【學(xué)案導(dǎo)學(xué)設(shè)計(jì)】高中物理 第二章 電路 電功率學(xué)案 粵教版選修31.doc

學(xué)案8電功率學(xué)習(xí)目標(biāo)定位 1.知道并理解電功、電功率的概念，并能利用公式進(jìn)行有關(guān)計(jì)算.2.弄清電功與電熱、電功率與熱功率的區(qū)別和聯(lián)系.3.知道純電阻電路和非純電阻電路的特點(diǎn)和區(qū)別一、電功和電功率1電功(1)定義：在一段電路中電場(chǎng)力所做的功稱電功，即通常說的電流所做的功(2)表達(dá)式：wuit，此式表明：電流在一段電路上所做的功等于這段電路兩端的電壓u、電路中的電流i和通電時(shí)間t三者的乘積(3)單位：國(guó)際單位制中電功的單位是j.2電功率(1)定義：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)電流所做的功稱為電功率(2)表達(dá)式pui.(3)單位：國(guó)際單位制中電功率的單位是w.二、焦耳定律和熱功率1. 焦耳定律公式：qi2rt.2熱功率(1)定義：一段電路因發(fā)熱而消耗的功率p熱稱為熱功率(2)公式：p熱i2r.三、閉合電路中的功率eiu外iu內(nèi)i，反映了閉合電路中的能量轉(zhuǎn)化關(guān)系ei表示電源提供的電功率，u外 i和u內(nèi)i分別表示外電路和內(nèi)電路上消耗的電功率.一、電功和電功率問題設(shè)計(jì)在日常生活中，經(jīng)常會(huì)用到家用小電器，例如電吹風(fēng)、電熨斗等，它們都會(huì)分為幾擋，像電吹風(fēng)可以吹暖風(fēng)和熱風(fēng)它們都是通過電流做功把電能轉(zhuǎn)化為熱能的(1)電流做功的實(shí)質(zhì)是什么？(2)設(shè)加在一段電路兩端的電壓為u，通過電路的電流為i，試推導(dǎo)t時(shí)間內(nèi)電流做功的表達(dá)式及電功率的表達(dá)式答案(1)因電流是自由電荷在電場(chǎng)力作用下定向移動(dòng)形成的，電流做功實(shí)質(zhì)上是導(dǎo)體中恒定電場(chǎng)對(duì)自由電荷的電場(chǎng)力做功(2)t時(shí)間內(nèi)通過電路的總電荷量qit，電場(chǎng)力移動(dòng)電荷做功wqu，故t時(shí)間內(nèi)電流做功wuit.又因?yàn)閜，可得：pui.要點(diǎn)提煉1電流做了多少功，就有多少電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能，即電功等于電路中電能的減少量2電功的實(shí)質(zhì)：電流通過一段電路所做的功，實(shí)質(zhì)是電場(chǎng)力在這段電路中所做的功3電功率pui，表示電流做功的快慢二、焦耳定律和熱功率問題設(shè)計(jì)1某同學(xué)家中有一只電爐，電阻為50 ，試計(jì)算該電爐接到220 v電源上在100秒的時(shí)間內(nèi)消耗的電能和產(chǎn)生的熱量答案iwuitutt96 800 jqw96 800 j.2某同學(xué)家中有一電風(fēng)扇，電阻為80 ，當(dāng)加上220 v的電壓時(shí)電流為0.25 a，試計(jì)算該風(fēng)扇工作100 秒時(shí)間消耗的電能和產(chǎn)生的熱量答案wuit5 500 jqi2rt500 j3通過上面的計(jì)算比較電爐和電風(fēng)扇消耗的電能和產(chǎn)生的熱量之間的關(guān)系答案電爐消耗的電能和產(chǎn)生的熱量相等電風(fēng)扇消耗的電能和產(chǎn)生的熱量不相等要點(diǎn)提煉1純電阻電路：電流通過純電阻電路做功時(shí)，電能全部轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體的內(nèi)能wquiti2rtt；pp熱uii2r.2非純電阻電路：含有電動(dòng)機(jī)或電解槽的電路稱為非純電阻電路wuitqi2rt；puip熱i2r.