5.1 电路中的能量 课件(共41张PPT)

(共41张PPT)
第五章 电能与能源的可持续发展
粤教版 必修三
第一节 电路中的能量
现代生活中随处都可以见到用电设备和用电器，例如电灯、电视、电热水壶、电动汽车等。
那么，你知道这些用电器中的能量是怎样转化的吗？
新课导入
电能转化为其它形式的能，是通过什么方式来实现的？
初中时，我们知道
电动机通电时把电能转化为机械能；
电热水壶通电时，电能转化为内能；
手机电池充电把电能转化成化学能；
温故知新
01
功和能量的变化密切相关。
重力做功对应着重力势能转化为动能，
电场力做功对应着电势能转化为动能，
做功的过程伴随着能量的转化过程，做了多少功就有多少能量发生了转化，即某种形式的能减少，一定存在其他形式的能增加，且减少量和增加量一定相等并且等于使能量转化的功的多少
功是能量转化的标志和量度
电动机通电时把电能转化为机械能；
电功
02
电能转化为其它形式的能，是通过电流做功来实现的。
初中时，我们知道
电热水壶通电时，电能转化为内能；
手机电池充电把电能转化成化学能；
电功
02
用电器工作时，电流做功是什么力做功？
电场线向右
电荷定向移动方向向左
自由电子受电场力向左
电场力做正功
W=qU
q=It
电流做功的实质：恒定电场对自由电荷的静电力作正功，电势能减小，其它形式的能增加。
（1）定义：电路中电场力对定向移动的电荷所做的功，简称电功，通常也说成是电流的功。
（2）表达式：W = UIt
W=UIt
适用一切电路
电功
02
如何推导电功表达式？
（3）意义：量度电能转化为其它形式的能的多少。
（5）标量,单位： J 1kWh=3.6×106J
（6）测量方法：电能表、伏安法等。
（4）决定因素：电功与通过用电器的电量（通过用电器的电流和通电时间）和用电器两端的电压成正比。
电功
02
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？两个档位的电功相同吗？
想一想
电炖锅不同档位做功的快慢不同，如何描述电流做功的快慢？
单位时间内电流所做的功
（2）定义：电流在一段电路中所做的功与通电时间之比
（3）表达式：
（4）标量
（5）单位： W (1kW=103W)
（6）测量方法：电压表和电流表
比值定义法
适用一切电路
电功率
03
（1）物理意义：描述电流做功的快慢
电流在一段电路中做功的功率等于这段电路两端的电压和电流的乘积
额定功率:用电器在额定电压下的功率（铭牌上标出的功率）
实际电压:用电器实际工作时的电压
实际功率:用电器在实际电压下的功率
额定电压:用电器正常工作时电压（铭牌上标出的电压）
常用电路
29寸彩电
电熨斗
电冰箱
微波炉
台灯
额定电压（V）
220
220
220
220
220
额定功率（W）
～150
300～800
100～150
800～1200
40～60
额定功率和实际功率
04
电流做功有没有规律呢
？
想一想
通过电热水器的电流大小为I，加热管的电阻大小为R，电热水器通电时间为t，推导电热水器产生的热量表达式。
想一想
通过电热水器的电流大小为I，加热管的电阻大小为R，电热水器通电时间为t，推导电热水器产生的热量表达式。
焦耳定律
电流通过电热水器，电炉等电热元件做功时，电能全部转化为导体的内能。
纯电阻元件
焦耳定律
PART 02
电流通过某导体产生的热量, 跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻及通电时间成正比。
这个关系式最初是由焦耳通过实验直接得到的，物理学中就把它叫作焦耳定律（Jouleˊs law）。
焦耳
焦耳定律
01
实验表明：焦耳定律适用于纯电阻电路，也适用于非纯电阻电路！
热功率：
(1)单位时间内导体的发热量叫做热功率;
(2)热功率等于通电导体中电流I的二次方与导体电阻R的乘积。
（专指电流发热的功率）
热功率
热功率
02
电功和热量
03
思考：如果电路中还含有除电阻之外的其他负载，如电动机，电路中的能量又改如何转化呢？
如电吹风机吹热风时，消耗电能和产生热量相等吗？
电功
焦耳定律
电流所做的总功
电吹风机消耗的总电能
电吹风机 W ≠Q
只是电能转化为内能的那部分能量
电功率和热功率
04
电流做功的功率
电流发热的功率
电功率
热功率
电吹风机 P ≠
机械能
内能
电能
消耗电能＞产生热量
电功率＞热功率
像吹风机这样包含电动机的用电器
像热水器这样不包含电动机的用电器
内能
电能
消耗电能=产生热量
电功率=热功率
只含有电阻的电路，把电能全部转化为内能，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;
电路中含有电动机在转动或有电解槽在发生化学反应的电路，把电能转化为内能和其它形式的能。
纯电阻电路：
非纯电阻电路：
认识两种电路
05
纯电阻电路:
电能 → 内能
Q
I2Rt
W
IUt
=
I=U/R
非纯电阻电路:
电能 → 内能和其它形式的能
W
Q+E其
IUt
I2Rt
I＜U/R
说明欧姆定律不适用于非纯电阻电路！
＞
指某段电路在某段时间内消耗的全部电能!
