高中物理 4.4電路中的能量轉(zhuǎn)化與守恒課時(shí)講練通課件 滬科選修31

1、2021/8/11 星期三12021/8/11 星期三22021/8/11 星期三32021/8/11 星期三42021/8/11 星期三52021/8/11 星期三61.根據(jù)我們的生活經(jīng)驗(yàn)和所見(jiàn)所聞列舉常見(jiàn)的用電器，并說(shuō)明是電能主要轉(zhuǎn)化為什么能？提示：(1)電燈，把電能轉(zhuǎn)化為光能.(2)電熱毯、電熨斗、電飯煲、電熱水器，把電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能(熱能).(3)電動(dòng)機(jī)，把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能.(4)音響，把電能轉(zhuǎn)化為聲能.(5)電解槽，把電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能.2021/8/11 星期三72.試從力的角度和能的角度分析電功的實(shí)質(zhì)是什么？提示：(1)從力的角度看,電流做功的實(shí)質(zhì)是電場(chǎng)力對(duì)自由電荷做功.(2)從能的

2、角度看,電流做功過(guò)程是電能轉(zhuǎn)化為其他形式能的過(guò)程,電功的大小量度了電能的減少量,標(biāo)志著電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能的多少.2021/8/11 星期三83.電功率有何意義？用電器銘牌上所標(biāo)的功率有何意義？提示：(1)電功率是描述用電器電流做功快慢的物理量.(2)用電器銘牌上所標(biāo)功率指的是用電器的額定功率，即用電器能長(zhǎng)時(shí)間正常工作時(shí)的最大功率，用電器實(shí)際工作時(shí)，其功率不一定等于額定功率，一般要小于或等于額定功率.2021/8/11 星期三9【典例1】規(guī)格為“220 V，1 000 W”的電爐，求：(1)電爐正常工作時(shí)，通過(guò)電阻絲的電流；(2)電爐正常工作時(shí)的電阻.【思路點(diǎn)撥】解此題要抓住以下兩個(gè)方面：(

3、1)明確電爐正常工作時(shí)的電阻和通過(guò)的電流對(duì)應(yīng)的電壓和功率.(2)能根據(jù)功率公式和電阻的定義式確定求電流和電阻的計(jì)算式. 2021/8/11 星期三10【自主解答】(1)由P=UI知，電爐正常工作時(shí)：I=P/U=1 000/220 A=4.5 A.(2)電爐正常工作時(shí)的電阻：由P=UI和R=U/I得R=U2/P=48.4 .2021/8/11 星期三112021/8/11 星期三121.分析比較純電阻電路和非純電阻電路中的電功和電熱的關(guān)系.提示：(1)純電阻電路中，由于滿足U=IR，故UIt=I2Rt，電功和電熱在數(shù)值上相等，即W=Q.(2)非純電阻電路中，由于U=IR不再成立，UItI2Rt，

4、電功和電熱不相等，一般是電功大于電熱，例如電動(dòng)機(jī)在工作時(shí)，電功在數(shù)值上等于電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的電熱與機(jī)械能之和，即W=Q+E機(jī).2021/8/11 星期三132.試從微觀和能的角度分析電熱的本質(zhì)是什么？提示：(1)從微觀的角度看,電熱是自由電荷在導(dǎo)體中定向移動(dòng)時(shí),由于導(dǎo)體中金屬離子的存在,自由電荷不斷地與金屬離子發(fā)生碰撞,使得金屬離子運(yùn)動(dòng)的程度加劇.從而使導(dǎo)體溫度升高,即產(chǎn)生電熱.(2)從能的角度看,電熱表示電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí)消耗的電能中轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的部分,即電熱是電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的量度.2021/8/11 星期三143.列舉日常生活中利用電流的熱效應(yīng)的用電器，指出電流熱效應(yīng)不利的方面.提示：(1)利用電熱的

5、用電器有電熱水器、電飯鍋、電熨斗、電烤箱等.(2)電流的熱效應(yīng)也有不利的一面，如插頭與插座間發(fā)熱，導(dǎo)線發(fā)熱，發(fā)電機(jī)及電動(dòng)機(jī)發(fā)熱，還有計(jì)算機(jī)的CPU發(fā)熱都會(huì)對(duì)用電器造成危害.2021/8/11 星期三154.探究討論電功率與熱功率的含義及計(jì)算公式分別是什么？它們是否相等？提示：(1)電功率是指某段電路的全部電功率，或這段電路上消耗的全部電功率，計(jì)算公式P=IU；熱功率是指在這段電路上因發(fā)熱而消耗的功率.計(jì)算公式P=I2R.(2)對(duì)于純電阻電路，電功率等于熱功率，即UI=I2R=對(duì)于非純電阻電路,UIR.此時(shí)電功率要大于熱功率,即UII2R.2021/8/11 星期三16【典例2】有一直流電動(dòng)機(jī)，

