低,其电阻率小,所以其电阻要小于36 Ω,其实际功率要大于9 W,故B项正确。答案 B
【情境探究】(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、电解槽的其中一种,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?对于电动机的电路,消耗的电能转化为什么形式的能?要点提示 (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。内能和机械能。
【知识归纳】纯电阻电路和非纯电阻电路的比较
要点笔记 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,就要考虑是否是纯电阻电路。
【实例引导】例2规格为“220 V　36 W”的排气扇,线圈电阻为40 Ω。(1)接上220 V的电压后,求排气扇转化为机械能的功率和发热的功率。(2)如果接上220 V的电源后,扇叶被卡住,不能转动,求电动机消耗的功率和发热的功率。
解析 (1)排气扇在220 V的电压下正常工作时的电流为 =0.16 A,发热功率为P热=I2R=(0.16)2×40 W=1 W。转化为机械能的功率为P机=P-P热=36 W-1 W=35 W。(2)扇叶被卡住不能转动后,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'=220×5.5 W=1 210 W。答案 (1)35 W　1 W　(2)1 210 W　1 210 W
规律方法 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。
变式训练2如图所示,有一内阻为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.电路消耗的总功率为60 W
解析 灯泡能正常发光,说明电解槽和灯泡均分得110 V电压,且干路电流I=I灯= A,则电解槽消耗的功率P=P灯=60 W,选项A错误,选项C正确;电解槽的发热功率P热=I2R内=1.3 W,选项B错误;整个电路消耗的总功率P总=220× W=120 W,选项D错误。答案 C
1.(多选)日常生活用的电吹风中有电动机和电热丝,电动机带动风叶转动,电热丝给空气加热,得到的热风可将头发吹干。设电动机线圈的电阻为R1,它与电热丝的电阻R2相串联,接到直流电源上,电吹风机两端电压为U,通过的电流为I,消耗的电功率为P,则以下选项正确的是(　　)A.IU>PB.IU=PC.P>I2(R1+R2)D.P=I2(R1+R2)解析 电吹风机消耗的电功率即消耗的电能的功率为P=UI,大于电阻上的热功率,选项B、C正确。答案 BC