5.1 电路中的能量 课件 高二上学期物理粤教版（2019）必修第三册(共32张PPT)

(共32张PPT)
5.1 电路中的能量
新粤教版（2019）高中物理必修第三册 第五章
by甘腾胜@20220826
新课引入
我们知道，在电路中使用不同的用电器，往往会有不同的能量转化。回顾生活中用过的用电器，说明用电器将电能转化成怎样的能量？
烧水壶通电时，电能转化为内能。
电动机通电时，电能转化为机械能。
蓄电池充电时，电能转化为化学能。
能量转化了多少？
从能量角度研究电路
复习回顾
功和能之间有什么关系？
功是能量转化的量度，做功的过程就是能量转化的过程。
思考：用电器工作时，电能转化为其他形式能。是什么力做功？
电场力做功。
电功
电功：电场力对自由电荷所做的功，也叫电流做的功，简称电功。
根据功能关系，电功的大小等于被消耗的电能。
情境：如图所示，假设在一段导体两端加上电压U后，导体内的自由电荷在电场力的作用下定向移动，形成电流I。
【思考】
（1）在时间t内，通过此导体任意横截面的电量是多少？
（2）在时间t内，电场力做了多少功？
（3）电流通过导体做的电功与什么因素有关？
电功
1、电功：电场力所做的功。
2、电功的表达式：W=Uq=UIt（适用于任何电路）
3、单位：
国际单位制：焦耳，简称焦（J）。
常用单位有：千瓦时（kW·h），俗称“度”。
4、物理意义：电功是电能转化为其他形式能的量度。
（电场力做了多少电功，就有多少电能转化为其他形式的能）
　1kW·h＝3.6×106J
电功率
某同学发现家里的电炖锅上有两个档位，分别是快炖和慢炖，这两个档位的本质区别是什么呢？这位同学说两个档位的电功不同，这种说法正确吗？
区别：电流做功快慢不同。
用“电功率”来反映电流做功的快慢。
电功率
【思考】
在前面的情境中，在时间t内，电场力做功的快慢如何表示？
1、定义：电流做功与完成这些功所用时间之比。
2、表达式：P=W/t=UI（适用于任何电路）
3、单位：
国际单位制：瓦特 ，简称瓦（W）
常用单位：千瓦（kW） 1kW=1000W
【讨论与交流】P=UI和P=W/t两式的意义相同吗？
电功率
额定电压：表示用电器正常工
作时的电压。
额定功率：是用电器长期正常工作时的最大功率，也就是用电器加上额定电压时消耗的功率。
实际功率：用电器在工作中实际消耗的电功率。
若用电器在额定电压下工作，则P实＝P额。
若用电器工作电压不等于额定电压，则P实≠P额。
通常情况下，P实≤P额。
电功率
【练1】(单)对于连入电路的灯泡而言，亮度最大的是
A．通过电流大的灯泡
B．两端电压大的灯泡
C．电阻值大的灯泡
D．消耗电功率大的灯泡
D
电功率
【练2】(单)某型号手机电池的背面印有如图所示的一些符号，另外在手机使用说明书上还写有“通话时间3 h，待机时间100 h”。则该手机通话和待机时消耗的功率分别约为
A．1.8 W，5.4×10－2 W B．0.6 W，1.8×10－2 W
C．3.6 W，0.108 W D．6.48×103 W，1.94×102 W
B
电功率
【练3】(单)额定电压都是110V ，额定功率PA＝100W，PB＝40W的电灯两盏，若接在电压是220V的电路上，使两盏电灯均能正常发光，且电路中消耗功率最小的电路是图中哪一个
C
A．
B．
C．
D．
焦耳定律
【思考】为什么有些用电器通电后会发热呢？
当电流流过金属导体时，自由电子与金属中的正离子会发生碰撞，电能会转化为内能。
纯电阻元件：能将电能全部转化为导体内能的元件。
焦耳定律
电流通过纯电阻元件产生的热量与哪些因素有关？
实验数据表明：电流通过电阻元件产生的热量Q与电流I、电阻R和时间t有关。
焦耳定律
1、内容：电流通过导体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：Q=I2Rt
3、热功率：一段电路因发热而消耗的功率。
4、热功率表达式：P热=Q/t=I2R
焦耳定律适用条件:
Q=I2Rt是电热的定义式，可求任何电路中电流通过电阻R时产生的热量（电热）。
热功率的实质：电能转化为内能的那部分功率。
焦耳定律
纯电阻电路：
只含有电阻的电路，如电炉、电烙铁等电热器件组成的电路，白炽灯及转子被卡住的电动机也是纯电阻器件。
纯电阻电路
电能全部转化为热能，电功等于电热。
满足欧姆定律
焦耳定律
非纯电阻电路：
电流通过用电器是以转化为热能以外的形式的能力为目的，发热不是目的，而是难以避免的热能损失。例如电动机、电解槽等。
非纯电阻电路
电能一部分转化为热量，一部分转化为其它能。
不满足欧姆定律
焦耳定律
小结
电功与电热的计算公式比较:
焦耳定律
电动机问题
如何计算电动机通电转
动时对外做功的功率？
电动机（非纯电阻元件）的“三个功率和效率”
(1)电动机的输入功率是电动机消耗的总功率：
