物理：2.5 电功率 课件（粤教版选修3-1）

(共39张PPT)
第五节　电功率
课标定位
学习目标：1.理解电功的概念，掌握电功、电功率和焦耳定律的计算公式．
2．搞清电功率和热功率的区别和联系．
3．知道闭合电路的功率计算公式，利用功率公式分析电源工作时能量
的转移情况．
重点难点：电功、电功率和热功率的理解和计算
一、电功和电功率
1．电功：电流通过一段电路时，自由电荷在_______的推动下作定向移动， _______对自由电荷所做的功称为电功．即通常说的电流所做的功．电功的计算公式是_______.
2．电功率：单位时间内电流所做的功称为电功率．电功率的计算公式是_______.
电场力
电场力
W＝UIt
P＝UI
思考感悟
1．电流做功的实质是什么？
提示：电能转化为其他形式的能量．
二、焦耳定律和热功率
1．电场力对电荷做功的过程是电能转化为____ _________的过程，在一段只有电阻元件的___ __________中，电能将转化为_____，热量的计算公式是_________ ，这就是_________，与电阻发热对应的功率叫______，其计算公式是_________.
2．如果不是纯电阻电路，电能除一部分转化为内能外，其他部分转化为机械能、化学能等，这时电功仍然等于____，电阻上产生的热量仍为____，但此时电功比电阻上产生的热量____．
其他
形式能量
纯
电阻电路
内能
Q＝I2Rt
焦耳定律
热功率
P热＝I2R
UIt
I2Rt
大
思考感悟
2．焦耳定律是如何得出的？
提示：是英国物理学家焦耳用实验直接得到的．
三、闭合电路中的功率
在含有电源的闭合电路中，由E＝U外＋U内可得EI＝U外I＋U内I，这表明，电源提供的电功率等于外电路和内电路消耗的电功率之和，即电源提供的能量一部分消耗在外电路上，另一部分消耗在内电阻上．
思考感悟
3．电源电动势的物理意义是什么？
提示：电动势反映了电源把其他形式的能量转化为电能的能力．电动势越大，电源把其他形式的能转化为电能的能力越强．
一、电功和电功率的理解
1．从能量观点看：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．
2．W＝UIt和P＝UI为计算电功和电功率的定义式，在任何情况下都可使用．用欧姆定律把它们变为W＝I2Rt和P＝I2R，它们只适用纯电阻电路计算电功和电功率．
3．用电器的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(或通以额定电流)时消耗的电功率，用电器的实际功率是用电器在实际工作时消耗的电功率．为了使用电器不被烧毁，要求实际功率不能大于其额定功率．
即时应用?(即时突破，小试牛刀)
1．(单选)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的能的过程
C．电流做功消耗的能量，由电源供给
D．电功就是电能
解析：选D.根据电场力做功的定义及特点，可以判断A、B、C均正确．电功是电能转化为其他形式能量的量度，功和能量是不同的概念，D错，故正确答案为D.
二、电功和电热
1．两种电路的比较
两种接法
比较内容 纯电阻电路 非纯电阻电路
能量转化 电流做功全部转化为电热 电流做功除转化为内能外还要转化为其他形式的能
元件举例 电阻、电炉丝、白炽灯等 电动机、电解槽等
特别提醒：(1)电能全部转化成电热为纯电阻电路，电能转化成电热和其他形式能为非纯电阻电路．
(2)非纯电阻电路只能用Q＝I2Rt计算电热，电功W＝UIt大于Q.
