高中物理粤教版选修3-1 2.5 电功率 课件2（26张PPT)

(共26张PPT)
第二章
电
路
第
五
节
电
功
率
对于这些常见的电器，它们的共同特征是什么？
——电能转化为内能
问题探究
提问：在静电学中，我们怎样计算电场力做功？
问题探究
一、电功和电功率
如图，一段电路两端的电压为U，通过的电流为I，在时间t内通过这段电路任一横截的电荷量q=It．
则电场力做功W＝qU
即：W＝UIt
　　
1．电功
（1）定义：在一段电路中电场力所做的功，也就是通常所说的电流所做的功，简称为电功．
（3）单位：焦（J）
常用单位有千瓦时（kW·h）.
　1kW·h＝3.6×106J
探究结论
（2）公式
W＝UIt
2．电功率
（1）定义：单位时间内电流所做的功
（3）电功率表示电流做功的快慢．
（4）单位：瓦（W）
常用单位：千瓦（kW）．
　1kW＝103W
（2）表达式：P＝＝UI.
电炉丝和导线通过电流相同，为什么电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热?
电流通过导体时产生热的多少跟什么因素有关?
问题探究
实验探究
实验结论：导体产生的热量与导体电阻、通过导体的电流、通电时间有关。
1．内容：电流通过导体时产生的热量Q等于电流I的二次方、导体的电阻
R
和通电时间
t
三者的乘积
．
3.适用范围：适用于纯电阻电路，也适用于非纯电阻电路．
纯电阻电路：只含有电阻的电路、如电炉、电烙铁、白炽灯等。
非纯电阻电路：电路中含有电动机或有电解槽的电路．
　
探究结论
二、焦耳定律
2．表达式：Q＝I2Rt.
4．热功率：单位时间内导体的发热量叫做热功率．
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．
P＝＝I2R.
探究结论
问题探究
问题：电功率和热功率都反映做功的快慢，二者意义是否相同？在纯电阻电路中电功和电功率的关系如何？在非纯电阻电路中电功和电功率的关系如何？
3．纯电阻电路和非纯电阻电路的比较
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的能的用电器
电流、电压、
电阻三者的
关系
遵循欧姆定律I＝U/R
不服从欧姆定律，由UIt＝I2Rt＋W知U＞IR或I＜
探究结论
电源提供的电能为：W非静电力=qE=IEt
（1）合上开关，电路中有电流的同时伴随能量的转化，在时间t内，有多少化学能转化为电能，如何计算？
三、闭合电路中的功率
问题探究
外电路
内电路
（2）合上开关，在时间t内，整个电路中电能转化为什么能？是多少？
外电路产生电热为：Q外=I2Rt
内电路产生电热为：Q内=I2Rt
电源提供的电能为：W=qE=IEt
（3）在时间t内，写出闭合回路的能量转化与守恒方程
外电路产生电热为：Q外=I2Rt
内电路产生电热为：Q内=I2rt
由能量守恒：
1、W=Q外+Q内
2、IEt=I2Rt+I2rt
3、IE=I2R+I2r
问题探究
外电路
内电路
4、IE=IU外+IU内
课堂学习
（4）输出功率随外电阻R的变化关系：
①当R＝r时，电源的输出功率最大，Pm＝，此时电源效率η＝50%.
②当R＞r时，随着R的增大输出功率越来越小．
③当R＜r时，随着R的增大输出功率越来越大．
④
P出与R的关系如右图所示．
例1：规格为“220V，1000W”的电炉，求：
???（1）电炉正常工作时，通过电阻丝的电流
（2）
电炉的电阻
(2)电炉的电阻：
R=U额2/P额
=2202/1000Ω
=48.4Ω
典例精析
电功率的计算式P=UI
电炉是纯电阻电路，电功率也可用计算
解：
(1)由P=UI知，电炉正常工作时：I额=P额/U额
=1000/220A
≈4.5A
　　1.一根
60
Ω
的电阻丝接在
36
V的电源两端，在
5
min内共产生多少热量?
针对训练
电阻丝为纯电阻元件，可用欧姆定律计算电流
I=
根据焦耳定律可计算热量：Q=I2Rt=6480J
例2.
如图所示，有一提升重物用的直流电动机，内阻RM＝0.6
Ω，R＝10
Ω，U＝160
V，电压表的读数为110
V．则：
(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)电动机工作1
h所产生的热量是多少？
典例精析
电路中含有电动机，欧姆定律不成立
可先计算电阻R的电流，即可得电动机的电流
电动机的输入功率可用电动机的输入电压和输入电流计算
焦耳定律对于电动机同样适用
解析：
(1)R两端的电压为
UR＝U－UM＝160
V－110
V＝50
V，
I＝＝A＝5
A.
(2)P入＝UMI＝110×5
W＝550
W.