指转化为内能的那部分电能!
R
M
两种电路对比分析
03
纯电阻电路:
非纯电阻电路:
I=U/R
电功 = 电热:
W=
IUt =
=I2Rt
U2t/R
电功率=热功率：P = I U = U2/R = I2R =P热
I＜U/R
电功：W= IUt
电热：Q=I2Rt
电功率：P = IU
热功率：P热=I2R
R
M
=Q
两种电路对比分析
03
关于电动机的问题具体该如何处理呢
？
电动机是一种非纯电阻用电器，它把电能转化为机械能和热能。在电路计算中，欧姆定律不再适用。
电动机问题
04
1．输入功率：电动机的总功率；P入＝UI
2．其他功率：电动机做有用功的功率；
3．热功率：电动机线圈上有电阻，电流通过线圈时要发热；P热＝I2r
4．功率关系：P入＝P其他＋P热
5．电动机的效率：
电动机问题
04
电功与电热的计算公式比较:
拓展学习1
05
规律总结：无论是纯电阻电路还是非纯电阻电路，计算电功时都可以用W＝UIt，功率都可以用P＝UI，热量都可以用Q＝I2Rt，热功率都可以用P＝I2R，若用变形式时，就要考虑是否是纯电阻电路。
拓展学习2
06
例题
小明准备参加玩具赛车比赛，他想通过实验挑选一台能量转换效率较高的电动机，实验时他先用手捏住电动机的转轴，使其不转动，然后放手，让电动机正常转动，分别将2次实验的有关数据记录在表格中。
电动机的电压/V 电动机工作状态 通过电动机的电流/A
0.2 不转动 0.4
2.0 正常转动 1.0
请问：
(1)这台电动机线圈的电阻为多少？
(2)当电动机正常工作时，转化为机械能的功率是多少？
(3)当电动机正常工作1分钟时，电动机消耗的电能是多少？
(4)该玩具电动机正常工作时，电能转化为机械能的效率是多少？
电动机电路的分析与计算
【练习8】某一用直流电动机提升重物的装置如上图所示，重物质量m=50kg，电源提供恒定电压U=110V，不计各处摩擦，当电动机以v=0.90m/s的恒定速度向上提升重物时，电路中电流强度I=5A，求电动机线圈电阻R（g=10m/s2）。
v
U=110V
【解析】由 P电= P热+ P机
机械功率：
P机=mgv=50×10×0.9=450W
电功率：
P电=UI=110×5=550W
P热=P电-P机=550-450=100W
由P热=I2R=100W
故，电动机线圈的电阻为4Ω。
得R=4Ω
课堂练习
电源的最大输出功率与用电器消耗的最大电功率
PART 04
例题
如图所示的电路中，定值电阻的阻值均为1Ω，滑动变阻器的最大阻值为4Ω ，电源的电动势，内阻，闭合开关，滑动变阻器的滑片从下端缓慢地移动到上端的过程中，下列说法正确的是（　　）
A．电容器所带的电荷量逐渐减少
B．定值电阻消耗的电功率先减小后增大
C．电源的输出功率的最大值为1.125W
D．滑动变阻器消耗的电功率一直减小
巩固提升
PART 05
《思维导图·电势能和电势》
电路中的
能量转化
电功率
P=UI
做功的快慢
电功
W=UIt
（适用于一切电路）
焦耳定律
电热：Q=I2Rt
热功率：P热=I2R
能量
转化
P电=P机+P热
课堂小结
【练习1】某电吹风简化电路如图所示，其主要部件为电动机M和电热丝，部分技术参数如下表，电吹风在220 V电压下工作。下列说法正确的是（　　）
A．开关S1、S2都闭合时电吹风吹冷风
B．吹热风时通过电热丝的电流为4 A
C．吹热风时电热丝的功率为990 W
D．该电吹风中电动机的内电阻为440Ω
【参考答案】B
课堂练习
额定电压 220V
额定功率 热风时：990W
冷风时：110W
