高中物理人教版 (2019)必修 第三冊1 電路中的能量轉(zhuǎn)化完美版課件ppt

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高中物理新教材特點分析
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第十二章　電能　能量守恒定律
1.理解電功、電功率、電熱、熱功率的概念，知道它們的區(qū) 別與聯(lián)系.2.知道純電阻電路與非純電阻電路的特點和區(qū)別，理解兩種 電路的能量轉(zhuǎn)化關(guān)系.
SHULIJIAOCAI　 HANGSHIJICHU
一、電功和電功率1.電功(1)電流做功的實質(zhì)是，導體中的恒定電場對自由電荷的　　　在做功.電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能，是通過　　　　來實現(xiàn)的.(2)電功的計算公式：W＝　　.單位：　　，符號為　.常用的單位：千瓦時(kW·h)，也稱“　”，1 kW·h＝　　　　 J.
2.電功率(1)定義：電流在一段電路中所做的功與通電　　之比.(2)公式：P＝ ＝　　.(3)單位：　　，符號為　 .(4)意義：表示電流做功的　　.
二、焦耳定律1.焦耳定律(1)內(nèi)容：電流通過導體產(chǎn)生的熱量跟　　　　　　成正比，跟導體的　　及　　　　成正比.(2)表達式：Q＝　　.2.熱功率(1)定義：　　　　內(nèi)的發(fā)熱量稱為熱功率.(2)公式：P熱＝I2R.
三、電路中的能量轉(zhuǎn)化1.電動機消耗的功率P電＝ .2.電動機線圈電阻上的熱功率P熱＝I2R.3.電動機輸出功率P機＝UI－I2R.
1.判斷下列說法的正誤.(1)電功率越大，表示電流做功越多.(　　)(2)電功W＝UIt可以用來計算所有電路中電流所做的功.(　　)(3)電熱Q＝I2Rt可以用來計算所有含有電阻的電路中產(chǎn)生的焦耳熱.(　　)(4)電動機消耗的電能，一部分轉(zhuǎn)化為機械能，一部分轉(zhuǎn)化為線圈內(nèi)阻上的電熱.(　　)(5)三個公式P＝UI、P＝I2R、P＝ 沒有任何區(qū)別，它們表達相同的意義，所以三式中P都是電功率.(　　)
2.通過電阻R的電流為I時，在t時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量為Q，若電阻為2R，電流為 ，則在時間t內(nèi)產(chǎn)生的熱量為____.
TANJIUZHONGDIAN　 TISHENGSUYANG
電吹風工作時，將電能轉(zhuǎn)化為什么能？電熨斗工作時，將電能轉(zhuǎn)化為什么能？
答案　電吹風工作時，將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能和機械能.電熨斗工作時，將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能.
1.電功和電功率W＝UIt是電功的計算式，P＝UI是電功率的計算式，適用于任何電路.2.電熱和熱功率Q＝I2Rt是電熱的計算式，P熱＝I2R是熱功率的計算式，可以計算任何電路產(chǎn)生的電熱和熱功率.3.電功和電熱的關(guān)系(1)在純電阻電路中：
(2)在非純電阻電路中：①電功大于電熱，W＝Q＋W其他，電功只能用W＝UIt計算，電功率只能用P＝UI計算；②電熱只能用Q＝I2Rt計算，熱功率只能用P＝I2R計算；③歐姆定律不成立，由UIt>I2Rt得：U>IR.
例1　(多選)對電功及焦耳定律公式的理解正確的是A.焦耳定律適用于一切電路的焦耳熱的求解B.電功公式W＝UIt、焦耳定律公式Q＝I2Rt都適合于任何電路，因此W一　定等于QC.非純電阻電路中的電功可能等于焦耳熱D.電功的另一表達式W＝ 　只適用于純電阻電路
解析　任何電路的焦耳熱都可用焦耳定律求解，A正確；B選項中的兩個公式均適合于任何電路，但W不一定等于Q，B錯誤；非純電阻電路中的電功一定大于焦耳熱，C錯誤；
例2　如圖1所示，一幢居民樓里住著生活需求各不相同的24戶居民，所以整幢居民樓里有各種不同的電器，例如電爐、電視機、微波爐、電風扇等.停電時，用歐姆表測得A、B間電阻為R；供電后，各家電器同時使用，測得A、B間電壓為U，進線電流為I，則計算該幢居民樓用電的總功率可以用的公式是
解析　家用電器中有純電阻也有非純電阻，故總電功率只能用P＝UI來計算，C正確.