三、閉合電路中的功率問題設(shè)計(jì)根據(jù)閉合電路的歐姆定律，推導(dǎo)閉合電路中能量的轉(zhuǎn)化關(guān)系，并解釋各項(xiàng)的物理意義答案根據(jù)eu內(nèi)u外可得eiu內(nèi)iu外i，式中ei表示電源提供的電功率，u外i表示外電路上消耗的電功率；u內(nèi)i表示內(nèi)電路上消耗的電功率要點(diǎn)提煉1閉合電路中的能量轉(zhuǎn)化關(guān)系：eiu內(nèi)iu外i，對(duì)于純電阻電路該式可寫為eii2ri2r.電動(dòng)勢(shì)反映了電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的能力2電源的效率100%100%.一、電功、電功率、焦耳熱、熱功率例1(單選)下列關(guān)于電功、電功率和焦耳定律的說法中不正確的是()a電功率越大，電流做功越快，電路中產(chǎn)生的焦耳熱一定越多bwuit適用于任何電路，而wi2rtt只適用于純電阻電路c在非純電阻電路中，uii2rd焦耳熱qi2rt適用于任何電路解析電功率公式p，表示電功率越大，電流做功越快對(duì)于一段電路，有焦耳熱qpt，可見q與t也有關(guān)，所以p越大，q不一定越大，a錯(cuò)wuit是電功的定義式，適用于任何電路，而i只適用于純電阻電路，b對(duì)在非純電阻電路中，電流做的功焦耳熱其他形式的能，所以wq，即uii2r，c對(duì)qi2rt是焦耳熱的定義式，適用于任何電路，d對(duì)答案a二、純電阻電路中的功率分配及計(jì)算例2(單選)額定電壓都是110 v，額定功率pa100 w，pb40 w的燈泡兩盞，若接在電壓為220 v的電路上，使兩盞燈炮均能正常發(fā)光，且消耗功率最小的電路是()解析判斷燈泡能否正常發(fā)光，就要判斷電壓是否是額定電壓，或電流是否是額定電流，對(duì)燈泡有pui，可知rarb.對(duì)于a電路，由于rarb，所以u(píng)bua，所以有ub110 v，b燈燒毀，ua110 v，a燈不能正常發(fā)光對(duì)于b電路，由于rbra，a燈又并聯(lián)滑動(dòng)變阻器，并聯(lián)電阻小于rb，所以u(píng)bu并，b燈燒毀，a燈不能正常發(fā)光對(duì)于c電路，b燈與滑動(dòng)變阻器并聯(lián)電阻可能等于ra，所以可能uaub110 v，兩燈可以正常發(fā)光對(duì)于d電路，若滑動(dòng)變阻器的有效電阻等于a、b的并聯(lián)電阻，則uaub110 v，兩燈可以正常發(fā)光比較c、d兩個(gè)電路，由于c電路中滑動(dòng)變阻器功率為(iaib)110 v，而d電路中滑動(dòng)變阻器功率為(iaib)110 v，所以c電路消耗電功率最小答案c三、非純電阻電路的特點(diǎn)及計(jì)算例3如圖1所示的電路中，電源電動(dòng)勢(shì)e10 v，內(nèi)阻r0.5 ，電動(dòng)機(jī)的電阻r01.0 ，電阻r11.5 .電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)，電壓表的示數(shù)u13.0 v，求：圖1(1)電源釋放的電功率；(2)電動(dòng)機(jī)消耗的電功率和將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的功率；(3)電源的輸出功率和效率解析(1)電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)，總電流為i a2 a，電源釋放的電功率為p釋ei102 w20 w.(2)電動(dòng)機(jī)兩端的電壓為ueiru1(1020.53.0) v6 v電動(dòng)機(jī)消耗的電功率為p電ui62 w12 w電動(dòng)機(jī)消耗的熱功率為p熱i2r0221.0 w4 w電動(dòng)機(jī)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能和內(nèi)能，根據(jù)能量守恒得p機(jī)p電p熱12 w4 w8 w(3)電源的輸出功率為p出p釋p內(nèi)p釋i2r(20220.5) w18 w，100%100%90%.