2012《优化课堂》课件：物理粤教版选修3-1 第二章 第五节 电功率

(共25张PPT)
第五节　电功率
1．电流做功的多少等于__________转化为其他形式能的数
量；所谓电流做功，实质上是导体中的恒定电场对___________
的静电力在做功，电荷的________减少，其他形式的能在增加．
公式：W＝__________，P＝__________.
2．电流通过用电器时把________能全部转化为________
能，这样的电路叫纯电阻电路．
电能
自由电荷
电势能
UIt
UI
电
内
3．电热 Q＝________，热功率 P＝________.
4．若电路中有电动机或电解槽，电能除转化为内能外，还
转化为________或________，它们之间遵从能量守恒．
I 2Rt
I 2R
机械能
化学能
知识点 1 电功和电功率
近几年来，我国许多地区对供电线路进行了改造．将电线
换成更粗的，电能表的额定电流换成更大的．为什么要这样做
呢？小明家添置了新的大功率用电器．那么添置前和添置后对
电路有什么影响呢？为什么电路中同时使用的用电器不能太
多？
答案：电线越粗其电阻就越小，用于线路上损耗的电功就
越小．由于家用用电量增大，流过电能表的额定电流就越大，
特别是添置了大功率用电器后，入户线路的电流更是增大很多，
在给定的线路规格下，用电器太多会超出允许值，线路会因发
热造成损坏，这不仅浪费能源，更严重地会引起火灾等重大事
故．
1．电功
(1)定义：电场力对电荷做的功，叫做电功．
(2)表达式：W＝qU＝UIt.
(3)单位：焦耳，符号为 J.
2．电功率
(1)定义：电流所做的功跟完成这些功所用时间的比值叫做
电功率．
(2)表达式：P＝UI.
注意：电流做功的过程是电能转化为其他形式能的过程，
电流做了多少功，表明有多少电能转化为其他形式的能．可见
电功反映了电能转化为其他形式能的多少．电功的表达式
W＝UIt 以及电功率 P＝UI 适用于所有电流做功和功率的计算．
【例 1】下列关于电功的说法中，错误的是(　　)
A．导体内电场力移送电荷所做的功叫做电功
B．电流做功的过程，就是电能转化为其他形式能的过程
C．电流做功消耗的能量，由电源来供给
D．电功就是电能
解析：做功是能量转化的量度，电流做功就是把电能转化
为其他形式的能量，故 D 答案错误．
答案：D
【触类旁通】
1．关于电功率的下列说法中，正确的是(　　)
C
A．用电器的额定功率与用电器的实际电压和实际电流有
关
B．用电器的实际功率取决于用电器的额定功率
C．白炽灯正常工作时，实际功率等于额定功率
D．电功率越小，则电流做功越少
解析：用电器的额定功率是它正常工作时的功率，其值是
由用电器本身的结构决定的，与实际电流和电压无关，故 A 错
C 对；用电器实际功率多大是由加在它两端的电压和通过的电
流决定的，故 B 错．电流做功的多少不仅与功率的大小有关，
还与时间有关，故 D 错．
知识点 2 焦耳定律和热功率
如图 2－5－1，电流流过电动机的时候，
图 2－5－1
(1)电流做了多少功？
(2)电流做功引起哪些能量转化？
(3)电动机的效率是多少？
(4)若由于某种原因电动机被卡住，这时电动机消耗的功率
为多少？
答案：(1)电流做功为 W＝UIt.
(2)电流做功使电能转化为电动机的机械能和内能．
(3)电动机的效率即转化为机械能的功率与输入总功率的
比值．
(4)若电动机被卡住，则变为纯电阻电路．电动机消耗的功
率等于输入功率．
电能转化为内能的功率，即P＝ ＝I 2R.
1．焦耳定律
(1)内容：电流通过导体时产生的热量跟电流的平方成正
比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比．
(2)表达式：Q＝I 2Rt.
