沪科版高中物理选修3-1课件：4.4 电路中的能量转化与守恒

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1、第4章,学案4 电路中的能量转化与守恒,目标定位 1.理解电功、电功率的概念与公式并能进行相关计算. 2.理解电功和电热、电功率与热功率的区别与联系，知道纯电阻电路、非纯电阻电路中热量的计算. 3.明确闭合电路的效率与功率，会分析闭合电路电源的最大输出功率,内容索引,知识探究,达标检测,知识探究,1,一、电功和电功率,1.如图1所示，电路中电流为I，通电时间为t，那么在这段时间内通过这段电路的电荷量是多少？如果电路左、右两端的电势差是U，在电荷q从左端移到右端的过程中静电力做的功是多少？,答案,图1,It IUt,2.电流做功的“快慢”与电流做功的“多少”是否相同，两者间有何关系？,答案,不相

2、同电流做功快，但做功不一定多；电流做功慢，但做功不一定少电流做功的快慢用电功率表示，电流做功的多少用电功表示电流做功的多少与做功的时间和做功的快慢有关,1.电流做了多少功，就有多少 转化为其他形式的能，即电功等于电路中 的减少量. 2.电功的实质：电流通过一段电路所做的功，实质是 力在这段电路中所做的功. 3.电功的计算公式：W . 单位： ，符号为J. 常用单位：千瓦时(kWh)，也称“度”，1 kWh J.,电能,电能,电场,IUt,焦耳,3.6106,4.电功率： 内电流所做的功.它表示电流做功的 . 公式：P 单位： ，符号为 .,单位时间,快慢,IU,瓦特,W,例1 一根电阻丝，通过

3、2 C的电荷量所消耗的电能是8 J.若在相同的时间内通过4 C的电荷量，该电阻丝上所加电压和消耗的电能分别是 A.4 V,16 J B.8 V,16 J C.4 V,32 J D.8 V,32 J,答案,解析,设电阻丝电阻为R，开始所加电压为U1，则 W1q1U1 即82U1，故U14 V. 设后来所加电压为U2，产生的热量为W2，则,W2q2U248 J32 J.,1.某一电路中只含有某一电器元件，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.,二、焦耳定律,答案,纯电阻电路有：含白炽灯、电炉、电熨斗、电饭锅的电路；非纯电阻电

4、路有：含电动机、电解槽、电容器的电路.,2.在电流通过电炉时，能量是如何转化的？在电流通过电动机时，能量又是如何转化的？,答案,在电炉电路中，电流做的功即消耗的电能全部转化为电热，即WQ.在电动机电路中，电流做的功即消耗的电能除一部分转化为电热之外，大部分转化为机械能，即WQE其他，此时WQ.,1.焦耳定律 (1)电流通过导体时产生的热量跟 成正比，跟导体的 及 成正比. (2)公式：Q . 2.热功率 (1)单位时间内电流通过导体发出的热叫做热功率.,电流的平方,电阻,通电时间,I2Rt,I2R,4.非纯电阻电路：含有 或 的电路称为非纯电阻电路.在非纯电阻电路中，电流做的功一部分转化为 或

5、 .还有一小部分转化为内能.此时电功大于电热： WUItQE其他 QI2Rt ，电功率大于热功率：PUI P热P其他P热I2R.,内能,电动机,电解槽,机械能,化学能,小明家有电炉、日光灯、电视机、电脑、电吹风等用电器，小明查了所有用电器的电阻，它们电阻的总和为R，已知小明家所接电网电压为U，于是小明很快算出了他家用电器的总功率：P ，小明这种算法正确吗？,答案,例2 (多选)用一个额定电压为220 V的电热水器煮沸一壶水需要t s，如果不考虑电热水器的电热损失和电热丝电阻受温度的影响，那么 A.当线路电压为110 V时，煮沸一壶水需要2t s B.当线路电压为110 V时，煮沸一壶水需要4t

6、 s C.当线路电压为55 V时，煮沸一壶水需要4t s D.当线路电压为55 V时，煮沸一壶水需要16t s,答案,解析,闭合电路中，电源电动势为E，内、外电路的电阻分别是r和R，电路中的电流为I.t时间内电源把多少其他形式的能转化为电能？外电路产生的热量是多少？内电路产生的热量是多少？三者之间有何关系？,三、闭合电路中的能量转化与守恒,答案,EIt I2Rt I2rt EItI2RtI2rt,1.电源是把其他形式的能转化为 能的装置.电源提供的能量一部分消耗在 上，一部分消耗在 上，转化为内能. 2.能量关系：电源提供的能量等于内、外电路消耗的能量之和，即EIt U内It. 功率关系：电源

