高二物理電功率教案

　　一、電功和電功率

　　1.電功是指__________的功，電流在一段電路上所做的功等于這段電路兩端的________、電路中的________和________三者的乘積，表達(dá)式W=________.

　　2.電功率是指____________________________，P=________=________.

　　二、焦耳定律和熱功率

　　1.在一段只有電阻元件的純電阻電路中，電場力所做的功W等于電流通過這段電路時(shí)發(fā)出的________，即Q=W=__________，由歐姆定律U=IR，熱量Q=________，這就是焦耳定律.

　　2.一段電路因發(fā)熱而消耗的功率P熱=______，稱為熱功率.純電阻電路上的熱功率可表示為P熱=__________.

　　3.如果不是純電阻電路，電能除一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能外，其他部分轉(zhuǎn)化為機(jī)械能、化學(xué)能等，這時(shí)的電功仍然等于______，電阻上產(chǎn)生的熱量仍為______，此時(shí)電功比電阻上產(chǎn)生的熱量______.

　　三、閉合電路中的功率

　　1.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.__________表示電源提供的電功率，________和________分別表示外電路和內(nèi)電路上消耗的電功率.公式表明，電源提供的能量一部分消耗在______上，轉(zhuǎn)化為其他形式的能量;另一部分消耗在________上，轉(zhuǎn)化為內(nèi)能.

　　2.電動勢反映了電源把______________ ______轉(zhuǎn)化為電能的能力.當(dāng)電源流過單位電時(shí)，若電源電動勢越大，則電源提供的__________越大，電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的能力越強(qiáng).

　　一、電功和電功率

　　[問題情境]

　　在日常生活中，經(jīng)常會用到家用小電器，例如電吹風(fēng)、電熨斗等，它們都會分為幾檔，像電吹風(fēng)可以吹涼風(fēng)、暖風(fēng)和熱風(fēng).你知道如何計(jì)算它們消耗的電能嗎?

　　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，流過電路的電流為I，試推導(dǎo)電流做功的表達(dá)式.

　　[要點(diǎn)提煉]

　　1.電功的計(jì)算式：______________.

　　2.電功率的計(jì)算式：____________.

　　二、焦耳定律和熱功率

　　[問題情境]

　　隨著家用電器的增多，特別是空調(diào)，電熱器等大功率用電器的使用，引發(fā)的火災(zāi)事故越來越多.據(jù)統(tǒng)計(jì)很大一部分火災(zāi)的事故原因是導(dǎo)線、插座或開關(guān)等元件溫度升高而導(dǎo)致的.電流通過導(dǎo)體為什么會發(fā)熱，產(chǎn)生的熱量與哪些因素有關(guān)呢?

　　1.什么樣的電路是純電阻電路?

　　2.電功和電熱相等嗎?

　　3.比較非純電阻電路中電功與電熱的關(guān)系.

　　[要點(diǎn)提煉]

　　1.焦耳定律的表達(dá)式：____________.

　　2.電功與電熱的關(guān)系：純電阻電路中：________________，非純電阻電路中： __________.

　　三、閉合電路中的功率

　　[問題情境]

　　1.閉合電路中電源電動勢和內(nèi)、外電壓的關(guān)系是怎樣的.

　　2.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.[

　　[要點(diǎn)提煉]

　　1.閉合電路中的能量轉(zhuǎn)化關(guān)系：______________，對于純電阻電路該式可寫為______.

　　2.電動勢反映了電源把________________轉(zhuǎn)化為____________的能力.

　　[問題延伸]

　　1.什么是電源的輸出功率?在一個閉合回路中電源的輸出功率與外電阻之間有怎樣的關(guān)系(純電阻電路)?

　　2.電源的效率如何計(jì)算?它與外電阻有怎樣的關(guān)系?

　　例1 有一個直流電動機(jī)，把它接入0.2 V電壓的電路時(shí)，電動機(jī)不轉(zhuǎn)，測得流過電動機(jī)的電流是0.4 A.若把它接入2 V電壓的電路中，電動機(jī)正常工作，工作電流是1 A.