二、純電阻電路中功率的分配與計算
2.串、并聯(lián)電路中的功率關(guān)系
3.額定功率和實際功率(1)用電器正常工作時所消耗的電功率叫作額定功率.當實際電壓達到額定電壓時，實際功率等于額定功率.(2)為了用電器不被燒毀，實際功率不能大于額定功率.
例3　(2020·廣州市模擬)定值電阻R1、R2、R3的阻值均為2 Ω，在電路中允許消耗的電功率的最大值分別為10 W、10 W、2 W，現(xiàn)將這三個電阻按照如圖2所示的方式連接，則這部分電路消耗的電功率的最大值為
A.22 W B.12 W C.15 W D.16 W
解析　首先分析兩個并聯(lián)電阻R2、R3所允許消耗的最大功率，因為R2與R3并聯(lián)，則兩端電壓相等，由公式P＝ 可知，R2與R3所消耗的電功率一樣.
已知R2與R3本身允許的最大電功率分別是10 W和2 W，所以R2、R3在該電路中消耗的最大電功率都是2 W，否則會超過R3的最大電功率.再分析R1在電路中允許消耗的最大電功率，把R2與R3看成一個并聯(lián)電阻R′，則電路就是R1與R′串聯(lián)，而串聯(lián)電路電流處處相等，再由P＝I2R知，R1與R′所消耗的電功率之比為 ＝2，則R1消耗的電功率為2×4 W＝8 W3P乙C.P乙＝3P甲 D.P乙>3P甲
解析　設(shè)燈泡正常發(fā)光時的電流為I，題圖甲中，電路的總電流為3I，則P甲＝U·3I，題圖乙中，電路的總電流為I，則P乙＝U·I，所以P甲＝3P乙，選項A正確.
三、非純電阻電路功率的分析與計算
1.電動機的功率和效率(1)電動機的輸入功率是電動機消耗的總功率，P電＝UI.(2)電動機的熱功率是線圈上電阻的發(fā)熱功率，P熱＝I2R.(3)電動機的輸出功率是電動機將電能轉(zhuǎn)化為機械能的功率P出＝P機.三者關(guān)系為：P電＝P熱＋P機
2.串、并聯(lián)電路的總功率(1)串聯(lián)電路：P總＝U總I＝(U1＋U2＋U3＋…＋Un)I＝P1＋P2＋P3＋…＋Pn(2)并聯(lián)電路：P總＝UI總＝U(I1＋I2＋I3＋…＋In)＝P1＋P2＋P3＋…＋Pn從能量轉(zhuǎn)化的角度看，無論是串聯(lián)電路還是并聯(lián)電路，無論是純電阻電路還是非純電阻電路，電路消耗的總功率均等于電路中各部分消耗的功率之和.
例4　(2020·九江一中月考)有一個直流電動機，把它接入0.2 V電壓的電路時，電動機不轉(zhuǎn)，測得流過電動機的電流是0.4 A；把它接入2 V電壓的電路中，電動機正常工作，工作電流是1 A.(1)求這臺電動機的內(nèi)阻；答案　0.5 Ω
解析　電動機不轉(zhuǎn)時電路為純電阻電路，由歐姆定律可知電動機線圈的內(nèi)阻r＝ ＝0.5 Ω
(2)求電動機正常工作時的輸出功率；答案　1.5 W
解析　電動機正常工作時電路為非純電阻電路，消耗的總功率P總＝UI＝2×1 W＝2 W線圈內(nèi)阻的熱功率P熱＝I2r＝12×0.5 W＝0.5 W則電動機正常工作時的輸出功率P出＝P總－P熱＝2 W－0.5 W＝1.5 W
(3)如在正常工作時，轉(zhuǎn)子突然被卡住，此時電動機的發(fā)熱功率為多大？答案　8 W
解析　電動機的轉(zhuǎn)子突然被卡住時，此時電路為純電阻電路，發(fā)熱功率P＝ ＝8 W.
例5　小型直流電動機(其線圈內(nèi)阻為r＝1 Ω)與規(guī)格為“4 V　4 W”的小燈泡并聯(lián)，再與阻值為R＝5 Ω的電阻串聯(lián)，然后接至U＝12 V的電源上，如圖4所示，小燈泡恰好正常發(fā)光，電動機正常工作，求：
(1)通過電動機的電流；
通過電動機的電流I＝IR－IL＝0.6 A.