答案(1)20 w(2)12 w8 w(3)18 w90%針對(duì)訓(xùn)練一臺(tái)電動(dòng)機(jī)內(nèi)阻為1 ，接到120 v的電源上當(dāng)電動(dòng)機(jī)工作時(shí)，電流為10 a問：(1)電動(dòng)機(jī)輸入功率是多少？(2)電動(dòng)機(jī)發(fā)熱功率是多少？(3)輸出的機(jī)械功率是多少？答案(1)1 200 w(2)100 w(3)1 100 w解析(1)電動(dòng)機(jī)的輸入功率p電ui12010 w1 200 w.(2)電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱功率p熱i2r1021 w100 w.(3)輸出的機(jī)械功率p機(jī)p電p熱1 200 w100 w1 100 w.1(功率pui，pi2r，p的區(qū)別)(雙選)關(guān)于三個(gè)公式pui，pi2r，p的適用范圍，以下說法正確的是()a第一個(gè)公式普遍適用于求電功率，后兩式普遍適用于求熱功率b在純電阻電路中，三個(gè)公式既可適用于求電功率，又可適用于求熱功率c在非純電阻電路中，第一個(gè)公式可適用于求電功率，第二個(gè)公式可用于求熱功率，第三個(gè)公式?jīng)]有意義d由uir可知，三個(gè)公式?jīng)]有任何區(qū)別，它們表達(dá)相同的意義，所求p既是電功率，也是熱功率答案bc解析首先要明確，歐姆定律uir只適用于純電阻電路，因此三個(gè)公式在純電阻電路中沒有區(qū)別，但在非純電阻電路中它們互不相同其次，pui表示電功率，而pi2r表示熱功率因此，在純電阻電路中，uii2r，消耗的電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；而在非純電阻電路中，uii2r，即消耗的電能只有部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能2(非純電阻電路的特點(diǎn))(單選)如圖2所示，直流電動(dòng)機(jī)線圈的電阻為r，電源內(nèi)阻為r.當(dāng)該電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)，電動(dòng)機(jī)兩端電壓為u，通過電動(dòng)機(jī)的電流為i，則()圖2a電動(dòng)機(jī)內(nèi)部的發(fā)熱功率為i2rb電動(dòng)機(jī)的機(jī)械功率為iuc電動(dòng)機(jī)的總功率為i(rr)d電動(dòng)機(jī)機(jī)械功率為iui2r答案a3(非純電阻電路)(雙選)一臺(tái)電動(dòng)機(jī)的線圈電阻與一只電爐的電阻相同，都通過相同的電流，在相同時(shí)間內(nèi)()a電爐放熱與電動(dòng)機(jī)放熱相等b電爐兩端電壓小于電動(dòng)機(jī)兩端電壓c電爐兩端電壓等于電動(dòng)機(jī)兩端電壓d電動(dòng)機(jī)消耗的功率等于電爐的功率答案ab解析電爐屬于純電阻元件，電動(dòng)機(jī)屬于非純電阻元件，對(duì)于電爐有：uir，放熱qi2rt，消耗功率pi2r.