7、提供的电功率等于内、外电路消耗的电功率之和，即：EI U内I. 3.对于外电路是纯电阻的电路，其能量关系和功率关系分别为：EItI2rt，EI I2r.,电,外电路,内电阻,U外It,U外I,I2Rt,I2R,1.纯电阻电路中电源的输出功率与外电阻之间有怎样的关系？什么时候电源的输出功率最大？,答案,电源的输出功率是指外电路消耗的功率. 当外电路为纯电阻电路时， (1)P出与外电阻R的函数关系图像如图所示， 从图中看出当Rr时，若R增大，P出增大；当Rr时，若R增大，P出减小. (2)电源的输出功率,2.电源的效率与外电阻有怎样的关系？输出功率最大时，电源的效率也最高吗？,答案,例3 (多选)

8、如图2所示，一台电动机提着质量为m的物体， 以速度v匀速上升.已知电动机线圈的电阻为R，电源 电动势为E，通过电源的电流为I，当地重力加速度为g， 忽略一切阻力及导线电阻，则C.如果电动机转轴被卡住而停止转动，较短时间内电源消耗的功率将变大 D.如果电动机转轴被卡住而停止转动，较短时间内电源消耗的功率将变小,答案,解析,图3,达标检测,2,1.(功率PUI、PI2R、P 的区别)(多选)关于三个公式PUI、PI2R、P 的适用范围，以下说法正确的是 A.第一个公式普遍适用于求电功率，后两式普遍适用于求热功率 B.在纯电阻电路中，三个公式既适用于求电功率，又适用于求热功率 C.在非纯电阻电路中，

9、第一个公式可适用于求电功率，第二个公式可用于求热功率，第三个公式没有意义 D.由UIR可知，三个公式没有任何区别，它们表达相同的意义，所求P既是电功率也是热功率,1,2,3,4,答案,解析,首先要明确，欧姆定律UIR只适用于纯电阻电路，因此三个公式在纯电阻电路中没有区别，但在非纯电阻电路中它们互不相同.其次，PUI表示电功率，而PI2R表示热功率.因此，在纯电阻电路中，UII2R，消耗的电能全部转化为内能；而在非纯电阻电路中，UII2R，即消耗的电能只有部分转化为内能.,1,2,3,4,2.(非纯电阻电路与纯电阻电路的对比)(多选)一台电动机的线圈电阻与一个电炉的电阻相同，都通过相同的电流，在

10、相同时间内 A.电炉放热与电动机放热相等 B.电炉两端电压小于电动机两端电压 C.电炉两端电压等于电动机两端电压 D.电动机消耗的功率大于电炉消耗的功率,1,2,3,4,答案,解析,电炉属于纯电阻元件，电动机属于非纯电阻元件，对于电炉有：UIR，放热QI2Rt，消耗功率PI2R.对于电动机有：UIR，放热QI2Rt，消耗功率PUII2R.,3.(非纯电阻电路的特点)(多选)如图3所示，直流电动机线圈的电阻为R，当该电动机正常工作时，电动机两端电压为U，通过电动机的电流为I，则 A.电动机内部的发热功率为I2R B.电动机的机械功率为IU C.电动机的总功率为IU D.电动机机械功率为IUI2R,1,2,3,4,答案,图3,4.(闭合电路的功率和效率)电源的效率定义为外电路电阻消耗的功率与电源的总功率之比，如图4所示，直线A为电源a的路端电压与电流的关系图线，直线B为电源b的路端电压与电流的关系图线.直线C为电阻R两端的电压与电流的关系图线，将这个电阻R分别接到a、b两电源上，那么 A.R接到电源a上，电源的效率较低 B.R接到电源b上，电源的输出功率较大 C.R接到电源a上，电源的输出功率较大，电源效率较高 D.R接到电源b上，电源的输出功率较小，电源效率较高,1,2,3,4,图4,答案,解析,1,2,3,4,本课结束,