第十二章電能能量守恒定律1電路中的能量轉(zhuǎn)化知識(shí)導(dǎo)圖

預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)|新知領(lǐng)悟1．電功(1)定義：電流在一段電路中所做的功，等于這段電路____________、______________、______________三者的乘積．(2)公式：W＝____________．(3)單位：國(guó)際單位是______，符號(hào)是____．(4)意義：描述電能轉(zhuǎn)化為其他形式能的多少．兩端的電壓U

電功和電功率電路中的電流I

通電時(shí)間t

IUt

焦耳J

2．電功率(1)定義：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)__________所做的功．(2)公式：P＝__________．(3)單位：______，符號(hào)是______．(4)意義：描述________轉(zhuǎn)化為其他能的快慢或者是電流做功的快慢．電流IU

瓦特W

電能

家庭用電用“度”做單位，度是電功的單位，還是電功率的單位？微思考【答案】度是電功的單位．1度＝1kW·h＝3.6×106J．

把六個(gè)相同的小燈泡連接成如圖甲、乙所示的電路，調(diào)節(jié)變阻器使燈泡正常發(fā)光，甲、乙兩電路所消耗的總功率分別用P甲和P乙表示，則下列結(jié)論中正確的是(

)A．P甲＝P乙

B．P甲＝3P乙C．P乙＝3P甲

D．P乙>3P甲【答案】B【解析】設(shè)每個(gè)燈泡正常工作時(shí)的電流為I，則甲圖中電路的總電流為3I，P甲＝12V×3I，乙圖中電路的總電流為I，P乙＝12V×I，故有P甲＝3P乙，B正確．1．內(nèi)容：電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟____________成正比，跟____________及____________成正比．2．表達(dá)式：Q＝____________．電流的二次方焦耳定律、電路中的能量轉(zhuǎn)化導(dǎo)體的電阻通電時(shí)間I2Rt

3．熱功率熱功率—快慢發(fā)熱量

用電爐燒水時(shí)，爐盤內(nèi)的電爐絲被燒得通紅，產(chǎn)生大量的熱，而連接電爐的導(dǎo)線卻不怎么熱，這是什么原因？微思考【答案】導(dǎo)線跟電爐絲是串聯(lián)在一起的，通過它們的電流相等，而電爐絲的電阻比連接電爐絲的部分導(dǎo)線電阻要大得多，由焦耳定律Q＝I2Rt知在相等的時(shí)間內(nèi)導(dǎo)線產(chǎn)生的熱量比電爐絲產(chǎn)生的熱量要少得多．【答案】A多維課堂|素養(yǎng)初培1．探究電功W＝UIt的推導(dǎo)過程．【答案】一段電路兩端的電壓為U，由于這段電路兩端有電勢(shì)差，電路中就有電場(chǎng)存在．電路中的自由電荷在電場(chǎng)力作用下發(fā)生定向移動(dòng)，形成電流I．在時(shí)間t內(nèi)通過這段電路上任一橫截面的電量為q＝It．電場(chǎng)力所做的功W＝qU＝IUt，電場(chǎng)力所做的功也就是通常所說的電流做的功，即電功．串、并聯(lián)電路中電功率的計(jì)算2．電功的單位有時(shí)用千瓦時(shí)，說明其物理含義，并計(jì)算1千瓦時(shí)等于多少焦．【答案】1千瓦時(shí)表示功率為1千瓦的用電器在1小時(shí)內(nèi)所消耗的電能．1千瓦時(shí)＝1000W×3600s＝3.6×106J．精例1有額定電壓都是110V，額定功率PA＝100W，PB＝40W的兩盞電燈，若接在電壓是220V的電路上，兩盞電燈均能正常發(fā)光，且消耗功率最小的電路是(

)A

B

C

D【答案】C【解析】若要兩燈均正常發(fā)光，亦即每燈的電壓均為110V，對(duì)A電路，因?yàn)镽A＜RB，所以UA＜UB，即UB＞110V，B燈將被燒壞；對(duì)B電路，UB＞U并，B燈將被燒壞；對(duì)C電路，RA可能等于B燈與變阻器并聯(lián)后的電阻，所以UA可能等于UB，等于110V，兩燈可能正常發(fā)光，且電路消耗總功率為200W；對(duì)D電路，變阻器電阻可能等于兩燈并聯(lián)后總電阻，有UA＝UB＝U并＝110V，兩燈正常發(fā)光，且電路中消耗總功率為280W．綜上可知，C正確．變式1兩個(gè)燈泡分別標(biāo)有“6V

3W”和“6V

4W”的字樣，將這兩個(gè)燈泡串聯(lián)或并聯(lián)后接入電源．為了保證電路安全工作，并假定燈泡電阻恒定，兩種情況下兩燈泡的總功率最大可以達(dá)到(