6、把它接入0.2 V電壓的電路中，電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)，測(cè)得流過(guò)電動(dòng)機(jī)的電流是0.4 A;若把電動(dòng)機(jī)接入2.0 V電壓的電路中，電動(dòng)機(jī)正常工作，工作電流是1.0 A.求電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)的輸出功率多大？如果在電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)，轉(zhuǎn)子突然被卡住，電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱功率是多大？2021/8/11 星期三17【思路點(diǎn)撥】求解此類問(wèn)題要把握以下三點(diǎn)：(1)在什么情況下可以看成純電阻電路，什么情況下是非純電阻電路.(2)它們各自的能量轉(zhuǎn)化情況，即遵守的物理規(guī)律.(3)各個(gè)公式的物理量與電路中各個(gè)參數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系. 2021/8/11 星期三18【自主解答】當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)時(shí)，電動(dòng)機(jī)無(wú)機(jī)械能輸出，故電能全部轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，相當(dāng)于純電

7、阻電路，歐姆定律成立.當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，一部分電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能輸出，但因線圈有電阻，故又在該電阻上產(chǎn)生內(nèi)能，輸入的電功率P電=P熱+P機(jī).接U=0.2 V電壓，電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)，電流I=0.4 A,根據(jù)歐姆定律，線圈電阻R= =0.5 當(dāng)接U=2.0 V電壓時(shí)，電流I=1.0 A,2021/8/11 星期三19故輸入電功率P電=UI=2.01.0 W=2.0 W熱功率P熱=I2R=1.020.5 W=0.5 W,故輸出功率即機(jī)械功率P機(jī)=P電-P熱=(2.0-0.5) W=1.5 W如果正常工作時(shí)，轉(zhuǎn)子被卡住，則電能全部轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，故其發(fā)熱功率:P熱= =8 W.答案:1.5 W 8 W2021/8/

8、11 星期三202021/8/11 星期三211.分析閉合的純電阻電路中的電源的總功率EI.電源內(nèi)阻消耗的功率I2r與電源的輸出功率I2R存在什么關(guān)系?提示：由能量守恒EIt=I2Rt+I2rt知EI=I2R+I2r.2021/8/11 星期三222.討論什么情況下電源的輸出功率最大,此時(shí)電源的效率為多少?提示：(1)電源的輸出功率P出=I2R=由此可知當(dāng)R=r時(shí)，電源有最大輸出功率P出max=(2)此時(shí)電源的效率2021/8/11 星期三23【典例3】(2011南京高二檢測(cè))在如圖所示的電路中，所用電源電動(dòng)勢(shì)E=10 V，內(nèi)電阻r=1.0 ，電阻R1可調(diào).現(xiàn)將R1調(diào)到3.0 后固定.已知R2

9、=16 ，R3=求： 2021/8/11 星期三24(1)開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)和接通時(shí)，通過(guò)R1的電流分別為多大？(2)為了使A、B之間電路的電功率在開(kāi)關(guān)S接通時(shí)能達(dá)到最大值，應(yīng)將R1的阻值調(diào)到多大？這時(shí)A、B間電路消耗的電功率將是多少？2021/8/11 星期三25【思路點(diǎn)撥】解答本題應(yīng)把握以下三點(diǎn)：(1)要熟悉閉合電路歐姆定律的內(nèi)容.(2)要能正確分析出電阻的連接方式.(3)要會(huì)使用路端電壓與負(fù)載的關(guān)系進(jìn)行討論. 2021/8/11 星期三26【自主解答】(1)根據(jù)閉合電路歐姆定律得：S斷開(kāi)時(shí)：I=10/(16+3+1) A=10/20 A=0.5 A.S閉合時(shí)：RAB=(R2R3)/(R2+R3)