(3)适用范围：Q＝I 2Rt 是电热的定义式，可求任何电路中
电流 I 通过电阻 R 时产生的热量．
(4)实质：电能通过电流做功转化为内能．
2．热功率
单位时间内电流通过导体发热的功率叫热功率．热功率即
Q
t
纯电阻电路 非纯电阻电路
元件特点 电路中只有电阻元件 除电阻外还包括能把
电能转化为其他形式
能的用电器
电流、电压、
电阻的关系 U
I＝—
R 不服从欧姆定律，
　UIt＝I 2Rt＋W
能量转
化形式 电流做功转化为内能
和其他形式的能：电
功W＝UIt；电热 Q＝
I 2Rt.W＝Q＋W其他
元件举例 电阻、白炽灯 电动机、电解槽
3．纯电阻电路和非纯电阻电路
注意：(1)在非纯电阻电路中，只能用 W＝UIt 和 P＝UI 计
算电功和电功率，表示电路消耗的总功和总功率；用 Q＝I 2Rt
及 P热＝I 2R 计算电热和热功率．
(2)对于含有电动机的电路，电动机转动时不是纯电阻电
路，电动机不转时是纯电阻电路．
【例 2】一台电风扇，内阻为 20 Ω，接上 220 V 电压后，
消耗功率 66 W，问：
(1)电风扇正常工作时通过电动机的电流是多少？
(2)电风扇正常工作时转化为机械能的功率是多少？转化
为内能的功率是多少？电动机的效率是多少？
(3)如果接上电源后，电风扇的风叶被卡住，不能转动，这
时通过电动机的电流，以及电动机消耗的电功率和发热功率是
多少？
所以 I＝ ＝
＝
×100%≈97.3%.
解：(1)用电器总功率是输入电压和电流的乘积，即 P＝UI，
P 66
U 220
A＝0.3 A.
(2)由于电风扇是非纯电阻用电器，输入的总功率一部分转
变为机械能，另一部分在电阻上转变为内能．且 P＝P机＋P内，
电风扇正常工作时，转化为内能的功率的是
P内＝I 2R＝0.32×20 W＝1.8 W
转化为机械能的功率是
P内＝P－P内＝66 W－1.8 W＝64.2 W
电动机的效率是
η＝
P 机 64.2
P 66
I＝ ＝
(3)电风扇风叶被卡住后电动机不转时可视为纯电阻，通过
电风扇的电流
U 220
R 20
A＝11 A
电动机消耗的电功率 P＝IU＝11×220 W＝2 420 W
电动机发热功率 P内＝I 2R＝112×20 W＝2 420 W.
【触类旁通】
2．一电动机线圈的电阻为 1 Ω，线圈两端所加电压为 2 V
时，电流为 0.8 A，电动机正常工作．
(1)在求电动机正常工作 1 min 所消耗的电能时，有以下两
种不同的解法：
解法一：W＝UIt＝2 V×0.8 A×60 s＝96 J
解法二：W＝I 2Rt＝(0.8 A)2×1 Ω×60 s＝38.4 J
你认为哪种解法对，请作出判断并说明理由．
(2)求电动机正常工作 1 min 所转化的机械能是多少．
解：(1)解法一对．因为电动机工作时电能没有全部转化为
内能，而大部分转化为机械能．解法二求出的是电动机工作时
产生的电热，只占所消耗电能的一部分．
(2)电动机工作 1 min 消耗的电能
W＝UIt＝2 V×0.8 A×60 s＝96 J
电动机工作 1 min 产生的电热
Q＝I2Rt＝(0.8 A)2×1 Ω×60 s＝38.4 J
电动机工作 1 min 转化成的机械能
W 机械＝W－Q＝96 J－38.4 J＝57.6 J.
知识点 3 闭合电路中的功率
1．电源的功率 P
电源将其他形式的能转化为电能的功率，也称为电源的总
功率，计算式为：P＝IE.
2．电源内阻消耗的功率 P 内
电源内阻热功率，也称为电源的损耗功率，计算式为：
P 内＝I 2r.
3．电源的输出功率 P 出
外电路上消耗的功率，计算式为：P 出＝IU 外．
【例 3】电动势为 E、内阻为 r 的电池与固定电阻 R0、可
变电阻 R 串联，如图 2－5－2 所示，设 R0＝r，Rab＝2r.当滑动
变阻器的滑动片自 a 端向 b 端滑动时，下列说法不正确的是
(　　)
A．变阻器消耗的功率减小
B．电池消耗的总功率变大
C．固定电阻 R0 上消耗的功率将减小
D．电池内电阻上消耗的功率将变大
图 2－5－2
解析：当滑动变阻器滑片从 a 端滑向 b 端时，把固定电阻
R0 和r 之和等效成新电源的总内阻(R0＋r＝Rab)，变阻器从消耗
功率的最大值开始减小；由于电路中总电阻在减小，总电流增
大，固定电阻 R0 上消耗的功率将变大；电池内电阻上消耗的功
率将变大；由 P＝EI 知，电源消耗的总功率变大．
答案：C
【触类旁通】
3．如图 2－5－3 所示，图线 AB 是电路的路端电压随电流
变化的关系图线．OM 是同一电源向固定电阻 R 供电时，R 两
端的电压电流变化的图线，由图求：
(1)R 的阻值；
(2)交点 C 处电源的输出功率；
(3)在 C 点对应的状态，电源内部消耗
的电功率；
(4)电源的最大输出功率．
图 2－5－3