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【金版新学案】2013-2014学年高中物理同步配套辅导与检测（粤教版，选修3-1）：第二章第五节电功率（39张ppt）

上传时间: 2014-08-17

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第五节　电功率

电路

1．知道电功的概念，能用其表达式进行有关计算．

2．知道电功率的概念，能用其表达式进行有关计算．

3．知道焦耳定律，能用其表达式进行有关计算．

4．体会电功与电热的区别．

5．了解焦耳定律在生活生产中的应用．

1．所谓电流做功，实质上是导体中的________对自由电荷的________在做功．

2．电流在一段电路中所做的功等于这段电路________、电路中的________、________三者的乘积，即W＝________.

3．电热Q＝________，热功率P＝________.

答案：1．电场　力

2．所加电压　电流　时间　UIt

3．I2Rt　I2R

4．在纯电阻电路中，如由白炽灯、电炉丝等构成的电路，电流做功将电能全部转化为内能，此时W＝Q，则计算电功和电热时，可采用公式W＝Q＝________＝________＝________＝Pt中的任一形式进行计算．

在非纯电阻电路中，如含有电动机、电解槽等的电路，电流做功将电能除转化为内能外，还转化为机械能、化学能等，但仍遵从能量守恒．此时有W＞Q，则计算电功只能用公式W＝________，计算电功率只能用公式P＝________进行计算；计算电热只能用公式Q＝________，计算电热功率只能用公式P＝________进行计算．

考点一　电功

在导体两端加上电压，导体内就建立了电场，电场力在推动自由电子定向移动中要做功．设导体两端的电压为U，通过导体横截面的电量为q，电场力所做的功W＝qU.

由于q＝It，所以W＝UIt

注意：1.在一段电路上，电场力所做的功常说成是电流做的功，简称电功．

2．电功公式的物理意义：电流在一段电路所做的功，跟这段电路两端的电压、电路中的电流强度和通电时间成正比．

3．电流通过用电器做功的过程，实际上是电能转化为其他形式的能的过程．电流做了多少功，就有多少电能转化为其他形式的能．电流在整个电路中做了多少功，电源就提供了多少电能．

4．式中W、U、I、t的单位应分别用焦、伏、安、秒．

推导上述单位间的关系：1 V＝1 J/C,1 A＝1 C/s

所以：1 V·1 A·1 s＝1 J/1 C·1 C/s·1 s＝1 J

考点二　电功率

电流所做的功跟完成这些功所用时间的比值叫做电功率．

P＝W/t＝UIt/t＝UI

注意：1.上式中P、U、I的单位分别用瓦、伏、安.

2．一段电路上的电功率，跟这段电路两端的电压和电路中的电流成正比．

3．额定功率和额定电压：用电器上通常都标明它的电功率和电压(或用电器正常工作时的电功率和电压)，叫做用电器的额定功率和额定电压．

4．如果用电器的工作电压不等于额定电压，实际消耗的功率就不再等于额定功率了．这个电功率和电压叫实际电功率和实际电压．

考点三　焦耳定律

电流通过导体时产生的热量跟电流的平方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比，即Q＝I2Rt 。

注意：Q＝I2Rt是电热的定义式，可求任何电路中电流I通过电阻R时产生的热量(电热)．

(1)焦耳定律的微观解释

电流通过导体的时候，做定向移动的自由电子要频繁地跟金属正离子碰撞．由于这种碰撞，电子在电场力的加速作用下获得的动能，不断传递给金属正离子，使金属正离子的热振动加剧．于是通电导体的内能增加，温度升高．

(2)实质：电流的热效应实质上是电能通过电流做功转化为内能．

考点四　热功率

单位时间内电流通过导体发热的功率叫热功率．热功率即电能转化为内能的功率，即P＝Q/t＝I2 R

一只标有“110 V　10 W”字样的灯泡

(1)它的电阻是多大？

(2)正常工作时的电流强度多大？

(3)如果接在100 V的电路中，它的实际功率多大？

(4)它正常工作多少时间消耗1 kW·h的电能？

练习

1．关于电功的说法中，不正确的是(　　)

