4.4電路中的能量轉(zhuǎn)化與轉(zhuǎn)移

1、滬科版高二物理選修3-1 第四章第4節(jié)知識鏈接1.電流的定義式是I=_,則 q= 。2.電場力做功的計算公式 W= 。3.功的單位有 和 ，兩者的換算關(guān)系是 。功率的單位有 和 。ItqUJKWhWKW1.根據(jù)我們的生活經(jīng)驗和所見所聞列舉常見的用電器，并說明是電能主要轉(zhuǎn)化為什么能？提示：(1)日光燈，把電能轉(zhuǎn)化為光能.(2)電熱毯、電熨斗、電飯煲、電熱水器，把電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能(熱能).(3)電動機，把電能轉(zhuǎn)化為機械能.(4)音響，把電能轉(zhuǎn)化為聲能.(5)電解槽，把電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能.2.試從力的角度和能的角度分析電功的實質(zhì)是什么？提示：(1)從力的角度看,電流做功的實質(zhì)是電場力對自由電荷做功.(2

2、)從能的角度看,電流做功過程是電能轉(zhuǎn)化為其他形式能的過程,電功的大小量度了電能的減少量,標志著電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能的多少.3.電功率有何意義？用電器銘牌上所標的功率有何意義？提示：(1)電功率是描述用電器電流做功快慢的物理量.(2)用電器銘牌上所標功率指的是用電器的額定功率，即用電器能長時間正常工作時的最大功率，用電器實際工作時，其功率不一定等于額定功率，一般要小于或等于額定功率.【典例1】規(guī)格為“220 V，1 000 W”的電爐，求：(1)電爐正常工作時，通過電阻絲的電流；(2)電爐正常工作時的電阻.【思路點撥】解此題要抓住以下兩個方面：(1)明確電爐正常工作時的電阻和通過的電流對應(yīng)的電

3、壓和功率.(2)能根據(jù)功率公式和電阻的定義式確定求電流和電阻的計算式. 【自主解答】(1)由P=UI知，電爐正常工作時：I=P/U=1 000/220 A=4.5 A.(2)電爐正常工作時的電阻：由P=UI和R=U/I得R=U2/P=48.4 .1.分析比較純電阻電路和非純電阻電路中的電功和電熱的關(guān)系.提示：(1)純電阻電路中，由于滿足U=IR，故UIt=I2Rt，電功和電熱在數(shù)值上相等，即W=Q.(2)非純電阻電路中，由于U=IR不再成立，UItI2Rt，電功和電熱不相等，一般是電功大于電熱，例如電動機在工作時，電功在數(shù)值上等于電動機產(chǎn)生的電熱與機械能之和，即W=Q+E機.2.試從微觀和能的

4、角度分析電熱的本質(zhì)是什么？提示：(1)從微觀的角度看,電熱是自由電荷在導(dǎo)體中定向移動時,由于導(dǎo)體中金屬離子的存在,自由電荷不斷地與金屬離子發(fā)生碰撞,使得金屬離子運動的程度加劇.從而使導(dǎo)體溫度升高,即產(chǎn)生電熱.(2)從能的角度看,電熱表示電流通過導(dǎo)體時消耗的電能中轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的部分,即電熱是電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的量度.3.列舉日常生活中利用電流的熱效應(yīng)的用電器，指出電流熱效應(yīng)不利的方面.提示：(1)利用電熱的用電器有電熱水器、電飯鍋、電熨斗、電烤箱等.(2)電流的熱效應(yīng)也有不利的一面，如插頭與插座間發(fā)熱，導(dǎo)線發(fā)熱，發(fā)電機及電動機發(fā)熱，還有計算機的CPU發(fā)熱都會對用電器造成危害.4.探究討論電功率與熱功率

5、的含義及計算公式分別是什么？它們是否相等？提示：(1)電功率是指某段電路的全部電功率，或這段電路上消耗的全部電功率，計算公式P=IU；熱功率是指在這段電路上因發(fā)熱而消耗的功率.計算公式P=I2R.(2)對于純電阻電路，電功率等于熱功率，即UI=I2R=對于非純電阻電路,UIR.此時電功率要大于熱功率,即UII2R.【典例2】有一直流電動機，把它接入0.2 V電壓的電路中，電動機不轉(zhuǎn)，測得流過電動機的電流是0.4 A;若把電動機接入2.0 V電壓的電路中，電動機正常工作，工作電流是1.0 A.求電動機正常工作時的輸出功率多大？如果在電動機正常工作時，轉(zhuǎn)子突然被卡住，電動機的發(fā)熱功率是多大？【思路