對(duì)于電動(dòng)機(jī)有：uir，放熱qi2rt，消耗功率puii2r.4(純電阻電路功率的計(jì)算)有規(guī)格為“220 v1000 w”的電爐，問它在正常工作時(shí)的電阻；如果電壓只有200 v，求它實(shí)際消耗的功率答案48.4 826.4 w解析由于電爐是純電阻電路，故p，則r 48.4 當(dāng)電壓為200 v時(shí)，則實(shí)際消耗的功率p w826.4 w題組一電功率的理解及有關(guān)計(jì)算1(單選)下列關(guān)于電功率的說法中，正確的是()a用電器的額定功率與用電器的實(shí)際電壓和實(shí)際電流有關(guān)b用電器的實(shí)際功率取決于用電器的額定功率c白熾燈正常工作時(shí)，實(shí)際功率等于額定功率d電功率越小，則電流做功越少答案c解析用電器的額定功率是它正常工作時(shí)的功率，其值是由用電器本身的結(jié)構(gòu)決定的，與實(shí)際電流和實(shí)際電壓無關(guān)，故a錯(cuò)，c對(duì)；用電器實(shí)際功率的大小是由加在它兩端的電壓和通過它的電流決定的，b錯(cuò)；電流做功的多少不僅與功率的大小有關(guān)，還與通電時(shí)間有關(guān)，d錯(cuò)2(單選)一白熾燈泡的額定功率與額定電壓分別為36 w與36 v若把此燈泡接到輸出電壓為18 v的電源兩端，則燈泡消耗的電功率()a等于36 wb小于36 w，大于9 wc等于9 w d小于9 w答案b解析白熾燈在正常工作時(shí)的電阻為r，由p變形得r36 ，當(dāng)接入18 v電壓時(shí)，假設(shè)燈泡的電阻也為36 ，則它消耗的功率為pw9 w，但是當(dāng)燈泡兩端接入18 v電壓時(shí)，它的發(fā)熱功率小，燈絲的溫度較正常工作時(shí)的溫度低，其電阻率小，所以其電阻要小于36 ，其實(shí)際功率要大于9 w，故選項(xiàng)b正確3(單選)三只電阻r1、r2和r3按如圖1所示連接，在電路的a、b端加上恒定電壓后，電阻r1消耗的功率最大，則三只電阻的阻值大小關(guān)系為()圖1ar1r2r3br2r1r3cr3r2r1 dr1r3r2答案b解析電阻r1、r2并聯(lián)，電阻兩端的電壓相等，因?yàn)殡娮鑢1消耗的功率最大，由功率公式p，可判斷r2r1，由串、并聯(lián)電路的特點(diǎn)可知，通過電阻r1的電流小于通過電阻r3的電流，根據(jù)功率公式pi2r，可判斷r1r3，故選b.題組二焦耳定律的理解及應(yīng)用4(單選)通過電阻r的電流為i時(shí)，在t時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量為q，若電阻為2r，電流強(qiáng)度為，則在時(shí)間t內(nèi)產(chǎn)生的熱量為()a4q b2qc. d.答案d解析根據(jù)qi2rt得，當(dāng)電阻為2r，電流強(qiáng)度為時(shí)，在時(shí)間t內(nèi)產(chǎn)生的熱量q()22rti2rt，d正確5(單選)把兩根電阻相同的電熱絲先串聯(lián)后并聯(lián)分別接在同一電源上，若要產(chǎn)生相等的熱量，則兩種方法所需的時(shí)間之比t串t并為()a11b21c41d14答案c解析設(shè)每根電熱絲電阻為r，則r串2r，r并.由qwt得t串t并41.題組三非純電阻電路的特點(diǎn)6(單選)如圖2所示，有一內(nèi)電阻為4.4 的電解槽和一盞標(biāo)有“110 v60 w”的燈泡串聯(lián)后接在電壓為220 v的直流電源兩端，燈泡正常發(fā)光，則()圖2a電解槽消耗的電功率為120 wb電解槽的發(fā)熱功率為60 wc電解槽消耗的電功率為60 wd電路消耗的總功率為60 w答案c解析燈泡能正常發(fā)光，說明電解槽和燈泡均分得110 v電壓，且干路電流ii燈 a，則電解槽消耗的電功率pp燈60 w，a錯(cuò)，c對(duì)；電解槽的發(fā)熱功率p熱i2r內(nèi)1.3 w，b錯(cuò)；整個(gè)電路消耗的總功率p總220 w120 w，d錯(cuò)7(單選)額定電壓、額定功率均相同的電風(fēng)扇、電烙鐵和日光燈，各自在額定電壓下正常工作了相同的時(shí)間比較它們產(chǎn)生的熱量，結(jié)果是()a電風(fēng)扇最多b電烙鐵最多c日光燈最多d一樣多答案b解析在三種用電器中，只有電烙鐵是純電阻用電器將電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，故b選項(xiàng)正確8(單選)如圖3所示的電路中，輸入電壓u恒為12 v，燈泡l上標(biāo)有“6 v12 w”字樣，電動(dòng)機(jī)線圈的電阻rm0.50 .