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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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.