　　( 1)求電動機(jī)正常工作 時(shí)的輸出功率.

　　(2)若在正常工作時(shí)，轉(zhuǎn)子突然被卡住，此時(shí)電動機(jī)的發(fā)熱功率為多大?

　　變式訓(xùn)練1 某吸塵器中的電動機(jī)線圈電阻為1 ，接在220 V的直流電壓下，工作電流為1 A，則吸塵器消耗的電功率為________;發(fā)熱損耗的功率為________;轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的功率為________.

　　例2

　　圖1

　　如圖1所示，線段A為某電源的U-I圖線，線段B為某電阻R的U-I圖線， 由上述電源和電阻組成閉合電路時(shí)，則：

　　(1)電源的輸出功率P出是多大?

　　(2)電源內(nèi)部損耗的電功率P內(nèi)是多少?

　　變式訓(xùn)練2 電路圖如圖2甲所示，圖乙中的圖線是電路中的電源的路端電壓隨電流變化的關(guān)系圖象，滑動變阻器的最大阻值為15 ，定值電阻R0=3 .

　　圖2

　　(1)當(dāng)R為何值時(shí)，R0消耗的功率最大?最大值為多少?

　　(2)當(dāng)R為何值時(shí)，電源的輸出功率最大 ?最大值為多少?

　　思路點(diǎn)撥 求解本題應(yīng)把握以下三點(diǎn)：

　　(1)由U-I圖象求電源的電動勢和內(nèi)阻.

　　(2)電路中的電流最大時(shí)，R0消耗的功率最大.

　　(3)利用電源有最大輸出功率的'條件，求電源的最大輸出功率.

　　【即學(xué)即練】

　　1.下列求解電熱的公式中，對所有電路均適用的是()

　　A.Q=UIt B.Q=I2Rt

　　C.Q=U2Rt D.W=Pt

　　2.一臺電動機(jī)的輸出功率是10 kW，這表明該電動機(jī)工作時(shí)()

　　A.每秒消耗10 kW電能

　　B.每秒對外做10 kW功

　　C.每秒消耗10 kJ電能

　　D.每秒對外做10 kJ功

　　3.電動機(jī)的電樞阻值為R，電動機(jī)正常工作時(shí)，兩端的電壓為U，通過的電流為I，工作時(shí)間為t，下列說法中正確的是()

　　A.電動機(jī)消耗的電能為UIt

　　B.電動機(jī)消耗的電能為I2Rt

　　C.電動機(jī)線圈產(chǎn)生的熱量為I2Rt

　　D.電動機(jī)線 圈產(chǎn)生的熱量為U2tR

　　4.電源的電動勢和內(nèi)阻都保持一定，在外電路的電阻逐漸變小的過程中，下列說法錯誤的是()

　　A.路端電壓一定逐漸變小

　　B.電源的輸出功率一定逐漸變小

　　C.電源內(nèi)部消耗的電功率一定逐漸變大

　　D.電源的輸出電流一定變大

　　參考答案

　　課前自主學(xué)習(xí)

　　一、

　　1.電流所做 電壓U 電流I 通電時(shí)間t UIt

　　2.單位時(shí)間內(nèi)電流所做的功 Wt UI

　　二、

　　1.熱量Q UIt I2Rt 2.Q/t I2R

　　3.UIt I2Rt 大

　　三、

　　1.EI U外I U內(nèi)I 外電路 內(nèi)電路

　　2.其他形式的能量 電功率

　　核心知識探究

　　一、

　　[問題情境]

　　1.因電流是自由電荷在電場力作用下定向移動形成的，電流做的功，實(shí)質(zhì)上是電場力對自由電荷做功.

　　2.推導(dǎo)：t時(shí)間內(nèi)流過電路的電荷總量q=It，電場力移動電荷做的功為W=qU，所以t時(shí)間內(nèi)電流做功W=UIt.

　　[要點(diǎn)提煉]

　　1.W=UIt 2.P=UI

　　二、

　　[問題情境]

　　1.只含白熾燈、電爐等電熱元件的電路是純電阻電路.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.