10、=1.0 所以I=10/(1+3+1) A=2.0 A.(2)S閉合時(shí)，RAB=1.0 是定值電阻，所以電流越大，功率越大，所以應(yīng)將R1調(diào)為零.A、B間電路消耗的電功率為：PAB=E2/(RAB+r)=102/2 W=50 W.答案:(1)0.5 A 2.0 A (2)0 50 W2021/8/11 星期三27【典例4】如圖所示，線段A為某電源U-I圖線，線段B為某電阻R的U-I圖線以上述電源和電阻組成閉合電路時(shí)，求：(1)電源的輸出功率P出多大?(2)電源內(nèi)部損耗的電功率P內(nèi)是多少?(3)電源的效率多大?2021/8/11 星期三28【思路點(diǎn)撥】本題應(yīng)從以下三點(diǎn)考慮(1)電源的U-I圖線與電

11、阻的U-I圖線的物理意義.(2)圖中交點(diǎn)的物理意義.(3)功率的對(duì)應(yīng)關(guān)系 2021/8/11 星期三29【標(biāo)準(zhǔn)解答】根據(jù)題意從A的圖線可讀出E=3 V,Imax=6 A，則r=E/Imax=3/6=0.5 ,從B圖線可讀出R=U/I=1 .由電源E=3 V,r=0.5 與R=1 組成的閉合電路中，I= =3/1.5=2 A，則P出=I2R=4 W,P內(nèi)=I2r=2 W.P總=IE=6 W,所以,=P出/P總=66.7%. 2021/8/11 星期三30 知識(shí)點(diǎn)1：電功電功率1.(2011貴陽(yáng)高二檢測(cè))一個(gè)電熱器電阻為R，當(dāng)它兩端電壓為U時(shí)，通過(guò)時(shí)間t消耗電能為W，若使它消耗的電能為4W，下列方

12、法正確的是( )A.電阻R不變，電壓U不變，通電時(shí)間t變?yōu)樵瓉?lái)的2倍B.電阻R減半，電壓U增大1倍，通電時(shí)間t不變C.電阻R不變，電壓U增大1倍，通過(guò)時(shí)間t不變D.電阻R減半，電壓U不變，通電時(shí)間t不變2021/8/11 星期三31【解析】選C.根據(jù) 可得，A項(xiàng)消耗的電能為2W，B項(xiàng)消耗的電能為8W，C項(xiàng)消耗的電能為4W，D項(xiàng)消耗的電能為2W.只有C對(duì).2021/8/11 星期三322.下列情況中，能判定電路兩端電壓為220 V的是( )A.每通過(guò)1 C的電量，電流做功為220 JB.通電時(shí)間為1 s時(shí)，通過(guò)電量220 CC.通電時(shí)間為1 s時(shí)，電流做功為220 JD.每通過(guò)220 C的電量，

13、電流做功為1 J2021/8/11 星期三33【解析】選A.根據(jù)W=UIt=Uq，無(wú)法求出B、C中電路兩端的電壓，B、C錯(cuò).通過(guò)A項(xiàng)中的已知條件可以得出電路兩端的電壓為220 V，通過(guò)D項(xiàng)中的已知條件可以得出電路兩端的電壓為 A對(duì)，D錯(cuò).2021/8/11 星期三343.(2010撫州高二檢測(cè))圖中虛線框內(nèi)是一個(gè)未知電路，測(cè)得它的兩端點(diǎn)a、b之間的電阻是R，在a、b之間加上電壓U，測(cè)得流過(guò)電路的電流為I，則未知電路的電功率一定是( )A.I2R B.U2/RC.UI D.I2R+UI2021/8/11 星期三35【解析】選C.對(duì)一切電路都有P=UI，而對(duì)純電阻電路有，P=UI=I2R= 而對(duì)非

14、純電阻電路P=UII2R，P=UI 由以上分析知，C正確，A、B、D錯(cuò)誤，選C.2021/8/11 星期三36 知識(shí)點(diǎn)2：焦耳定律4.在如圖所示的電路中，定值電阻的阻值為10 ，電動(dòng)機(jī)M的線圈電阻值為2 ，a、b兩端加有44 V的恒定電壓，理想電壓表的示數(shù)為24 V，由此可知( )A.通過(guò)電動(dòng)機(jī)的電流為12 AB.電動(dòng)機(jī)消耗的功率為48 WC.電動(dòng)機(jī)線圈在1分鐘內(nèi)產(chǎn)生的熱量為480 JD.電動(dòng)機(jī)輸出的功率為8 W2021/8/11 星期三37【解析】選B、C.通過(guò)電動(dòng)機(jī)的電流與通過(guò)定值電阻的電流相同為I= =2 A,故A錯(cuò)；電動(dòng)機(jī)消耗的功率為P=U1I=242 W=48 W，故B對(duì)；電動(dòng)機(jī)的電