6、點撥】求解此類問題要把握以下三點：(1)在什么情況下可以看成純電阻電路，什么情況下是非純電阻電路.(2)它們各自的能量轉(zhuǎn)化情況，即遵守的物理規(guī)律.(3)各個公式的物理量與電路中各個參數(shù)的對應(yīng)關(guān)系. 【自主解答】當電動機轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)時，電動機無機械能輸出，故電能全部轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，相當于純電阻電路，歐姆定律成立.當電動機轉(zhuǎn)動時，一部分電能轉(zhuǎn)化成機械能輸出，但因線圈有電阻，故又在該電阻上產(chǎn)生內(nèi)能，輸入的電功率P電=P熱+P機.接U=0.2 V電壓，電動機不轉(zhuǎn)，電流I=0.4 A,根據(jù)歐姆定律，線圈電阻R= =0.5 當接U=2.0 V電壓時，電流I=1.0 A,故輸入電功率P電=UI=2.01.0 W=2

7、.0 W熱功率P熱=I2R=1.020.5 W=0.5 W,故輸出功率即機械功率P機=P電-P熱=(2.0-0.5) W=1.5 W如果正常工作時，轉(zhuǎn)子被卡住，則電能全部轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，故其發(fā)熱功率:P熱= =8 W.答案:1.5 W 8 W1電源的總功率 .2電源的輸出功率 .3內(nèi)電路上消耗的功率 .4電源的效率 100 100EIUI1.分析閉合的純電阻電路中的電源的總功率EI.電源內(nèi)阻消耗的功率I2r與電源的輸出功率I2R存在什么關(guān)系?提示：由能量守恒EIt=I2Rt+I2rt知EI=I2R+I2r.2.討論什么情況下電源的輸出功率最大,此時電源的效率為多少?（請觀看微課視頻）提示：(1)電

8、源的輸出功率P出=I2R=由此可知當R=r時，電源有最大輸出功率P出max=(2)此時電源的效率【典例3】(2011南京高二檢測)在如圖所示的電路中，所用電源電動勢E=10 V，內(nèi)電阻r=1.0 ，電阻R1可調(diào).現(xiàn)將R1調(diào)到3.0 后固定.已知R2=16 ，R3=求： (1)開關(guān)S斷開和接通時，通過R1的電流分別為多大？(2)為了使A、B之間電路的電功率在開關(guān)S接通時能達到最大值，應(yīng)將R1的阻值調(diào)到多大？這時A、B間電路消耗的電功率將是多少？【思路點撥】解答本題應(yīng)把握以下三點：(1)要熟悉閉合電路歐姆定律的內(nèi)容.(2)要能正確分析出電阻的連接方式.(3)要會使用路端電壓與負載的關(guān)系進行討論.

9、【自主解答】(1)根據(jù)閉合電路歐姆定律得：S斷開時：I=10/(16+3+1) A=10/20 A=0.5 A.S閉合時：RAB=(R2R3)/(R2+R3)=1.0 所以I=10/(1+3+1) A=2.0 A.(2)S閉合時，RAB=1.0 是定值電阻，所以電流越大，功率越大，所以應(yīng)將R1調(diào)為零.A、B間電路消耗的電功率為：PAB=E2/(RAB+r)0.5=25 W.答案:(1)0.5 A 2.0 A (2)0 25 W【典例4】如圖所示，線段A為某電源U-I圖線，線段B為某電阻R的U-I圖線以上述電源和電阻組成閉合電路時，求：(1)電源的輸出功率P出多大?(2)電源內(nèi)部損耗的電功率P內(nèi)是多少?(3)電源的效率多大?【思路點撥】本題應(yīng)從以下三點考慮(1)電源的U-I圖線與電阻的U-I圖線的物理意義.(2)圖中交點的物理意義.(3)功率的對應(yīng)關(guān)系 【標準解答】根據(jù)題意從A的圖線可讀出E=3 V,Imax=6 A，則r=E