A．导体内电场力移送电荷所做的功叫电功

B．电流做功的过程，就是电能转化为其他形式的能的过程

C．电流做功消耗的能量，由电源供给

D．电功就是电能

解析：做功的过程就是能量改变的过程，所以电功只能反映电能改变了多少，而不能说成电功就是电能．

答案：D

2．对于连入电路的不同灯泡而言，亮度大的灯泡是(　　)

A．通过的电流大的灯泡　　

B．两端电压大的灯泡

C．电阻值大的灯泡

D．消耗电功率大的灯泡

解析：在电路中灯泡的亮度是由实际功率的大小决定的．

答案：D

3．一只标有“12 Ω 30 W”的灯泡和一只18 Ω的电阻并联接入电路中，灯泡能正常发光，则这段电路的总功率为(　　)

A．50 W B．75 W

C．100 W D．无法确定

解析：因为并联电路功率与电阻成反比，所以阻值为18 Ω的电阻消耗的功率是20 W，总功率就是50 W.

答案：A

考点五　纯电阻电路和非纯电阻电路

1．如果一段电路中只含有电阻元件，称之为纯电阻电路，其基本特点：

电流通过纯电阻电路时，电流做的功全部转化为电热，且电功率和热功率相等．

如：电炉，电熨斗，电饭锅，电烙铁，白炽灯等

2．如果电路中除了含有电阻外，还包括电动机、电解槽给蓄电池充电，日光灯等能够把电能转化为其他形式能的用电器，这种电路称为非纯电阻电路，其特点是：电流通过电路时，电流做的功除了转化为内能外，还要转化为其他形式的能，如机械能、化学能等．

在非纯电阻电路中，电功和电热是整体和部分的关系，即W＝Q＋E其他，故W＞Q，即UIt＞I2Rt，电功率大于热功率，即UI＞I2R.在计算电功和电热时要用各自的定义式：W＝UIt，P＝UI，Q＝I2Rt，P热＝I2R.

有一起重用的直流电动机，如图所示，其内阻r＝0.8 Ω，线路电阻R＝10 Ω，电源电压U＝150 V，电压表示数为110 V，求：

(1)通过电动机的电流；

(2)输入到电动机的功率P入；

(3)电动机的发热功率Pr，电动机的机械功率P机．

解析：(1)电路中电阻R这一段电路是纯电阻电路，所以

(2)由于R与电动机串联，所以电动机内部线圈中的电流也为：I＝IR＝4 A

即：P入＝I×U0＝4×110 W＝440 W

(3)Pr＝I2r＝42×0.8 W＝12.8 W

P机＝P入－Pr＝440 W—12.8 W＝427.2 W

答案：(1)4 A　(2)440 W　(3)12.8 W　427.2 W

点评：在解决问题前，首先要弄清各公式的适用条件，不能乱套公式，部分电路的欧姆定律仅适用于纯电阻电路.

练习

4．在电动机工作时，电流做的功和电流产生的热相比较(　　)

A．电功一定等于电热

B．电功一定大于电热

C．电功一定小于电热

D．电功可以等于电热也可小于电热

解析：非纯电阻电路中一定有电功大于电热．

答案：B

5．一台直流电动机的额定电压U，额定功率为P，电动机电枢线圈电阻为R，电动机正常工作时的电流强度为I，则下列判断正确的是(　　)

A．I＝U/R B．I＝P/U

C．I＞U/R D．I＞P/U

解析：电路中的电功率一定可用P＝IU计算，所以可得B选项对，D选项错，在非纯电阻电路欧姆定律并不适用，并且此时有U＞IR所以A、C选项错．

答案：B

考点六　电源的最大输出功率和效率

1．电源输出功率随外电阻变化的关系：

如图，讨论该函数的极值可知，R＝r时，输出功率有极大值，

电源输出功率与外电路电阻的关系如图所示，R＜r时，随R的增大输出功率增大；R＞r时，随R的增大输出功率减小．

2．电源内部的发热功率P内＝I2r

3．电源的效率

η＝P出/P总×100%＝IU/IE×100%

可见当R↑时，η↑.