15、熱功率P熱=I2r=222 W=8 W，其1分鐘產(chǎn)生的熱量Q=P熱t(yī)=860 J=480 J，故C對(duì)；電動(dòng)機(jī)的輸出功率P出=P-P熱=(48-8) W=40 W，故D錯(cuò).2021/8/11 星期三38 知識(shí)點(diǎn)3：閉合電路中的能量轉(zhuǎn)化與守恒5.電源的電動(dòng)勢(shì)E=30 V,內(nèi)阻r=1 ,將它與一只“6 V12 W”的燈泡和一臺(tái)內(nèi)阻為2 的小電動(dòng)機(jī)串聯(lián)成閉合電路,當(dāng)燈泡正常發(fā)光時(shí),若不計(jì)摩擦,電動(dòng)機(jī)輸出機(jī)械功率與輸入電功率之比為( )A.91% B.82% C.67% D.60%2021/8/11 星期三39【解析】選B.燈泡正常發(fā)光，則電動(dòng)機(jī)兩端電壓UM=E-I(r+R燈),即UM=(30-21-6

16、) V=22 V故電動(dòng)機(jī)輸入電功率P入=UMI=44 W電動(dòng)機(jī)內(nèi)部消耗功率P耗=I2R0=8 W電動(dòng)機(jī)輸出功率P出=P入-P耗=36 W,故 100%82%,B正確.2021/8/11 星期三40一、選擇題(本題共5小題，每小題4分，共20分)1.下列關(guān)于電功、電功率和焦耳定律的說(shuō)法，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B.W=UIt適用于任何電路，而W=I2Rt= 只適用于純電阻電路C.在非純電阻電路中，UII2RD.焦耳熱Q=I2Rt適用于任何電路2021/8/11 星期三41【解析】選A.電功率是表示電流做功快慢的物理量，電功率大，產(chǎn)生的焦耳熱并不一定

17、多，還與通電時(shí)間有關(guān)，A錯(cuò)；W=UIt適用于任何電路，而W=I2Rt=是由W=UIt結(jié)合歐姆定律推導(dǎo)而來(lái)的，只適用于純電阻電路，B正確；在非純電阻電路中，電功率大于熱功率，C正確；焦耳定律適用于任何電路，D正確.故選A.2021/8/11 星期三422.(2011寧德高二檢測(cè))一臺(tái)電動(dòng)機(jī)的線圈電阻與一只電爐的電阻相同，設(shè)通過(guò)相同的電流(電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)),在相同的時(shí)間內(nèi)( )A.電爐放熱和電動(dòng)機(jī)放熱相等B.電爐兩端電壓大于電動(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)消耗的功率大于電爐消耗的功率2021/8/11 星期三43【解析】選A、D.由Q熱=I2Rt知A對(duì).電爐為純電阻電路，

18、UIt=I2Rt,U=IR,電動(dòng)機(jī)為非純電阻電路，UItI2Rt，UIR,B、C錯(cuò)，D對(duì).2021/8/11 星期三443.(2011昆明高二檢測(cè))一個(gè)直流電動(dòng)機(jī)所加電壓為U,電流為I,線圈內(nèi)阻為R,當(dāng)它工作時(shí),下列說(shuō)法中正確的是( )A.電動(dòng)機(jī)的輸出功率為U2/RB.電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱功率為I2RC.電動(dòng)機(jī)的輸出功率為IU-I2RD.電動(dòng)機(jī)的功率可寫作IU=I2R=U2/R【解析】選B、C.電動(dòng)機(jī)的輸入功率P入=UI,發(fā)熱功率P熱=I2R,則輸出功率P出=P入-P熱=UI-I2R,故B、C正確.2021/8/11 星期三454.(2010武漢高二檢測(cè))電動(dòng)勢(shì)為E、內(nèi)阻為r的電池與固定電阻R0、變阻