若燈泡恰能正常發(fā)光，以下說法中正確的是()圖3a電動(dòng)機(jī)的輸入功率為24 wb電動(dòng)機(jī)的輸出功率為12 wc電動(dòng)機(jī)的熱功率為2.0 wd整個(gè)電路消耗的電功率為22 w答案c解析電動(dòng)機(jī)為非純電阻元件，歐姆定律對(duì)電動(dòng)機(jī)不再適用燈泡l正常發(fā)光，則il2 a，所以電路中的電流i2 a，故整個(gè)電路消耗的總功率p總ui24 w，d選項(xiàng)錯(cuò)電動(dòng)機(jī)的輸入功率p入p總pl12 w，a選項(xiàng)錯(cuò)電動(dòng)機(jī)的熱功率p熱i2rm2.0 w，c選項(xiàng)正確電動(dòng)機(jī)的輸出功率為p入p熱10 w，b選項(xiàng)錯(cuò)9(雙選)如圖4所示，一臺(tái)電動(dòng)機(jī)提著質(zhì)量為m的物體，以速度v勻速上升已知電動(dòng)機(jī)線圈的電阻為r，電源電動(dòng)勢(shì)為e，通過電源的電流為i，當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間，忽略一切阻力及導(dǎo)線電阻，則()圖4a電源內(nèi)阻rrb電源內(nèi)阻rrc如果電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸被卡住而停止轉(zhuǎn)動(dòng)，較短時(shí)間內(nèi)電源消耗的功率將變大d如果電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸被卡住而停止轉(zhuǎn)動(dòng)，較短時(shí)間內(nèi)電源消耗的功率將變小答案bc解析本題主要考查歐姆定律適用范圍、電功和電熱的區(qū)別，要求學(xué)生熟練掌握歐姆定律，電功率及焦耳定律的應(yīng)用由于電動(dòng)機(jī)是非純電阻元件，歐姆定律不再適用，電動(dòng)機(jī)的輸入功率p1ui，熱功率p2i2r，輸出功率p3mgv，p1p2p3，可解得：uir，又由閉合電路歐姆定律得：euir，解得：rr；當(dāng)電動(dòng)機(jī)被卡住時(shí)，電動(dòng)機(jī)變成純電阻元件，總電流i總，電流增大，故電源消耗的功率p增大，所以選項(xiàng)b、c正確題組四綜合應(yīng)用10如圖5所示，電源電動(dòng)勢(shì)e30 v，內(nèi)阻r1 ，燈泡上標(biāo)有“6 v12 w”字樣，直流電動(dòng)機(jī)線圈電阻r2 ，若燈泡恰好能正常發(fā)光，求電動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械功率圖5答案36 w解析因燈泡正常發(fā)光，所以i a2 au內(nèi)ir21 v2 v所以電動(dòng)機(jī)兩端電壓為umeu內(nèi)u30 v2 v6 v22 v電動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械功率為p機(jī)umii2r222 w222 w36 w.11如圖6所示的電路中，電爐電阻r10 ，電動(dòng)機(jī)線圈的電阻r1 ，電路兩端電壓u100 v，電流表的示數(shù)為30 a，求通過電動(dòng)機(jī)的電流強(qiáng)度為多少？通電一分鐘，電動(dòng)機(jī)做的有用功為多少？圖6答案20 a9.6104 j解析題圖中的兩個(gè)支路分別為純電阻電路(電爐)和非純電阻電路(電動(dòng)機(jī))在純電阻電路中可運(yùn)用歐姆定律i直接求出電流強(qiáng)度，而非純電阻電路中的電流強(qiáng)度只能運(yùn)用