当R＝r时，电源有最大输出功率，但效率仅为50%，效率并不高．

考点七　闭合电路中的三个功率

1．电源消耗的总功率：P总＝EI

2．外电路消耗的功率：P出＝UI

3．内电路消耗的功率：P内＝I2r

三者之间的关系为：EI＝UI＋I2r

如图所示的电路中，E、r、R1已知，可变电阻R2max＞(r＋R1)的最大值．

(1)当R2＝________时，R1的电功率P1有最大值，最大值为________；

(2)当R2＝________时，R2的电功率P2有最大值，最大值为________；

(3)当R2＝________时，电源功率PE有最大值，最大值为________；

(4)当R2＝________时，电源内部消耗的功率P′有最小值，最小值为________．

解析：本题考查闭合电路的外电阻的变化对电源输出功率的影响，要求学生熟练应用闭合电路欧姆定律．(1)R1的功率有最大值，要求电流最大，

练习

6．如图所示，R为电阻箱，为理想电压表．当电阻箱读数为R1＝2 Ω时，电压表读数为U1＝4 V；当电阻箱读数为R2＝5 Ω时，电压表读数为U2＝5 V.

(1)电源的电动势E和内阻r；

(2)当电阻箱R读数为多少时，电源的输出功率最大？最大值Pm为多少？

1Ω 9W

一、如何处理纯电阻电路和非纯电阻电路电功和电热问题

1．电功是电能转化成其他形式能的量度．电热是电能转化成内能的量度．计算电功时用公式W＝UIt，计算电热时用公式Q＝I2Rt.

2．从能量转化的角度看，电功和电热间的数量关系是：W≥Q，具体地说：

(1)纯电阻电路有W＝Q，计算电功和电热时，可采用公式W＝Q＝I2Rt＝UIt＝＝Pt中的任一形式．

(2)非纯电阻电路有W＞Q，电功只能用W＝UIt进行计算，电热只能用Q＝I2Rt进行计算．

3．如何处理含有电动机的电路

对于含有电动机的电路，不能简单地理解成它一定是一个非纯电阻电路，要从纯电阻电路和非纯电阻电路在能量转化的区别上加以区分，直流电动机两端加上电压以后，若电动机不转，则没有电能转化为机械能，此时损失的电能全部转化为内能，这时的电路是纯电阻电路．

因此，分析电路问题时，要学会从能量的角度出发，这样思路清晰，解题当然就很顺利了．

有一个小型直流电动机，把它接入电压为U1＝0.2 V的电路中时，电机不转，测得流过电动机的电流是I1＝0.4 A；若把电动机接入U2＝2.0 V的电路中，电动机正常工作，工作电流是I2＝1.0 A．求电动机正常工作时的输出功率多大？如果在电动机正常工作时，转子突然被卡住，此时电动机的发热功率是多大？

解析： U1＝0.2 V时，电动机不转，此时电动机为纯电阻，故电动机线圈内阻r＝U1/I1＝ Ω＝0.5 Ω

U2＝2.0 V时，电动机正常工作，此时电动机为非纯电阻，则由电功率与热功率各自的定义式，得：

P电＝U2I2＝2×1 W＝2 W

P热＝Ir＝12×0.5 W＝0.5 W

由能量守恒，电动机的输出功率：

P出＝P电－P热＝2 W－0.5 W＝1.5 W

此时若电动机突然被卡住，则电动机又为纯电阻，其热功率P热＝U/r＝8 W.

答案：1.5 W　8 W

二、如何处理图象与电路的功率和效率问题

1．会应用路端电压与电流关系图求电动势和内电阻，会用电阻的伏安图线求电阻．

2．知道两线交点的意义．

3．知道几种功率和效率的计算方法．

（双选）在如图所示的图象中，直线Ⅰ为某一电源的路端电压与电流的关系图象，直线Ⅱ为某一电阻R的伏安特性曲线．用该电源直接与电阻R相连组成闭合电路．由图象可知(　　)

A．电源的电动势为3 V，内阻为0.5 Ω

B．电阻R的阻值为2 Ω

C．电源的输出功率为2 W

D．电源的效率为66.7 %

解析：图象Ⅰ与纵轴的交点表示电源电动势，为3 V，图象Ⅰ的斜率的绝对值表示电源内阻，为0.5 Ω，选项A正确；图象Ⅱ的斜率表示电阻R的阻值为1 Ω，选项B错误；电源输出电压为U＝2 V，电流为2 A，电源输出功率为4 W，选项C错；电源效率η＝P出/P总＝U/E＝2/3×100%≈66．7%，选项D正确．

答案：AD

祝

您

学业有成

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