　　2.在純電阻電路中，兩者相等;在非純電阻電路中，兩者不相等.

　　3.非純電阻電路中，電能一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，其他部分轉(zhuǎn)化為機(jī)械能、化學(xué)能等其他形式的能，這時(shí)電功仍然等于UIt，電熱仍為I2Rt，此時(shí)電功大于電熱.

　　[要點(diǎn)提煉]

　　1.Q=I2Rt 2.W=Q WQ

　　三、

　　[問題情境]

　　1.E=U內(nèi)+U外

　　2.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.EI=U內(nèi)I+U外I EI=I2r+I2R

　　2.其他形式 的能 電能

　　[問題延伸]

　　1.電源的輸出功率是指外電路消耗的功率.

　　當(dāng)外電路為純電阻電路時(shí)，

　　(1)電源的輸出功率

　　P出=I2R=E2R+r2R=E2RR-r2+4Rr=E2R-r2R+4r，由此可知當(dāng)R=r時(shí)，電源有最大輸出功率P出max=E24r.

　　(2)P出與外電阻R的函數(shù)關(guān)系圖象如圖所示 ，從圖中看出當(dāng)Rr時(shí)，若R增大，P出減小.對一個確定的電源，除R=r外，外電阻 有兩個值對應(yīng)的輸出功率相等，即(ER1+r)2R1=(ER2+r)2R2，化簡后得到這兩個阻值的關(guān)系為R1R2=r2.

　　2.=P出P=IUIE=UE=IRIR+r=RR+r=11+rR，可見，外電阻R越大，電源的效率越高，當(dāng)電源有最大輸出功率時(shí)，=50%，此時(shí)電源的效率并不是最高.

　　解題方法探究

　　例1 (1)1.5 W (2)8 W

　　解析 (1)電動機(jī)不轉(zhuǎn)時(shí)，說明電動機(jī)無機(jī)械能輸出，它消耗的電能完全轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，此時(shí)電動機(jī)可看做純電阻電路，則R=UI=0.5

　　當(dāng) 加電壓為2 V、電流為1 A時(shí)，電動機(jī)正常工作，有機(jī)械能輸出，此時(shí)電動機(jī)為非純電阻電路，消耗的電能等于轉(zhuǎn)化的機(jī)械能和內(nèi)能之和.

　　轉(zhuǎn)化的熱功率為P熱=I2R =0.5 W

　　總功率P總=UI=2 W，則輸出功率P出=P總-P熱=1.5 W.

　　(2)若在電動機(jī)正常工作時(shí)被卡住，電動機(jī)無機(jī)械能輸出，看做純電阻電路，此時(shí)的電熱功率為：

　　P熱=U2R=220.5 W=8 W.

　　變式訓(xùn)練1 22 0 W 1 W 219 W

　　例2 (1)4 W (2)2 W

　　解析 (1)根據(jù)題意，從圖線A可讀出

　　E=3 V，r=EI=36 =0.5 .

　　從圖線B可讀出R=UI=1 .

　　由電源E=3 V，r=0.5 與電阻R=1 組成的閉合電路中，I=ER+r=31.5 A=2 A，則P出=I2R=4 W.

　　(2)P內(nèi)=I2r=2 W.

　　變式訓(xùn)練2 (1)0 10.9 W

　　(2)4.5 13.3 W

　　即學(xué)即練

　　1.B [A、D兩選項(xiàng)適合于任何電路電功的計(jì)算.B選項(xiàng)適合于任何電路電熱的計(jì)算.C選項(xiàng)只適合于純電阻電路電熱的計(jì)算.]

　　2.D [輸出功率是指電動機(jī)單位時(shí)間內(nèi)對外所做的功，D項(xiàng)正確.]

　　3.AC [電動機(jī) 為非純電阻元件，由電功、電熱的計(jì)算公式知A、C正確.]

　　4.B [外電路的電阻逐漸變小的過程中，由U外=RR+rE知，路端電壓一定逐漸變小.內(nèi)電壓變大，輸出電流一定變大，電源內(nèi)部消耗的電功率一定逐漸變大，但輸出功率不一定變大.]

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