【练习2】（2022·河南·邓州春雨国文学校高二阶段练习）如图所示，把4个完全相同的灯接成如图所示的（a）、（b）两个电路，两电路电源输出电压相同且一定，调节变阻器R1、R2使灯均正常发光，设两个电路消耗的功率分别为Pa、Pb，则（　　）
A．4Pa=Pb
B．Pa=4Pb
C．Pa<4Pb
D．Pa>4Pb
【参考答案】B
课堂练习
【练习3】如图所示，有一提升重物用的直流电动机，内阻r＝0.6Ω，R＝10Ω，U＝160V，电压表的读数为110V，求：
（1）通过电动机的电流；
（2）输入到电动机的功率P入；
（3）电动机的发热功率P热，电动机输出的机械功率。
课堂练习
【解析】（1）电动机和电阻串联，所以电流相等，
电阻R两端电压为：U1＝160V﹣110V＝50V，得电流为：I=5A；
（2）电动机的电功率为：P＝UI＝110×5W＝550W
（3）电动机的热功率为：P热＝I2R＝52×0.6W＝15W
输出的机械功率为：P出＝550W﹣15W＝535W
RA
U
RC
RB
RD
【练习4】四个定值电阻连成如图所示的电路。 RA、Rc的规格为"10V 4W”，RB、RD的规格为"10V 2W”。请按消耗功率大小的顺序排列这四个定值电阻，并说明理由。
A、D串联，根据P=I2R，所以PAB、C并联，根据
，所以PB又因为IA>IC，根据P=I2R，所以PA>PC；
【答案】PD>PA>PC>PC
【解析】
课堂练习
【练习5】（2022·江苏·连云港高中高二阶段练习）DC14.8V/2200mAh的锂电池供电，额定功率为35W，当锂电池剩余电量为总容量的20%时，扫地机器人就自动回座机充电。结合上述信息，下列说法正确的是（　　）
A．DC14.8V/2200mAh表示该电池输出的是交流电
B．该机器人电机的额定电流为0.42A
C．正常工作时机器人电动机每秒钟输出35J动能
D．电池充满电后机器人正常工作约45mim后回座机充电
【参考答案】D
课堂练习
【练习6】（2022·山东省临沂第一中学开学考试）如图所示是“探究电流通过导体时产生热的多少跟什么因素有关”的实验装置，两个透明容器中密封着等量的空气，通电一段时间后，左侧U形管中液面高度差比右侧的大。下列说法错误的是（　 　）
A．U形管中液面高度的变化反映了电阻产生热量的多少
B．通过左、右两边容器中电阻丝的电流相同
C．右边容器中的电阻R2比左边容器中的电阻R1小
D．通电时间相同，两个容器中空气吸收的热量相同
【参考答案】D
课堂练习
【练习7】（2022·河北沧州·高二期中）如图甲所示，用内阻不计的充电宝为一手机充电，其等效电路如图乙所示，充电宝向手机电池充电6min后容量减小了50mAh，此过程可认为输出电流、输出电压U=5V是恒定不变的，手机电池的内阻不能忽略。则下列说法中正确的是（　　）
A．充电宝输送给手机电池的电能为900J
B．充电宝输出的电流为0.05A
C．手机电池的内阻为10Ω
D．手机电池增加的化学能为900J
【参考答案】A
课堂练习
【练习8】某同学在做“调节灯泡亮度”的电学实验时，电路如图所示，电源电压恒为6V，电流表的量程为“0﹣0.6A”电压表量程“0﹣3V”，滑动变阻器的规格为“20Ω 2A”，灯泡L标有“3V 0.9W”字样（忽略灯丝电阻变化），在实验中为了保证所有元件的安全，下列判断正确的是（　　）
A．该电路中，变阻器R接入电路的阻值变化范围为0﹣20Ω
B．该电路消耗的总功率的变化范围为1.2W﹣3.6W
C．该电路中，电流表示数的变化范围为0.3A﹣0.6A
D．该电路中，电灯消耗功率的变化范围为0.4W﹣0.9W
【参考答案】D
课堂练习