(2)電動機的輸出功率P出；
解析　電動機消耗的總功率P＝ULI＝4×0.6 W＝2.4 W電動機線圈內(nèi)阻的熱功率P熱＝I2r＝(0.6)2×1 W＝0.36 W電動機的輸出功率P出＝P－P熱＝2.4 W－0.36 W＝2.04 W
KE SHI DUI DIAN LIAN
考點一　電功和電熱的理解1.(多選)下列關(guān)于電功、電功率和焦耳定律的說法中正確的是A.電功率越大，電流做功越快，電路中產(chǎn)生的焦耳熱一定越多B.W＝UIt適用于任何電路，而W＝I2Rt＝ t只適用于純電阻電路C.在非純電阻電路中，UI>I2RD.焦耳熱Q＝I2Rt適用于任何電路
在非純電阻電路中，W＝Q＋W其他，所以W>Q，故UI>I2R，C正確.Q＝I2Rt是焦耳熱的定義式，適用于任何電路，D正確.
2.室內(nèi)有幾種家庭常用電器：1.5 kW的電飯煲、200 W的電冰箱、750 W的取暖器、250 W的電視機和2 kW的空調(diào)器.如果進線處有13 A的保險絲，供電電壓為220 V，下列情況下不能同時使用的是A.電飯煲和電冰箱B.取暖器和空調(diào)器C.電飯煲和空調(diào)器D.電冰箱、電視機和空調(diào)器
解析　電路中允許的最大功率為Pm＝UI＝2 860 W.用電器的功率之和大于Pm時，用電器就不可以同時使用，故選C.
考點二　純電阻電路的分析及計算3.如圖1所示為某兩個電阻的U－I圖像，則電阻之比R1∶R2和把兩電阻串聯(lián)后接入電路時消耗功率之比P1∶P2及并聯(lián)后接入電路時消耗功率之比P1′∶P2′分別是A.2∶1　2∶1　1∶2B.2∶1　1∶2　2∶1C.1∶2　1∶2　2∶1D.1∶2　2∶1　1∶2
4.額定電壓均為110 V，額定功率PA＝100 W，PB＝40 W的A、B兩盞燈泡，若接在電壓為220 V的電路上，使兩盞燈泡均能正常發(fā)光，且消耗功率最小的電路是
對于A電路，由于RA＜RB，所以UB＞UA，UB＋UA＝220 V，則UB＞110 V，B燈被燒毀，UA＜110 V，A燈不能正常發(fā)光；對于B電路，由于RB＞RA，A燈與滑動變阻器并聯(lián)，并聯(lián)電阻小于RB，所以UB＞U并，則UB＞110 V，B燈被燒毀，A燈不能正常發(fā)光；對于C電路，B燈與滑動變阻器并聯(lián)，并聯(lián)電阻可能等于RA，所以可能UA＝UB＝110 V，兩燈可以正常發(fā)光；
對于D電路，若滑動變阻器的有效電阻等于A燈、B燈的并聯(lián)電阻，則UA＝UB＝110 V，兩燈可以正常發(fā)光.比較C、D兩個電路，當燈A、B均正常發(fā)光時，由于C電路中滑動變阻器功率為(IA－IB)×110 V，而D電路中滑動變阻器功率為(IA＋IB)×110 V，所以C電路消耗電功率最小，綜上所述，C正確.
5.(2020·河北黃驊中學高二檢測)如圖2所示是飲水機的工作電路簡化圖，S是溫控開關(guān)，當水溫升高到一定溫度時，它會自動切換，使飲水機處于保溫狀態(tài)；R0是飲水機加熱管電阻，R是與加熱管串聯(lián)的電阻.表格是從其說明書中摘錄的一些技術(shù)數(shù)據(jù).不考慮R0、R的電阻受溫度變化的影響，表中的功率均指加熱管的功率.當S閉合時，飲水機的工作狀態(tài)和R0的阻值是
A.加熱，88 Ω B.加熱，220 ΩC.保溫，88 Ω D.保溫，220 Ω
解析　由電功率公式P＝ 可知，電壓不變的條件下，電阻越小功率越大.電源電壓不變，當S閉合時，電阻R被短路，只有R0接在電路中，電路中的電阻變小，總功率變大，因而開關(guān)S閉合時是加熱狀態(tài).