)A．串聯(lián)時(shí)5.25W，并聯(lián)時(shí)5.25WB．串聯(lián)時(shí)5.25W，并聯(lián)時(shí)7WC．串聯(lián)時(shí)7W，并聯(lián)時(shí)5.25WD．串聯(lián)時(shí)7W，并聯(lián)時(shí)7W【答案】B1．在什么電路中電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能？【答案】在純電阻電路中，導(dǎo)體發(fā)熱，電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能．純電阻電路和非純電阻電路2．設(shè)在一段電路中只有純電阻元件，其電阻為R，通過的電流為I，試以此為模型探究焦耳定律的表達(dá)式．【答案】由歐姆定律U＝IR，在t時(shí)間內(nèi)電流做的功為W＝IUt＝I2Rt．電路為純電阻電路，W＝Q，即Q＝I2Rt，此式為焦耳定律的表達(dá)式．3．試推導(dǎo)電熱功率的表達(dá)式．4．怎樣區(qū)分純電阻電路和非純電阻電路？這兩種電路中電功與電熱有怎樣的關(guān)系？【答案】(1)電路中只含有電阻元件的電路為純電阻電路，如白熾燈、電爐等．電路中除含有電阻元件之外，還含有電動(dòng)機(jī)、電解槽、電容器等產(chǎn)生其他能量的電路為非純電阻電路．(2)在純電阻電路中，電流做功全部轉(zhuǎn)化電熱，即W＝Q．在非純電阻電路中，電流做的功除一部分轉(zhuǎn)化為電熱之外，大部分轉(zhuǎn)化為其他形式的能．即W＝Q＋E其他，此時(shí)W>Q．5．討論在非純電阻電路中如何計(jì)算電功率和電熱功率？【答案】P電＝UI，P熱＝I2R，在非純電阻電路中，由于有其他形式的能出現(xiàn)，所以P電＝P熱＋P其他，此時(shí)P電>P熱．比較純電阻電路非純電阻電路元件特點(diǎn)電路中只有電阻元件除電阻外還包括能把電能轉(zhuǎn)化為其他形式能的用電器歐姆定律遵循歐姆定律不遵循歐姆定律能量轉(zhuǎn)化電流做功全部轉(zhuǎn)化為電熱電流做功除轉(zhuǎn)化為內(nèi)能外還要轉(zhuǎn)化為其他形式的能電器舉例電阻、電爐、白熾燈等電動(dòng)機(jī)、電解槽等精例2在研究微型電動(dòng)機(jī)的性能時(shí)，可采用如圖所示的實(shí)驗(yàn)電路．當(dāng)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R使電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電流表和電壓表的示數(shù)分別為0.5A和

1.0V；重新調(diào)節(jié)R使電動(dòng)機(jī)恢復(fù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，電流表和電壓表的示數(shù)分別為2.0A和15.0V．求這臺(tái)電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的輸出功率和電動(dòng)機(jī)的線圈電阻．【答案】2Ω

22.0W變式2規(guī)格為“220V

36W”的排氣扇，線圈電阻為40Ω，(1)接上220V的電壓后，求排氣扇轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的功率和發(fā)熱的功率；(2)如果接上220V的電壓后，扇葉被卡住，不能轉(zhuǎn)動(dòng)，求電動(dòng)機(jī)消耗的功率和發(fā)熱的功率．【答案】(1)35W

1W

(2)1210W

1210W

電動(dòng)機(jī)電路的分析與計(jì)算核心素養(yǎng)微專題2018年1月16日，工信部修訂后的《電動(dòng)自行車安全技術(shù)規(guī)范》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)報(bào)批稿16日起面向社會(huì)公示．2018年5月16日，國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)批準(zhǔn)發(fā)布新修訂的《電動(dòng)自行車安全技術(shù)規(guī)范》．8月25日，電動(dòng)自行車工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)許可證管理轉(zhuǎn)為實(shí)施強(qiáng)制性產(chǎn)品認(rèn)證過渡期自2018年8月1日起至2019年4月14日止．2019年5月1日起未申領(lǐng)臨時(shí)標(biāo)識(shí)的“非標(biāo)”電動(dòng)自行車不得上路行駛．2021年11月1日起，只有懸掛號(hào)牌的合規(guī)電動(dòng)自行車才可上路行駛．【專練】下表是某品牌電動(dòng)自行車的主要技術(shù)參數(shù)．整車質(zhì)量40kg蓄電池工作電壓36V最高車速25km/h一次充電電耗0.6kW·h電動(dòng)機(jī)效率75%充電時(shí)間8h最大騎行噪聲62dB一次充電連續(xù)行駛里程50km質(zhì)量m＝60kg的人騎該電動(dòng)自行車在水平路面上以6m/s的速度勻速行駛，受到的阻力是人與車總重的0.02倍．取g＝10m/s2．(1)若以這一速度連續(xù)行駛10min，電動(dòng)機(jī)至少做多少功？(2)行駛過程中通過電動(dòng)機(jī)的電流多大？【答案】(1)7.2×104J

(2)4.4A【解析】(1)電動(dòng)自行車所受的阻力f＝0.02(m人＋m車)g＝20N10min內(nèi)自行車行駛的路程x＝vt＝6×10×60m＝3600m所以電動(dòng)機(jī)所做的有用功W有＝fx＝20×3600J＝7.2×104J．課堂小練|素養(yǎng)達(dá)成【答案】B【解析】線圈電阻是R，通過線圈的電流是I，研究線圈產(chǎn)生的焦耳熱時(shí)，根據(jù)焦耳定律可得，線圈R產(chǎn)生的熱量為Q＝I2Rt，故B正確，A、C、D錯(cuò)誤．【答案】C3．如圖所示，電路兩端的電壓U保持不變，電阻R1、R2、R3消耗的電功率一樣大，則R1∶R2∶R3是(

)A．1∶1∶1

B．4∶1∶1