1、4.4電路中的能量轉(zhuǎn)化與守恒學 習 目 標知 識 脈 絡1.理解電功與電熱的區(qū)別與聯(lián)系，知道焦耳定律(重點)2理解電功與電功率，掌握電源的幾個功率與效率(重點、難點)3知道常見用電器及其能量轉(zhuǎn)化的情況，了解電路中能的轉(zhuǎn)化與守恒，樹立節(jié)約用電的意識.電 功 與 電 熱 的 關 系 分 析1電功的公式：WUIt.2電功率計算公式：PUI.3焦耳定律：QI2Rt.4熱功率計算公式：PI2R.5PUI是某段電路的電功率，PI2R是這段電路上的熱功率，純電阻電路中，電功率等于熱功率，非純電阻電路中電功率大于熱功率1電功率越大，相同時間內(nèi)電流做的功越多()2根據(jù)電功的公式和歐姆定律可以推導出電熱的公式，因

2、此電功和電熱是完全相同的()3純電阻電路和非純電阻電路工作時能量轉(zhuǎn)化情況相同，都是把電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能()理發(fā)店里的吹風機能夠吹出熱風，使頭發(fā)很快變干吹風機上的電功率和熱功率是否相等？【提示】吹風機的電路是非純電阻電路，故電功率和熱功率不相等如圖441所示，電壓U恒為12 V，燈泡L上標有“6 V12 W”，電動機線圈的電阻RM0.50 .圖441探討1：燈泡L上流過的電流是否可以用IL求解？為什么？【提示】不可以因為有電動機工作的電路不是純電阻的電路探討2：若燈泡恰好正常發(fā)光，則電動機消耗的功率和發(fā)熱功率各多大？【提示】PIMUM(UUL)12 W.P熱IRM()2RM2 W.1純電阻電路和非純

3、電阻電路純電阻電路非純電阻電路元件特點電路中只有電阻元件電路中除電阻外，還包括能把電能轉(zhuǎn)化為其他形式能的用電器電流、電壓、電阻三者的關系遵循歐姆定律I不遵循歐姆定律，UIR或IQ；電功率P電UI，熱功率P熱I2R，P電P熱1在電功率的計算公式PU2/R中，U是加在用電器上的電壓，R是用電器的電阻，此式可用于()A計算電冰箱的功率B計算電風扇的功率C計算電烙鐵的功率D計算洗衣機的功率【解析】P只能計算純電阻電路的電功率，而電冰箱、電風扇、洗衣機都是非純電阻電路只有電烙鐵是純電阻電路，故C正確【答案】C2規(guī)格為“220 V36 W”的排氣扇，線圈電阻為40 ，求：(1)接上220 V的電壓后，排氣

4、扇轉(zhuǎn)化為機械能的功率和發(fā)熱的功率；(2)如果接上電源后，扇葉被卡住，不能轉(zhuǎn)動，求電動機消耗的功率和發(fā)熱的功率【解析】(1)排氣扇在220 V的電壓下正常工作時的電流為：I A0.16 A.發(fā)熱功率為P熱I2R(0.16)240 W1 W.轉(zhuǎn)化為機械能的功率為：P機PP熱36 W1 W35 W.(2)扇葉被卡住不能轉(zhuǎn)動后，電動機成為純電阻電路，電流做功全部轉(zhuǎn)化為熱能，此時電動機中電流為I A5.5 A，電動機消耗的功率即電功率等于發(fā)熱功率：P電P熱UI2205.5 W1 210 W.【答案】(1)35 W1 W(2)1 210 W1 210 W解答有關電動機問題時應注意的問題(1)當電動機不轉(zhuǎn)時

5、可以看成純電阻電路，PUII2R均成立(2)當電動機正常工作時，是非純電阻電路P電UIP熱I2R，UIR而有UIR.(3)輸入功率指電動機消耗的總功率熱功率是線圈上的電阻的發(fā)熱功率輸出功率是指電動機將電能轉(zhuǎn)化為機械能的功率三者的關系：UII2RP機閉 合 電 路 中 的 能 量 轉(zhuǎn) 化 與 守 恒把閉合電路歐姆定律EUU內(nèi)兩邊同乘以電流I得：EIUIU內(nèi)I.1電源的總功率：P總EI.2電源的輸出功率：P出UI.3電源的效率：100%100%.4在閉合電路中，電源的總功率等于輸出功率與內(nèi)部發(fā)熱功率之和1電源產(chǎn)生的電能只消耗在外電路上()2電源的總功率等于內(nèi)、外電路消耗的功率之和()3電源的輸出功

6、率越大，電源的效率越高()用兩節(jié)干電池接在直流電動機模型上，接通電路后直流電動機就轉(zhuǎn)動起來分析電路中的能量轉(zhuǎn)化【提示】干電池可以把化學能轉(zhuǎn)化為電能電動機模型工作時，大部分電能轉(zhuǎn)化為機械能，少部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能探討1：電源的輸出功率在什么條件下可以達到最大？【提示】當外電路電阻和電源內(nèi)阻相等時，電源輸出功率最大探討2：電源的輸出功率最大時，電源的效率是否最高？電源的效率跟什么因素有關？【提示】輸出功率最大時，電源的效率不是最高電源的效率由外電路電阻與總電阻的比值決定1電源的輸出功率當外電路為純電阻電路時討論如下：(1)電源的輸出功率P出I2RR.由此可知當Rr時，電源有最大輸出功率P出max.(2)

7、P出與外電阻R的函數(shù)關系如圖442：圖442(3)P出與路端電壓U的函數(shù)關系及圖像P出UIUU2U2我們可以得出，當U時，電源有最大輸出功率，即P出max.圖443 2電源的效率100%100%100%100%，可見，當R增大時，效率增大當Rr時，即電源有最大輸出功率時，其效率僅為50%，效率并不高3.電動勢為E，內(nèi)阻為r的電池與固定電阻R0，變阻器R串聯(lián)，如圖444所示，設R0r，Rab2r，當變阻器的滑片自a端向b端滑動時，下列各物理量中隨之減小的是()圖444A電池的輸出功率B變阻器消耗的功率C固定電阻R0消耗的功率D電池內(nèi)阻消耗的功率【解析】滑片自a端向b端滑動時，電池輸出功率增大，R

8、0和內(nèi)阻消耗的功率也增大，只有變阻器消耗的功率減小故B正確【答案】B4.如圖445所示，電路中電池的電動勢E5 V，內(nèi)電阻r10 ，固定電阻R90 ，R0是可變電阻，在R0從零增加到400 的過程中，求：圖445(1)可變電阻R0上消耗功率最大的條件和最大熱功率；(2)電池的電阻r和固定電阻R上消耗的最小熱功率之和；(3)R0調(diào)到多少時R上消耗的功率最大，最大功率是多少？【解析】(1)可變電阻R0上消耗的熱功率：P0I2R0R0100 0時，P0最大，其最大值：P大 W W.(2)當電流最小時，電阻r和R消耗的熱功率最小，此時R0應調(diào)到最大400 ，內(nèi)阻r和固定電阻R上消耗的最小熱功率之和為P小()2(Rr)0.01 W.(3)R00時，電路中的總電阻最小，因此電路中的電流最大，此時R上有最大功率即PR()2R90 W0.225 W.【答案】(1)100 W(2)0.01 W (3)00.225 W有關