19、器R串聯(lián),如圖所示,設(shè)R0=r,Rab=2r,當(dāng)變阻器的滑片自a端向b端滑動(dòng)時(shí),下列各物理量中隨之減小的是( )A.電池的輸出功率B.變阻器消耗的功率C.固定電阻R0消耗的功率D.電池內(nèi)阻消耗的功率2021/8/11 星期三46【解析】選B.滑片自a向b滑動(dòng),R減小,R總減小,故總電流I變大,所以固定電阻R0消耗功率及電池內(nèi)阻消耗的功率由P=I2R可得均增大,故C、D錯(cuò);滑動(dòng)過(guò)程中,R外由3r減為r,始終大于內(nèi)阻r,由P輸出與R外關(guān)系圖像可知,電池輸出功率逐漸增大,故A錯(cuò).將R0等效為內(nèi)阻一部分,則總內(nèi)阻為2r,在R由2r減小到0的過(guò)程中,等效電源輸出功率即變阻器消耗的功率逐漸減小,故B正確.

20、2021/8/11 星期三475.(2011撫順高二檢測(cè))如圖所示，有四盞電燈連接在電路中，L1和L2都標(biāo)有“220 V 100 W”字樣，L3和L4都標(biāo)有“220 V 40 W”字樣，把電路接通后，最暗的是( )A.L1 B.L2 C.L3 D.L42021/8/11 星期三48【解析】選C.由額定電壓和額定功率可以判斷R1=R2R1R23.由串聯(lián)電路功率分配知P4P1(P2+P3),而P2與P3的大小可由并聯(lián)電路的功率分配知P2P3，所以四盞燈消耗的實(shí)際功率大小關(guān)系為P4P1P2P3，故最暗的燈是L3，因此選C.2021/8/11 星期三49二、非選擇題(本題共2小題，共10分)6.(20

21、11益陽(yáng)高二檢測(cè))(5分)如圖所示，電阻R1 =2 ，小燈泡L上標(biāo)有“3 V，1.5 W”，電源內(nèi)阻r=1 ，滑動(dòng)變阻器的最大阻值為R0(大小未知)，當(dāng)觸頭P滑動(dòng)到最上端a時(shí)；安培表的讀數(shù)為1 A，小燈泡L恰好正常發(fā)光，求：2021/8/11 星期三50(1)滑動(dòng)變阻器的最大阻值R0；(2)當(dāng)觸頭P滑動(dòng)到最下端 b時(shí)，求電源的總功率及輸出功率.2021/8/11 星期三51【解析】(1)當(dāng)觸頭P滑動(dòng)到最上端a時(shí)，流過(guò)小燈泡L的電流為：IL= PL/UL=0.5 A，流過(guò)滑動(dòng)變阻的電流I0=IA - IL=0.5 A，則R0 =UL/I0 =6 .(2)電源電動(dòng)勢(shì)為E=UL+IA(R1+r) =

22、6 V；當(dāng)觸頭P滑動(dòng)到最下端b時(shí)，滑動(dòng)變阻器和小燈泡均被短路.電路中總電流為：I= E/(R1+r)=2 A，電源的總功率為P總=IE=12 W，輸出功率為P出=IE-I2r =8 W.答案:(1)6 (2)12 W 8 W2021/8/11 星期三527.(5分)如圖所示為電動(dòng)機(jī)提升重物的裝置，電動(dòng)機(jī)線圈的電阻為r=1 ，電動(dòng)機(jī)兩端的電壓為5 V，電路中的電流為1 A，物體A重20 N，不計(jì)摩擦力，求： (1)電動(dòng)機(jī)線圈電阻上消耗的熱功率是多少？(2)電動(dòng)機(jī)輸入功率和輸出功率各是多少？(3)10 s內(nèi)，可以把重物A勻速提升多高？2021/8/11 星期三53【解析】(1)根據(jù)焦耳定律，熱功率P熱=I2r=121 W=1 W.(2)輸入功率等于輸入電流與電動(dòng)機(jī)兩端電壓的乘積P入=IU=15 W=5 W,輸出功率等于輸入功率減去發(fā)熱消耗的功率P出=P入-P熱=5 W-1 W=4 W.(3)電動(dòng)機(jī)輸出的功率用來(lái)提升重物轉(zhuǎn)化為機(jī)械功率，在10 s內(nèi)P出t=mgh，解得答案:(1)1 W (2)5 W 4 W (3)2 m2021/8/11 星期三541.(8分)如圖所示，R為電阻箱，“V”為理想電壓表，當(dāng)電阻箱讀數(shù)為R1=2 時(shí)，電壓表讀數(shù)為U1=4 V；當(dāng)電阻箱讀