高中物理-2.5電功率-第1課時(shí)學(xué)案(含解析)粵教版選修3-1

PAGE2.5電功率第1課時(shí)[學(xué)習(xí)目標(biāo)定位]1.知道并理解電功、電功率的概念，并能利用公式進(jìn)行有關(guān)計(jì)算.2.弄清電功與電熱、電功率與熱功率的區(qū)別和聯(lián)系.3.知道純電阻電路和非純電阻電路的特點(diǎn)和區(qū)別．一、電功和電功率1．電功(1)定義：在一段電路中電場力所做的功稱電功，即通常說的電流所做的功．(2)表達(dá)式：W＝UIt，此式表明：電流在一段電路上所做的功等于這段電路兩端的電壓U、電路中的電流I和通電時(shí)間t三者的乘積．(3)單位：國際單位制中電功的單位是J.2．電功率(1)定義：單位時(shí)間內(nèi)電流所做的功稱為電功率．(2)表達(dá)式P＝eq\f(W,t)＝UI.(3)單位：國際單位制中電功率的單位是W.二、焦耳定律和熱功率1.焦耳定律公式：Q＝I2Rt.2．熱功率(1)定義：一段電路因發(fā)熱而消耗的功率P熱＝eq\f(Q,t)稱為熱功率．(2)公式：P熱＝I2R.三、閉合電路中的功率EI＝U外I＋U內(nèi)I，反映了閉合電路中的能量轉(zhuǎn)化關(guān)系．EI表示電源提供的電功率，U外I和U內(nèi)I分別表示外電路和內(nèi)電路上消耗的電功率.一、電功和電功率[問題設(shè)計(jì)]在日常生活中，經(jīng)常會(huì)用到家用小電器，例如電吹風(fēng)、電熨斗等，它們都會(huì)分為幾擋，像電吹風(fēng)可以吹暖風(fēng)和熱風(fēng)．它們都是通過電流做功把電能轉(zhuǎn)化為熱能的．(1)電流做功的實(shí)質(zhì)是什么？(2)設(shè)加在一段電路兩端的電壓為U，通過電路的電流為I，試推導(dǎo)t時(shí)間內(nèi)電流做功的表達(dá)式及電功率的表達(dá)式．答案(1)因電流是自由電荷在電場力作用下定向移動(dòng)形成的，電流做功實(shí)質(zhì)上是導(dǎo)體中恒定電場對自由電荷的電場力做功．(2)t時(shí)間內(nèi)通過電路的總電荷量q＝It，電場力移動(dòng)電荷做功W＝qU，故t時(shí)間內(nèi)電流做功W＝UIt.又因?yàn)镻＝eq\f(W,t)，可得：P＝UI.[要點(diǎn)提煉]1．電流做了多少功，就有多少電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能，即電功等于電路中電能的減少量．2．電功的實(shí)質(zhì)：電流通過一段電路所做的功，實(shí)質(zhì)是電場力在這段電路中所做的功．3．電功率P＝eq\f(W,t)＝UI，表示電流做功的快慢．二、焦耳定律和熱功率[問題設(shè)計(jì)]1．某同學(xué)家中有一只電爐，電阻為50Ω，試計(jì)算該電爐接到220V電源上在100秒的時(shí)間內(nèi)消耗的電能和產(chǎn)生的熱量．答案I＝eq\f(U,R)W＝UIt＝U·eq\f(U,R)·t＝eq\f(U2,R)t＝96800JQ＝W＝96800J.2．某同學(xué)家中有一電風(fēng)扇，電阻為80Ω，當(dāng)加上220V的電壓時(shí)電流為0.25A，試計(jì)算該風(fēng)扇工作100秒時(shí)間消耗的電能和產(chǎn)生的熱量．答案W＝UIt＝5500JQ＝I2Rt＝500J3．通過上面的計(jì)算比較電爐和電風(fēng)扇消耗的電能和產(chǎn)生的熱量之間的關(guān)系．答案電爐消耗的電能和產(chǎn)生的熱量相等．電風(fēng)扇消耗的電能和產(chǎn)生的熱量不相等．[要點(diǎn)提煉]1．純電阻電路：電流通過純電阻電路做功時(shí)，電能全部轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體的內(nèi)能．W＝Q＝UIt＝I2Rt＝eq\f(U2,R)t；P＝P熱＝UI＝I2R＝eq\f(U2,R).2．非純電阻電路：含有電動(dòng)機(jī)或電解槽的電路稱為非純電阻電路．W＝UIt>Q＝I2Rt；P＝UI>P熱＝I2R.