考點三　非純電阻電路的分析與計算6.如圖3所示，直流電動機M的線圈電阻為r，接入電壓恒為U的電源時，電動機正常工作，此時電動機中通過的電流為I、消耗的電功率為P、線圈電阻的發(fā)熱功率為P熱、輸出的機械功率為P出.則下列關(guān)系式正確的是
7.如圖4所示，有一內(nèi)電阻為4.4 Ω的電解槽和一盞標有“110 V　60 W”的燈泡串聯(lián)后接在電壓為220 V的直流電路兩端，燈泡正常發(fā)光，則A.電解槽消耗的電功率為120 WB.電解槽的發(fā)熱功率為60 WC.電解槽消耗的電功率為60 WD.整個電路消耗的總功率為60 W
解析　燈泡正常發(fā)光，說明電解槽和燈泡均分得110 V電壓，且由于電解槽和燈泡串聯(lián)，它們的電流相等，所以有I＝I燈＝ A，則電解槽消耗的電功率P＝P燈＝60 W，A錯誤，C正確；電解槽的發(fā)熱功率P熱＝I2R內(nèi)≈1.3 W，B錯誤；整個電路消耗的總功率P總＝220× W＝120 W，D錯誤.
8.(2020·吉林榆樹一中期中)在如圖5所示的電路中，輸入電壓U恒為8 V，燈泡L標有“3 V　6 W”字樣，電動機線圈的電阻RM＝0.5 Ω.若燈泡恰能正常發(fā)光，下列說法正確的是A.電動機的輸入電壓是8 VB.流過電動機的電流是10 AC.電動機的效率是80%D.整個電路消耗的電功率是10 W
解析　電動機的輸入電壓U1＝U－UL＝8 V－3 V＝5 V，故A錯誤；
整個電路消耗的電功率P總＝UI＝8×2 W＝16 W，故D錯誤.
9.在如圖6所示的電路中，有四盞燈，L1和L2都標有“220 V　100 W”字樣，L3和L4都標有“220 V　40 W”字樣，把電路接通后，最暗的是A.L1 D.L4
設(shè)L1、L2、L3、L4實際消耗的功率分別為P1、P2、P3、P4.由題圖可知，通過L1的電流大于通過L2的電流，由公式P＝I2R得到，P1>P2.同理，P4＞P3，P4＞P1.
故P4＞P1>P2>P3，所以L3最暗.
10.(多選)(2020·廣西高二期末)國慶期間小明去逛超市，遇促銷打折買了一個電吹風，電吹風的使用說明書上給出了如表所示的參數(shù)及圖7所示電路圖.
下列說法正確的是A.該電吹風發(fā)熱電阻R的阻值約為64.5 ΩB.該電吹風電動機M的內(nèi)阻為193.6 ΩC.當開關(guān)S1斷開、S2閉合時，電吹風吹冷風D.當開關(guān)S1、S2均閉合時，電動機每秒消耗的電能為1 000 J
由題圖可知當開關(guān)S1斷開、S2閉合時，發(fā)熱電阻斷路，電吹風吹冷風，故C正確；當開關(guān)S1、S2均閉合時，電動機正常工作，功率仍然為250 W，故電動機每秒消耗的電能為W＝PMt＝250×1 J＝250 J，故D錯誤.
11.如圖8所示，M為電動機，N為電爐，電爐的電阻R＝4 Ω，電動機的內(nèi)阻r＝1 Ω，恒定電壓U＝12 V.當S1閉合、S2斷開時，理想電流表A示數(shù)為I1；當S1、S2同時閉合時，理想電流表A示數(shù)為I2＝5 A.求：(1)理想電流表的示數(shù)I1及電爐發(fā)熱功率；答案　3 A　36 W
解析　電爐為純電阻元件，由歐姆定律得：I1＝ ＝3 A其發(fā)熱功率為：PR＝I12R＝32×4 W＝36 W；
(2)電動機的輸出功率.答案　20 W
解析　當S1、S2同時閉合時，流過電動機的電流為：I3＝I2－I1＝2 A，電動機為非純電阻元件，由能量守恒定律得：UI3＝P出＋I32r，代入數(shù)據(jù)解得：P出＝20 W.
12.(2020·江蘇南京師大附屬實驗學校期中)如圖9所示是利用電動機提升重物的示意圖，其中D是直流電動機，P是一個質(zhì)量為m的重物，它用細繩拴在電動機的軸上.閉合開關(guān)S，重物P以速度v勻速上升，這時理想電流表和理想電壓表的示數(shù)分別是I＝5 A和U＝110 V，重物P上升的速度v＝0.7 m/s.已知重物的質(zhì)量m＝45 kg，g取10 m/s2.求：
(1)電動機消耗的電功率P電；
解析　根據(jù)電功率表達式可知，電動機消耗的電功率為P電＝UI＝110×5 W＝550 W.
(2)細繩對重物做功的機械功率P機；
解析　以重物為研究對象，由于重物勻速上升，有F－mg＝0，P機＝Fv聯(lián)立并代入數(shù)據(jù)得P機＝315 W