(3)Q＝I2RMt＝5.4×104
J
答案：(1)5
A　(2)550
W　(3)5.4×104
J
典例精析
2.
一台电动机内阻为1
Ω，接到120
V的电源上．当电动机工作时，电流为10
A．问：
(1)电动机输入功率是多少？
(2)电动机发热功率是多少？
(3)输出的机械功率是多少？
解析：
(1)输入功率P电＝UI＝120×10
W＝1
200
W.
(2)发热功率P热＝I2r＝102×1
W＝100
W.
(3)机械功率P机＝P电－P热＝1
200
W－100
W＝1
100
W.
答案：
(1)1
200
W　(2)100
W　(3)1
100
W
针对训练
由输入电压和输入电流可计算输入功率
发热功率等于I2Rt
输出功率等于输入电流减去发热功率
例3．一电源与电阻R组成串联电路，电源的路端电压U随电流的变化图线及外电阻的U－I图线分别如右图所示，求：
(1)电源的电动势和内阻；
(2)电源的路端电压；
(3)电源的输出功率．
纵坐标为电源的电动势
横坐标为短路电流
图线斜率的绝对值为内电阻
图线交点坐标即为工作电流和电压
典例精析
例3．一电源与电阻R组成串联电路，电源的路端电压U随电流的变化图线及外电阻的U－I图线分别如右图所示，求：
(1)电源的电动势和内阻；
纵坐标为电源的电动势
横坐标为短路电流
图线斜率的绝对值为内电阻
解析：(1)由题图所示U－I图线知：电源电动势E＝4
V，短路电流I短＝4
A．
故内阻r＝＝1
Ω.
典例精析
例3．一电源与电阻R组成串联电路，电源的路端电压U随电流的变化图线及外电阻的U－I图线分别如右图所示，求：
(2)电源的路端电压；
图线交点坐标即为工作电流和电压
解析：(2)由图象知：电源与电阻串联电流I＝1
A，此时对应路端电压U＝3
V.
典例精析
例3．一电源与电阻R组成串联电路，电源的路端电压U随电流的变化图线及外电阻的U－I图线分别如右图所示，求：
(3)电源的输出功率．
由图线可以求出外电阻阻值
解析：(3)由图象知R＝3
Ω.故P出＝I2R＝3
W.
答案：(1)4
V,1
Ω　(2)3
V　(3)3
W
典例精析
课堂练习
1.对于纯电阻用电器，下列说法中正确的是(　　)
A．如果额定功率相同，额定电流较大的用电器电阻较大
B．如果额定功率相同，额定电流较大的用电器电阻较小
C．如果额定电压相同，额定功率较大的用电器电阻较大
D．如果额定电压相同，额定功率较大的用电器电阻较小
解析:由P＝I2R可知，如果额定功率相同，则额定
电流较大的用电器电阻较小；由公式P＝可知，
如果额定电压相同，则额定功率较大的用电器电阻较小．
答案:BD
额定功率相同，用P=I2R分析电流与电阻的关系
额定电压相同，用P=分析电阻与功率的关系
课堂练习
2.如下图所示，电路两端的电压U保持不变，电阻R1、R2、R3消耗的电功率一样大，则电阻之比R1∶R2∶R3是(　　)
A．1∶1∶1
B．4∶1∶1
C．1∶4∶4
D．1∶2∶2
解析:R2与R3并联，U2＝U3且P＝，
故R2＝R3，I2＝I3＝I1
即I1∶I2∶I3＝2∶1∶1，
根据P＝I2R
得R1∶R2∶R3＝1∶4∶4.
课堂练习
3.有一台电风扇，额定电压为220
V，额定电功率为50
W，线圈电阻为0.4
Ω。当电风扇在额定电压下工作时，关于它的线圈电阻每分钟产生的热量是多少，有四位同学计算如下，其中正确的是
A．Q=I2Rt=()2×0.4×60J=1.24J
B．Q=Pt=50×60
J=3000J
C．Q=IUt=×220×60J=3000J
D．Q=t
=×60J=7.26×106
J
适用于任何电路
计算出的是总功
计算出的是总功
对于非纯电阻电路，该式不成立
4.如图所示的电路中，电炉电阻R＝10
Ω，电动机线圈的电阻r＝1
Ω，电路两端电压U＝100
V，电流表的示数为30
A，问通过电动机的电流强度为多少？通电一分钟，电动机做的有用功为多少？
课堂练习
解析：通过电炉的电流强度为I1＝A＝10
A.
通过电动机的电流强度为I2＝I－I1＝20
A.
电动机的总功率为P＝UI2＝100×20
W＝2×103
W.
因发热而损耗的功率为P′＝I2r＝400
W.
电动机的有用功率(机械功率)为P″＝P－P′＝1.6×103
W，电动机通电1
min做的有用功为W＝P″t＝1.6×103×60
J＝9.6×104
J.
答案：20
A　9.6×104
J