三、閉合電路中的功率[問題設(shè)計(jì)]根據(jù)閉合電路的歐姆定律，推導(dǎo)閉合電路中能量的轉(zhuǎn)化關(guān)系，并解釋各項(xiàng)的物理意義．答案根據(jù)E＝U內(nèi)＋U外可得EI＝U內(nèi)I＋U外I，式中EI表示電源提供的電功率，U外I表示外電路上消耗的電功率；U內(nèi)I表示內(nèi)電路上消耗的電功率．[要點(diǎn)提煉]1．閉合電路中的能量轉(zhuǎn)化關(guān)系：EI＝U內(nèi)I＋U外I，對于純電阻電路該式可寫為EI＝I2r＋I(xiàn)2R.電動(dòng)勢反映了電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的能力．2．電源的效率η＝eq\f(UI,EI)×100%＝eq\f(U,E)×100%.一、電功、電功率、焦耳熱、熱功率例1(單選)下列關(guān)于電功、電功率和焦耳定律的說法中不正確的是()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＝eq\f(U2,R)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適用于任何電路解析電功率公式P＝eq\f(W,t)，表示電功率越大，電流做功越快．對于一段電路，有焦耳熱Q＝Pt，可見Q與t也有關(guān)，所以P越大，Q不一定越大，A錯(cuò)．W＝UIt是電功的定義式，適用于任何電路，而I＝eq\f(U,R)只適用于純電阻電路，B對．在非純電阻電路中，電流做的功＝焦耳熱＋其他形式的能，所以W>Q，即UI>I2R，C對．Q＝I2Rt是焦耳熱的定義式，適用于任何電路，D對．答案A二、純電阻電路中的功率分配及計(jì)算例2(單選)額定電壓都是110V，額定功率PA＝100W，PB＝40W的燈泡兩盞，若接在電壓為220V的電路上，使兩盞燈炮均能正常發(fā)光，且消耗功率最小的電路是()解析判斷燈泡能否正常發(fā)光，就要判斷電壓是否是額定電壓，或電流是否是額定電流，對燈泡有P＝UI＝eq\f(U2,R)，可知RA＜RB.對于A電路，由于RA＜RB，所以UB＞UA，所以有UB＞110V，B燈燒毀，UA＜110V，A燈不能正常發(fā)光．對于B電路，由于RB＞RA，A燈又并聯(lián)滑動(dòng)變阻器，并聯(lián)電阻小于RB，所以UB＞U并，B燈燒毀，A燈不能正常發(fā)光．對于C電路，B燈與滑動(dòng)變阻器并聯(lián)電阻可能等于RA，所以可能UA＝UB＝110V，兩燈可以正常發(fā)光．對于D電路，若滑動(dòng)變阻器的有效電阻等于A、B的并聯(lián)電阻，則UA＝UB＝110V，兩燈可以正常發(fā)光．比較C、D兩個(gè)電路，由于C電路中滑動(dòng)變阻器功率為(IA－IB)×110V，而D電路中滑動(dòng)變阻器功率為(IA＋I(xiàn)B)×110V，所以C電路消耗電功率最?。鸢窩三、非純電阻電路的特點(diǎn)及計(jì)算例3如圖1所示的電路中，電源電動(dòng)勢E＝10V，內(nèi)阻r＝0.5Ω，電動(dòng)機(jī)的電阻R0＝1.0Ω，電阻R1＝1.5Ω.電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)，電壓表的示數(shù)U1＝3.0V，求：圖1(1)電源釋放的電功率；(2)電動(dòng)機(jī)消耗的電功率和將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的功率；(3)電源的輸出功率和效率．解析(1)電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)，總電流為I＝eq\f(U1,R1)＝eq\f(3.0,1.5)A＝2A，電源釋放的電功率為P釋＝EI＝10×2W＝20W.(2)電動(dòng)機(jī)兩端的電壓為U＝E－Ir－U1＝(10－2×0.5－3.0)V＝6V電動(dòng)機(jī)消耗的電功率為P電＝UI＝6×2W＝12W電動(dòng)機(jī)消耗的熱功率為P熱＝I2R0＝22×1.0W＝4W電動(dòng)機(jī)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能和內(nèi)能，根據(jù)能量守恒得P機(jī)＝P電－P熱＝12W－4W＝8W(3)電源的輸出功率為P出＝P釋－P內(nèi)＝P釋－I2r＝(20－22×0.5)W＝18W，η＝eq\f(P出,P釋)×100%＝eq\f(18,20)×100%＝90%.答案(1)20W(2)12W8W(3)18W90%針對訓(xùn)練一臺電動(dòng)機(jī)內(nèi)阻為1Ω，接到120V的電源上．當(dāng)電動(dòng)機(jī)工作時(shí)，電流為10A．問：(1)電動(dòng)機(jī)輸入功率是多少？(2)電動(dòng)機(jī)發(fā)熱功率是多少？(