(3)对于含有电动机的电路，电动机转动时是非纯电阻电路，电动机不转时是纯电阻电路．
即时应用?(即时突破，小试牛刀)
2．(单选)(2011年黄冈中学测试)关于电功和电热，下面说法正确的是(　　)
A．任何电路中的电功W＝UIt，电热Q＝I2Rt且W＝Q
B．任何电路中的电功W＝UIt，电热Q＝I2Rt且W有时不等于Q
C．电功W＝UIt在任何电路中都适用，Q＝I2Rt只在纯电阻电路中适用
D．电功W＝UIt，电热Q＝I2Rt，只适用于纯电阻电路
解析：选B.W＝UIt适用于求一切电路中的电功，Q＝I2Rt适用于求一切电路中的电热．在纯电阻电路中，W＝Q，在非纯电阻电路中，W＞Q.B选项正确．
4．闭合电路上功率的分配关系为：P＝P出＋P内，即EI＝U外I＋U内I，其中EI表示电源提供的电功率，U外I和U内I表示电源的外电路和电源的内电路上消耗的电功率，电源的内电路消耗的功率一般是热功率．
公式EI＝U外I＋U内I也是一个能量转化和守恒的体现，它表明电源工作的过程是将电能转化为其他形式的能的过程，在此过程中，能量的总量是不变的，因此可以用能量守恒定律来进行有关的计算．
(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)当P出＜Pm时，每个输出功率对应两个可能的外电阻R1和R2，且R1·R2＝r2；
(5)P出与R的关系如图2－5－1所示．
图2－5－1
特别提醒：计算可变电阻消耗的电功率的方法是将其功率转化为电源(等效电源)的输出功率，利用P出与R的关系进行求解．
即时应用?(即时突破，小试牛刀)
3．在如图2－5－2所示的电路中，已知电源电动势E＝3 V，内电阻r＝1 Ω，电阻R1＝2 Ω，滑动变阻器R的阻值可连续增大，问：
图2－5－2
答案：(1)3 Ω　0.75 W　(2)0　2 W
在研究微型电动机的性能时，可采用如图2－5－3所示的实验电路．当调节调动变阻器R，使电动机停止转动时，电流表和电压表的示数分别为0.5 A和1.0 V；重新调节R，使电动机恢复正常运转时，电流表和电压表的示数分别为2.0 A和15.0 V．求这台电动机正常运转时的输出功率和电动机的线圈电阻．
例1
电功和电热的计算
图2－5－3
【答案】　22.0 W　2 Ω
【方法总结】　非纯电阻电路中欧姆定律I＝U/R不成立．电功率、电热功率只能用P＝UI和P＝I2R求解．其他功率用能量关系处理．
例2
串、并联电路中功率的计算
(单选)给定两只标有“110 V　40 W”的灯泡L1和标有“110 V　100 W”的灯泡L2及一只最大阻值为500 Ω的滑动变阻器R，将它们接在220 V的电路中，在图2－5－4所示的几种接法中，最合理的是(　　)
图2－5－4
【精讲精析】　该题所谓的最合理就是既能使两个灯泡正常发光，又能使滑动变阻器消耗的功率最小，此时电路中的电流应该最小．由L1(110 V,40 W)，L2(110 V,100 W)，可知R1＞R2,由串、并联电流电压特点可知A、D中L1、L2一定不会同时正常发光,虽然B、C能使L1、L2同时正常发光，但B中P总＝2(P1＋P2)，C中P总＝2P2，所以选C.
【答案】　C
如图2－5－5所示是一提升重物用的直流电动机工作时的电路图，电动机内阻r＝0.8 Ω，电路中另一电阻R＝10 Ω，直流电压U＝160 V，电压表示数UV＝110 V．试求：
(1)通过电动机的电流；
(2)输入电动机的电功率；
(3)若电动机以v＝1 m/s匀速竖直向上提升重物，求该重物的质量．(g取10 m/s2)
例3
与力学的综合
a．将两表笔短接，调节P使指针对准刻度盘上欧姆挡的0刻度，断开两表笔
b．将两表笔分别连接到被测电阻的两端，读出Rx的阻值后，断开两表笔
c．旋转S使其尖端对准欧姆挡×1 k
d．旋转S使其尖端对准欧姆挡×100
e．旋转S使其尖端对准交流500 V挡，并拔出两表笔根据图2－4－8所示指针位置，此被测电阻的阻值约为________Ω.
图2－5－5
【思路点拨】　可根据电阻R串联分压和欧姆定律求电流，由P＝UI计算输入电动机的功率，再根据P＝mgv求解质量．P为机械功率等于输入功率减发热功率．
【答案】　(1)5 A　(2)550 W　(3)53 kg
变式训练　(单选)电动自行车因轻便、价格相对低廉、污染和噪音小而受到市民喜爱．某国产品牌电动自行车的铭牌如下，则此车所配电机的内阻为(　　)
规格 后轮驱动直流永磁电机
车型：20″电动自行车 电机输出功率：175 W
电源输出电压：≥36 V 额定工作电压/电流：36 V/5 A
整车质量：40 kg 额定转速：240 r/min
A.7.2 Ω　　　　　　　 B．0.2 Ω
C．7.0 Ω D．7.4 Ω
解析：选B.由额定电压和电流可知电动车的输入功率为：P1＝36×5 W＝180 W，由此可知电动机的发热功率为P2＝180 W－175 W＝5 W，根据公式：P2＝I2r得：r＝0.2 Ω.