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    5.1电路中的能量 学案-2021年粤教版(新教材)物理必修第三册

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    5.1电路中的能量 学案-2021年粤教版(新教材)物理必修第三册

    1、第一节第一节 电路中的能量电路中的能量 学习目标 1.理解电功、 电功率、 热功率的概念, 知道它们的区别与联系.2.会分析纯电阻与非纯电阻电路, 并能进行有关计算.3.知道闭合电路中的能量转化关系 一、电功和电功率 1电功 (1)定义:电路中电场力对自由电荷所做的功称为电功,电功的大小等于被消耗的电能 (2)公式:WUIt. 单位:焦耳,符号为 J. 常用的单位:千瓦时(kW h),也称“度”,1 kW h3.6106 J. 2电功率 (1)定义:电流做功与完成这些功所用时间之比 (2)公式:PW t UI. (3)单位:瓦特,符号为 W. 二、焦耳定律 1焦耳定律 (1)内容:电流通过导体

    2、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:QI2Rt. 2热功率 (1)定义:一段电路因发热而消耗的功率称为热功率 (2)公式:PI2R. 三、闭合电路中的能量 1电源提供的总功率 P总EI. 外电路上消耗的电功率 P外U外I. 内电路上消耗的电功率 P内U内I. 2闭合电路中的能量转化 EIU外IU内I. 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 WUIt 可以用来计算所有电路中电流所做的功( ) (3)电热 QI2Rt 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

    3、化为线圈内阻上的电热( ) (5)EIU外IU内I 说明在闭合电路中的能量转化遵守能量守恒定律( ) 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I 2,则在时间 t 内产生的热 量为 答案 Q 2 解析 电阻变为原来的 2 倍,电流变为原来的1 2,时间不变,Q I 2 2 2R t1 2I 2RtQ 2. 一、电功和电热的理解 导学探究 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 知识深化 1电功和电功率 WUIt 是电功的计算式,PUI 是电功

    4、率的计算式,适用于任何电路 2电热和热功率 QI2Rt 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: 电功和电热相等,WQUItU 2 R tI2Rt; 电功率和热功率相等,P电P热UII2RU 2 R ; 欧姆定律成立:由 UItI2Rt 得:IU R. (2)在非纯电阻电路中: 电功大于电热,WQW其他,电功只能用 WUIt 计算,电功率只能用 PUI 计算; 电热只能用 QI2Rt 计算,热功率只能用 PI2R 计算; 欧姆定律不成立,由 UItI2Rt 得:UIR. (多选)对电功及焦耳定律公式的理解正确的

    5、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 WUIt、焦耳定律公式 QI2Rt 都适合于任何电路,因此 W 一定等于 Q C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 WU 2 R t 只适用于纯电阻电路 答案 AD 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;WU 2 R t 只适用于纯电阻电路,D 正确 二、纯电阻电路中功率的分配与计算 1在纯电阻电路中,由于 WQ,IU R,所以有 PUII 2RU 2 R . 2串、并联电路中的功

    6、率关系 串联电路 并联电路 功率分配 P1 P2 R1 R2 P1 P2 R2 R1 总功率 PP1P2Pn PP1P2Pn 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 (2020 广州市模拟)定值电阻 R1、R2、R3的阻值均为 2 ,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 1 所示的方式连接,则这部分电路消耗的电功率的最大值 为( ) 图 1 A22 W B12 W C15 W D16 W 答案 B 解析

    7、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 PU 2 R 可知,R2与 R3所消耗的功率一样已知 R2与 R3本身允许的最大功率分别是 10 W 和 2 W,所以 R2、R3在该电路中消耗的最大功率都是 2 W,否则会超过 R3的最大功率再分析 R1在电路中允许消耗的最 大功率,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所消耗功率之比为 P1 P R1 R2,则 R1 消耗的功率为 P12P24 W8 WI2R D焦耳热 QI2Rt 适用于任何电路 答案

    8、BCD 解析 电功率公式 PW t ,表示电功率越大,电流做功越快;对于一段电路,有 PIU,则 IP U,焦耳热 Q (P U) 2Rt,可见Q 与P、U、t、R 都有关,所以P 越大,Q 不一定越大,A 错误 WUIt 是电功的定义式,适用于任何电路,而 IU R、WI 2RtU 2 R t 只适用于纯电阻电路,B 正确 在非纯电阻电路中,WQW其他,所以 WQ,故 UII2R,C 正确 QI2Rt 是焦耳热的定义式,适用于任何电路,D 正确 2.(纯电阻电路)在如图 3 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”

    9、字样,把电路接通后,最暗的是( ) 图 3 AL1 BL2 CL3 DL4 答案 C 解析 由题意可知,L1、L2的电阻相等,L3、L4的电阻相等由公式 PU 2 R 可知,L1和 L2的电阻小于 L3 和 L4的电阻设 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 PI2R 得到,P1P2;同理,P4P3,P4P1.L2 和 L3的电压相等,由公式 PU 2 R 可知,P2P3.故 P4P1P2P3,所以 L3最暗,选 C. 3 (纯电阻电路)(多选)标有“6 V 6 W”和“6 V 3 W”的灯泡 L1和 L

    10、2串联接在某电源上, 设灯丝电阻不 变,则( ) A通过灯泡 L1、L2的电流之比为 21 B灯泡 L1、L2的实际功率之比为 12 C电源电压为 12 V 时,灯泡 L1、L2均正常发光 D电源电压为 9 V 时,灯泡 L2正常发光 答案 BD 解析 L1和 L2串联接在电路中,电流相等L1的电阻 R1U 额2 P额16 ,L2 的电阻 R2U 额2 P额212 ,电阻之比 为 R1R212, 所以分压关系 U1U212, 通过两灯的电流相等, 所以实际功率之比 P1P2I2R1I2R2 R1R212,A 错误,B 正确;电源电压为 12 V 时,U14 V,U28 V,灯泡 L1、L2均不

    11、能正常 发光,C 错误;电源电压为 9 V 时,U13 V,U26 V,灯泡 L2正常发光,D 正确 4.(非纯电阻电路)如图 4 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( ) 图 4 AIU r BPUII2r CP热U 2 r DP出UII2r 答案 D 解析 电动机为非纯电阻用电器,电动机中通过的电流为 IU r ,它消耗的电能一部分转化成机械能,一部分 自身发热,线圈电阻的发热功率 P热I2r,电动机消耗的电功率 PIU,所以根据能量守恒可得 P出UI I2r. 5.(闭合电路中的功率)如图 5 所示,电源电动势为 10 V,内阻为 2 ,电阻 R1、R2的阻值分别为 R14 , R28 ,闭合 S,灯泡 L(4 V,2 W)正常发光求电源的总功率和内电阻消耗的功率 图 5 答案 10 W 2 W 解析 灯泡 L 的电阻 RLUL 2 P 4 2 2 8 R2与 RL的并联电阻 R并 R2RL R2RL4 电路中的总电流 I2IL2 P UL1 A 所以电源的总功率 P总IE110 W10 W 电源内电阻消耗的功率 PrI2r122 W2 W.


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