P入＝UI
(2)电动机的热功率是线圈上电阻的发热功率：
P热＝I2r
(3)电动机的输出功率是电动机将电能转化为机械能的功率：
P出＝UI－I2r
(4)电动机的效率：
电动机问题
【练4】规格为“220 V　44 W”的排气扇，线圈电阻为40 Ω，求：
（1）接上220 V的电压后，求排气扇转化为机械能的功率和发热的功率；
（2）如果接上220 V的电压后，扇叶被卡住，不能转动，求电动机消耗的功率和发热的功率。
（1）1.6W 42.4W
（2）1210W 1210W
含电动机的电路，电动机转动时是非纯电阻用电器，电动机不转动时是纯电阻用电器。
电动机问题
【练5】如图所示，有一提升重物用的直流电动机，内阻r=0.6 Ω， R=10 Ω，U=160 V，电压表的读数为110 V，求：
（1）通过电动机的电流是多少？
（2）输入到电动机的电功率是多少？
（3）在电动机中发热的功率是多少？
（4）电动机工作1h所产生的热量是多少？
（1）5A
（2）550W
（3）15W
（4）5.4×104J
电动机问题
【练6】(单)如图所示的电路中，输入电压U恒为12 V，灯泡L标有“6 V，12 W”字样，电动机线圈的电阻RM＝0.5 Ω，若灯泡恰能正常发光，则下列说法中正确的是
A．电动机的总功率是72 W
B．电动机的热功率是1 W
C．电动机的输出功率是10 W
D．整个电路消耗的电功率是22 W
C
闭合电路的能量
闭合电路上功率分配关系：
P总＝P外＋P内 = P出＋P内
即：EI＝UI＋I2r
闭合电路上功率的分配关系反映了闭合电路中能量的转化和守恒。
功率分配关系
闭合电路的能量
由上式可知，外电阻越大，电源的效率越高。
电源的效率
当R→∞时，η→100%，但此时P出→0，无实际意义。
闭合电路的能量
1、由上式可以知道，当R＝r时，输出功率最大，Pm＝E2/(4r)，此时电源的效率为50％。
2、当R>r时，随着R的增大输出功率减小；当R3、当P出输出功率与外电阻之间的关系
电源的输出功率P出：（外电路为纯电阻电路）
电源的输出功率问题
【练7】(单)具有一定的电动势和内电阻的电源接一个“6V，3W”的小灯泡能正常发光，若改接“6V，6W”的小灯泡，则该灯泡的实际功率将
A．一定大于3W
B．一定小于3W
C．一定等于3W
D．以上三种情况都可能存在
D
电源的输出功率问题
【练8】(多)电源的电动势和内阻都保持一定，在外电路的电阻逐渐减小的过程中，下面说法中正确的是
A．电源的路端电压一定逐渐变小
B．电源的输出功率一定逐渐变小
C．电源内部消耗的功率一定逐渐变大
D．电源的供电效率一定逐渐变小
ACD
电源的输出功率问题
【练9】如图所示，电路中E=3V，r=1Ω，R0=2Ω，变阻器R的最大阻值为10Ω。
（1）在R为多大时，R上消耗的功率最大？最大为多大？
（2）在R为多大时，R0上消耗的功率最大？最大为多大？
（3）在R为多大时，R和R0上消耗的功率最大？最大为多大？
（1）3，0.75W
（2）0，2W
（3）0，2W
电源的输出功率问题
由上述分析可知，在研究电阻上消耗的功率时，应注意区分“可变与定值”这两种情况，两种情况中求解的思路和方法是不相同的。
①等效电源法：即把电路中的定值电阻等效成电源内阻，当可变电阻等于电源内阻时，其获得功率最大。
②配方法、不等式法等。
③用分式的性质求解极值问题。
电源的输出功率问题
【练10】(单)将一个电源与一电阻箱连接构成闭合回路，测得的电阻箱所消耗的功率P与电阻箱的读数R的关系如图所示，下列说法正确的是
A．电源最大输出功率可能大于45 W
B．电源的内阻为5 Ω
C．电源的电动势为45 V
D．电阻箱消耗的功率为最大值时，电源的效率大于50%
B
电源的输出功率问题
【练11】(单)如图所示，直线A为电源的U I图线，直线B为电阻R的U I图线，用该电源和电阻组成闭合电路时，电源的输出功率和电路的总功率分别是
A．4 W，8 W
B．2 W，4 W
C．4 W，6 W
D．2 W，3 W
C
【思考】
1、如果将两个这样的电阻串联后接在电源两端，则每个电阻的功率为多大？
2、如果将两个这样的电阻并联后接在电源两端，则每个电阻的功率为多大？
电源的输出功率问题
【练12】(单)如图所示电路中，电源电动势为E，电源内阻为r，串联的固定电阻为R2，滑动变阻器的总电阻为R1，电阻大小关系为R1=R2=r，则在滑动触头从a端移动到b端的过程中，下列描述中正确的是
A．电路中的总电流
先增大后减小
B．电路的路端电压
先增大后减小
C．电源的输出功率
先增大后减小
D．滑动变阻器R1上消耗的功率先减小后增大
B
1、如图电路中，电源电压为60V，内阻不计，电阻R＝2Ω，电动机的内电阻为R0＝1.6Ω ，电压表的示数为50V，电动机正常工作，求电动机的输出功率？
【作业】